土層錨桿在深基坑支護中的應用

.工程概況中國論文網 https://www.xzbu.com/8/view-10007764.htm　　一煉鋼改造工程低位料倉，位于一煉鋼辦公樓東側中央大道西側。地下建筑物的建筑外形尺寸為78.9mx20.3mx12.5m，基底標高―12.5m。施工區域的原自然地面標高0.95m，在基坑東側，一煉鋼的鐵路運輸線距基坑4.5m，西側四層辦公樓局基坑11m，北側為火車運輸端線，距基坑13m。該工程所處位置的地質地層為：見表1。
　　場地內地下水為上部滯水，由大氣降水與生活排水補給，分布于雜填土中。地下水埋深1.1m左右，為承壓水，淤泥質粉土為隔水層頂板，粉質粘土為弱透水層。
　　1.基坑設計方案與施工
　　1.1支護設計方案的選擇
　　該基礎工程的主要特點是：
　　（1）施工場地狹小，東側西側均有重要鐵路線和大型施工設備運行。
　　（2）基坑開挖較深，自地表計13.5m。
　　鑒于以上工程地質水文地質條件及基坑周邊環境的考慮，對各種支護方案進行科學比較，最后選擇上部放坡（1：0.75），下部密排鋼樁，錨桿支護結構。這種方案的特點是：施工周期短，工程造價低。其施工順序是挖土―打樁―挖土―敷設錨桿―挖土。既可以實行平行交叉作業，占地場地小，可在較狹窄的地段順利施工。
　　1.2支護設計依據及計算結果
　　1.2.1基坑―6.5m以上采用放坡形式，坡高1：0.75
　　β=f（Φ、C、r、H）
　　NS=rH/c
　　K=1.1～1.5
　　當Φ=150時 β=63.810 查手冊NS=9.40 則：
　　H=NSXC/Kr=6.6m大于6.5m 故基坑邊坡穩定。
　　但這一計算結果是當坡頂無地面荷載時才穩定。而實際上，東側有鐵路運輸線，西側有40#塔吊運行，因此必須采取相應的輔助措施加固區域邊坡。具體的方法是：東側的鐵路線處于基坑南側的部分距基坑較近4.5m，放坡前將這一段拆除。運輸改至相鄰的鐵路線上。放坡后的相鄰鐵路線距基坑外邊線3.5m。其坡面噴上30mm厚的混凝土防止坡面上土流失。西側的塔吊是在軌道上運行，所以在塔吊靠基坑一側的軌道下面設一排挖孔樁，將塔吊產生的壓力直接傳至―6.5m以下，從而保證上部邊坡的穩定。
　　1.2.2樁錨支護計算
　　對于粘性土的設計采用值做進一步簡化處理得：
　　C=0
　　Φ=300
　　R=18KN/m3
　　土壓力計算考慮以下因素：
　　（1）鋼管為欄柵式，可透水，不計水壓力。
　　（2）不考慮樁體的摩阻力。
　　（3）火車與塔吊荷載按大面積均布荷載考慮q2=15KN/m2。
　　（4）作用在樁頂后的土按堆載計算q1=112KN/m2。
　　（5）作用在樁頂后的全部荷載為q1+q2=127KN/m2。
　　（6）樁按淺埋計算
　　ka=tg2（450-300/2）=0.333
　　kp=tg2（450+300/2）=3
　　eaq=qka=41.88KN/m2
　　設鋼樁入土深度6m則：
　　E1=Rka（H+t）2/2=506.49KN/m
　　E2=eaq（H+t）=544.44KN/m
　　E3p=rkpt2/2=972KN/m
　　以樁上端下1m做為絞支點，樁的底端為自由端，對絞支點取距且滿足∑M=0則：
　　E3（2/3*6+4.3）=E2（13/2-2.7）+E1（2/3*13-2.7）
　　E3=613.36KN/m
　　因計算被動土壓力不能全部發揮作用可取小于2/3即：
　　E3/E3p=0.63<2/3 故被動土壓力滿足要求。
　　在平衡狀態下同時滿足∑M=0即：F+E1+E2+E3=0
　　F=437.55KN/m
　　設三排預應力錨桿，單錨工作拉力為：Rm=F/3=145.86KN/m
　　Mmax=Rm（t+H）-eaqH2/2-rkaH3/6=512.88KN/mm3
　　理論計算要比實際所產生的彎矩大得多，所以乘以折減系數0.74得：M=0.74Mmax=379.53KN/mm3。選Ι32a工字鋼做為護坡樁則：
　　W=692.2KN/m||=200cm3
　　則：=0.74Mmax/nw n=2.7≈3根
　　無火車、塔吊區域計算略。
　　即設錨桿兩排、單錨拉力Rm=190KN/m
　　樁長L=13m Ι32a3根/m
　　錨桿設計：
　　錨桿長度必須超過滑動破裂面3m。滑動面與水平方向夾角為：
　　450+Φ/2=52.50，錨桿入土點到滑動面的水平距離為：a=6/tg52.50=4.6m。即自由段的長度為8m。錨桿采用螺旋鉆干鉆不排土，高壓注漿工藝。螺旋鉆直徑為150mm，長度為1.5m，鉆桿總長度為16m，與水平夾角130。
　　1.3樁錨施工
　　1.3.1本工程使用以下機械
　　（1）柴油打樁機 2臺
　　（2）錨桿鉆機 2臺
　　（3）注漿泵 3臺
　　（4）水泥漿攪拌機 1臺
　　（5）交流電焊機 3臺
　　1.3.2打樁
　　基坑北側與東側的北部用與設計等強度的重軌（60KN/m）每延長米打入5根。其他部位的鋼樁因單樁打入時由于強度不足而彎曲，所以制成組合裝打入。
　　1.3.3錨桿施工
　　因施工時間緊迫，所以采用干鉆不排土施工工藝。鉆桿之間用絲扣連接。橫梁用Ι25a工字鋼。工字鋼焊接到護坡樁上。每一段橫梁之間用12mm厚鋼板等強度焊接成為一體。
　　1.3.4應用效果
　　本工程自開工到竣工歷時1個月時間，總計打入鋼樁615根，錨桿295根。經過3個月的支護工工程監測，最大變形量為5mm，周邊的所有建筑物均為發生破壞，支護工程非常成功。
　　2.結束語
　　土層樁錨支護系統因為是一項較為成熟的施工技術，但是往往成功率卻在60%以下，因此在具體設計施工過程中要注意以下幾個問題：
　　（1）土壓力的計算過程對那些因素考慮，哪些因素不考慮要結合實際情況。否則，考慮過多會使成本費用成倍增長而變得不經濟。考慮過少則會因突發情況的出現產生重大事故。
　　（2）錨桿的孔深必須超過土層滑動面，并且在穩定的土層中達到足夠的有效長度。一般有效長度為5-6m。太短不可靠，太長錨桿拉力增加不明顯。同時要求螺旋錨頭必須有一定至于有一定抗剪強度的土層中。
　　（3）本工程所采用的錨桿因其錨固體是粉土與水泥漿的混合膠結結構，因此必須實施高壓注漿的方法才能提高錨固體的強度，注漿壓力不小于0.5MPa。
　　（4）在深基坑的周圍一般有各種管線和建筑物必須加以保護。在開挖前地下水為承壓水，開挖后如采用井點大量排水或由于水力梯度與徑流速度增大，會造成土體強度降低，土顆粒被搬運，從而造成因地面沉降或滑坡而產生被保護對象的損壞，以致造成重大事故。所以最好做基坑內的盲溝集水井，并做好樁間土的封閉。
　　（5）因施工后的錨固體曾樹根狀，其影響范圍的土體的應力狀態十分復雜，如何計算土體受力后應力變化還待進一步探討。