探讨高层建筑地下室基坑支护土钉墙技术的应用
摘要:目前,基坑支护的方法很多,如地下连续墙、护壁桩、预应力锚杆、土钉墙等,其中,土钉墙是一种较为经济实用的支护型式,合理的设计、正确的施工,将会取得良好的经济效益。
关键词:高层建筑;地下室;基坑支护;土钉墙
现代都市建筑一般都带有地下室,但是,由于场地狭窄,常常给地下室开挖造成很大困难。因此,基坑支护结构的设计与施工,已成为当前高层建筑基坑施工的热点与难点,成为影响整个工程造价及进度的关键。当施工场地狭窄,基坑深度又不太大时,土钉墙是一种较为经济实用的支护型式。它的特点是:施工简便、所需工作面小、比较经济节省,而且与基坑开挖同步施工,节约工期。
1工程实例
某工程建筑物最大高度68.88m,总用地面积16247m2,总建筑面积73162m2,其中地室面积13970m2。拟开挖基坑周围场地十分狭小,基坑边线距原有居民楼仅0.60~1.50米,拟开挖基坑深4.0M,基坑占地面积约15000m2。
地质勘察报告提供有关基坑支护开挖土层岩土主要工程指标见下表:
根据现场场地条件,经过比较多种支护方案,最后确定本工程采用土钉墙支护,土钉墙坡角为82°。
1.1土钉墙设计
设计条件:工程地质条件良好;但场地十分狭窄;基坑与周边原有建筑距离物十分逼近,而且,原有建筑相对较高、又较为残旧;基坑坡顶需考虑地下室施工时的材料场内二次运输及少量堆放。
设计参数:考虑施工过程中材料的场内二次运输及少量堆放,地面荷载取:q1=200KN/m2;二级钢筋ftk=335N/mm2,土钉墙坡角β=82°,基坑深度H=4.0m,根据地质资料,其余设计参数选取如下:
内摩擦角φk=14.6°,土重度r=19.5KN/m2
土钉与水平面角度a=10°,土钉孔径dn=110mm
土钉排距、列距Sy=Sx=1.2m,土钉拉力分项系数γs=1.3
土钉与土体之间的界面粘结强度qs=30.6KPa
计算公式:
1.25γTk≤Tu
Tk≤ξeaksxsz/cosa
eq=ξq1,e1=0.55ξrH
式中:Tu-土钉抗拉承载力设计值;Tk-土钉受拉荷载标准值;ξ-荷载折减系数;eak-土钉长度中点所处处的基坑水平荷载标准值;eq-地表均布荷载引起的侧压力;e1-土钉长度中点所处深度位置上土体自重引起的侧压力;
1.1.1计算土钉长度
土钉长度中点所处深度位置上土体自重引起的侧压力:
e1=0.55ξrH=0.55×0.60×19.5×4.0=25.74KN/m2施工用均布荷载引起的侧压力:eq=ξq1=0.60×20.0KN/m2=12.00KN/m2
土钉长度中点所处深度位置上的侧压力:
eak=e1+eq=25.74+12.00=37.74KN/m2
土钉受拉荷载标准值:
Tk=ξeaksxsz/cosa=0.6×37.74×1.2×1.2÷0.98=51.05KN土钉稳定区锚固段长度:
L=γsTu/πdnqs=1.3×51.05/(3.14×0.11×30.6)=6.28m土钉滑移区长度:
L1=tg(45°-φ/2)×(H-h)或:L1=0.3H(取较大值)
h--地面至土钉距离
距地面0.80m处土钉滑移区长度为例(此处滑移区长度最大):
L1=tg(45°-φ/2)×(H-h)=tg37.7°×(4.0-0.8)=2.47m
或:L1=0.3H=0.3×4.0=1.2m(取L1=2.47m)
土钉总长度应为:
土钉支护的面层作用主要是限制土钉之间土体的变形,将土体侧向压力有效地传递给土钉,并调整相邻土钉的受力状态。根据全长注浆土钉的受力分析及工程数据测试,土钉端部和面层受力较小,面层厚度不必太厚。
面层参数取为:
网筋φ6@300×300(双向),喷射混凝土厚度为100mm、强度C20。
面层喷射混凝土配比为:
水泥1:砂2.3:碎石2.3:水0.4。
由于土钉注浆体强度远比土体强度高,因此土钉支护设计中注浆体强度不是控制参数。
土钉注浆视情况采用孔底或口部加压注浆,第一排土钉采用低压注浆,注浆压力为0.1Mpa,第二、三排土钉注浆压力为0.3~0.4Mpa。
注浆配比为:水泥1:砂0.3:水0.45,并添加合适添加剂。基坑监测:
沿基坑顶根据周边情况每隔20m左右设置一个位移观测点;测精度应不低于三等精度(即水平位移测量变形点的点位中误差为±6.0mm),水平位移预警值为0.36%h、允许值为0.50%h(h为基坑深度)。
当出现以下情况之一时,应及时与甲方、设计和监理联系:坡顶、底面或周边构筑物等出现裂缝或坡顶位移较大且位移不稳定、不收敛或超过设计预警值和允许值等相应的规范要求。
施工过程中,应通过目测、巡查或其它监测手段等多种形式,对基坑变形进行全面了解和监控,及时了解和监控周边建筑物和道路等设施的安全情况。
1.2土钉墙施工
土钉墙施工工艺流程如下图一:
1.2.1制锚
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