土釘錨桿支護體系變形特性研究

隨著我國國民經濟的快速增長,城市向空間、地下立體化發展,因而高層建筑、地鐵、地下倉庫以及多種地下工業與民用設施等大量涌現。與之相適應深基坑工程(H≥7m)越來越多,開挖越來越深,由此而產生了大量深基坑工程,其規模和深度不斷加大。近年來,以土釘支護為主,輔以其它補強措施以維持和提高土體邊坡穩定性的復合支護形式得到了廣泛的應用,國內許多學者對其進行了廣泛的研究。
　　
　　1復合土釘支護
　　隨著我國經濟建設的高速發展,全國各地大量的深基坑不斷涌現,而基坑支護工程作為一項臨時性工程,很多建設單位不希望投入大量的資金,而造價相對低廉的土釘支護方法卻存在著不適合深基坑,以及基坑側壁變形過大的弊端。隨著基坑支護理論的提升,國內基坑設計的方法已經逐漸由“強度控制理論”向“變形控制理論”轉變[1],這種新的基坑支護概念不允許基坑出現較大的位移。而錨桿支護同樣作為一種造價比較低的支護手段恰好填補了土釘支護的這一缺陷,其強大的預應力可以有效的控制坑壁位移,從而保證了基坑的安全和穩定。
　　土釘錨桿支護體系是復合土釘支護的一種形式,陳肇元對復合土釘支護的定義描述為:復合土釘支護就是把土釘與其它支護形式或施工措施聯合應用,在保證支護體系安全穩定的同時滿足某種特殊的工程需要,如限制基坑上部的變形、阻止邊坡土體內水的滲出、解決開挖面的自立性或阻止基坑底面隆起等。土釘錨桿支護體系具有非常突出的優點。
　　(1)造價低廉。土釘錨桿支護相當于將土釘支護中一部分土釘改成錨桿,材料用量都很少,造價低,都不需要大型機械和復雜工藝。
　　(2)施工速度快。由于施工工藝相似,除了需要施加預應力外,在施工方法上和施工場地、施工機械方面幾乎與土釘完全相同,沒有特殊的要求,大大縮短了工期。
　　(3)土體變形小,支護效果好。由于錨桿的預應力,減小了土體的變形,正好彌補了土釘支護土體變形大的缺陷。可以有效地控制基坑變形,可用于深度較大的基坑,及基坑周圍存在建筑物和地下管線而對位移控制比較嚴格的基坑。
　　(4)在土釘錨桿支護體系中,錨桿主動受力,土釘被動受力,土釘和錨桿受力互補,這種互補性對于基坑的穩定有著非常重要的作用。
　　
　　2土釘錨桿支護體系監測系統設計
　　2.1 基坑監測的目的和意義
　　基坑開挖過程中,基坑內外的土體必然會發生受力狀態的改變,由原來的靜止土壓力狀態向被動和主動土壓力狀態轉變,即使采取了支護措施,由此也會引起基坑土體內力變化并產生一定數量的變形。基坑內力主要包括:土壓力,樁內力,土釘錨桿軸力等;基坑的變形包括:基坑側壁及周圍土體的豎向位移(沉降)和側向位移(水平位移),基坑坑底土體的隆起。
　　雖然一定程度上的內力和變形是允許的,但是當內力和變形超出了一個范圍后,將會對基坑本身以及周圍環境造成破壞性的影響。因此開展基坑監測,對基坑支護體系,基坑周圍土體以及周圍環境進行系統的綜合的監測,對于確保基坑開挖工程順利有序進行具有十分重要的意義。
　　2.2 基坑監測的內容和手段
　　基坑監測的內容包括三個方面,基坑變形監測,基坑周圍環境監測和基坑內力監測。
　　(1)變形監測主要有水平位移觀測,豎直位移(沉降)觀測,深層水平位移監測。
　　(2)周圍環境監測包括基坑周圍建筑物、構筑物、管道線路水平位移和豎直位移觀測,地下水位監測,基坑周圍地面裂縫觀測等。
　　(3)內力監測有基坑土壓力監測,支護樁內力監測,土釘內力監測,錨桿內力監測等。
　　《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120―99)根據安全等級,規定了應測、宜測、可測項目,具有強制性和指導意義。
　　
　　3工程實例
　　3.1 工程概況
　　本工程場地位于濱州市鄒平縣三八街52號院內。該工程占地面積147×97m2。基礎埋深為12.5m,基坑支護形式為土釘錨桿支護形式。場地位于鬧市區,周邊有交通主干道及地下管線較多,南側基坑邊線距六層住宅樓約5.0m;東側基坑邊線距六層住宅樓約6.0m;北、西側基坑邊線距公路最近約3.0m。
　　場地原為房屋,現已拆除。鉆孔孔口標高為49.97m～50.46m,相對高差0.49m。本場地地貌單元為山前平原。
　　為了能充分檢測基坑的變形情況,在基坑的周圍每相隔10m設置一個位移觀測點,在支護結構的頂部布置了16個位移觀測點,對基坑周圍的16個位移觀測點,既觀測水平位移,也觀測豎直位移,確保基坑開挖過程中,基坑邊坡及支護結構的安全與穩定。
　　3.2 基坑監測方法和儀器
　　基坑沉降觀測所采用的儀器為德國天寶公司生產的Dini12數字水準儀,測量精度為:每公里往返測高差中誤差0.3mm/km,最小讀數0.01mm。采用條碼水準尺,感應條碼尺反射的可見光即可測量。先進的感光讀數系統:只需讀取條碼尺30cm范圍的條碼即可測量,如遇遮擋,則處于一定時間的等待狀態,遮擋物移開后,立即進行測量。只需一根尺即可進行不同遠近距離的水準測量,勿需換尺。儀器自動記錄讀數,并能自動進行平差計算,減少了人為讀數和人為記錄的誤差。
　　基坑水平位移觀測采用視準線法,在基坑的四個陰角點位置,布置四個固定點,以四個固定點為基準線,利用全站儀在精密鋼板尺上的讀數,來測量變形觀測點與視準線之間的距離,兩次距離之差,即為水平位移量。水平位移觀測所采用的儀器:瑞士徠卡的TC702全站儀,測角精度為:2″,測距精度為:2mm+2ppm。
　　3.3 監測成果及分析
　　齊星名都豪園基坑工程變形監測,從2009年6月18日開始布置沉降觀測點和基準點,6月19日進行第一次觀測,到2010年1月12日沉降觀測結束,共計觀測50次。
　　(1)沉降觀測的監測過程及結果分析。
　　本項目對于基坑邊坡15個沉降觀測點的觀測,每次觀測時每一個閉合線路的閉合差都控制在1mm以內,最大閉合差為+0.97mm。最小閉合差為+0.01mm。
　　從基坑邊坡頂部15個變形點的沉降數據來看,最大的沉降點是S14,沉降量為-7.60mm,最小的沉降點是S2,沉降量為-3.14mm。沉降點S1、S2和S5的沉降量在-4mm以內,其余的沉降點的沉降量都在-5.0mm～-8.0mm之間。沉降變形數據比較一致,一方面說明了基坑的沉降變化均勻;另一方面,說明觀測精度較高,數據可靠。
　　從沉降曲線上看,在基坑開挖初期(2009年6月初至2009年7月20日),由于基坑內部土體的變動,使基坑邊坡頂部的沉降觀測點略的上浮的現象。從2009年7月底以后,基坑邊坡頂部開始下降,但沉降量較小,最大的只有-2.51mm,基坑北側和東側變形較大,西南方向變形較小,與基坑的開挖順序一致(當時先開挖的是北側和西北方向的土體),之后整個基坑基本上是平穩變化,沒有突變的過程發生。基坑開挖至2009年11月份以后,基坑支護完成,基坑處于穩定狀態,沉降變形較小,基坑穩定。
　　(2)基坑邊坡水平位移監測結果分析。
　　本項目基坑水平位移觀測點與沉降觀測點共用,從水平位移觀測數據來看,累積位移量最大的水平位移為3mm,最小的只有0mm,也就是沒有累積變化量,從整個基坑的水平位移曲線來看,變化有正有負,也就是說基坑邊坡頂部的水平位移,有時向基坑內側移動,有時向基坑外側移動,這一方面說明了基坑邊坡頂部的變化與土體的開挖過程有關,另一方面說明基坑頂部的水平位移變形很小,并與沉降觀測數據的降浮相一致。但基坑水平位移的總趨勢是向基坑的內側位移較大。與基坑的開挖過程相一致。從水平位移曲線來看,基坑邊坡頂部的水平位移,總體變化不大,累積位移量只有安全域的25%,整個基坑一直處于穩定和安全狀態,基坑至2009年10月以后水平位移曲線平緩,水平位移發展趨勢緩慢,基坑處于穩定狀態。
　　
　　4結語
　　從觀測過程及觀測數據來看,在基坑施工的整個過程中,由于土釘錨桿支護形式的技術方案可靠,使基坑基本處于穩定狀態,保證了基坑開挖和主體建筑施工的安全。其次,土釘錨桿支護體系作為復合土釘支護形式的一種,由于錨桿的預應力對基坑土體的作用,可以有效控制基坑的橫向變形,適合應用于周圍場地環境復雜的基坑工程中。