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关于止水型复合土钉墙支护技术的探讨

  • 来源:基础工程网
  • 发表于:2018-01-12 16:56:43
  • 点击:425

  随着我国城市建设的发展,建筑物越来越密集,基坑开挖深度不断加大,地下水位较浅地区的基坑降水深度不断增加,对基坑支护和降水工程的要求也更加严格。然而在工程实践中,敞开式基坑降水经常引起周围建筑、道路沉降,造成环境破坏,引起纠纷,止水型复合土钉墙就是在这种情况下发展起来的。

  1结构型式 

  止水型复合土钉墙是常规土钉墙、预应力锚杆、止水帷幕三种支护体系相互结合的产物,常用的结构型式有止水帷幕+常规土钉墙和止水帷幕+常规土钉墙+预应力锚杆。 

  1.1止水帷幕 

  一般情况下,高水位地区的基坑支护均设置止水帷幕。止水帷幕起止水和加固支护面的双重作用。 

  止水帷幕一般采用相互搭接的深层搅拌桩或高压旋喷桩,伸入基坑底部2~3m,并需要穿过强透水层,进入不透水层1~2m。 

  复合土钉墙中的止水帷幕,除止水功能外,还有加固地层和稳定开挖面的作用,所以对搅拌桩或旋喷桩的强度有一定要求,其水泥掺量也比常规搅拌桩或旋喷桩高,并常选用早强型水泥品种,桩身强度一般可达到1~3MPa。 

  1.2土钉 

  在复合土钉墙中,除使用传统的钻孔注浆型土钉外,常采用新型的打入注浆型钢管土钉,以解决在砂层或软土中土钉成孔问题和成孔穿透止水帷幕时的漏水问题。土钉长度一般为6~12m,间距1~2m,其他构造及连接与普通土钉墙相同。 

  1.3预应力锚杆 

  在复合土钉墙的中部设置1~3排预应力锚杆,对土钉墙施加初始背拉力,可大大减少土钉墙的位移,提高工程的安全度,满足不同工程的需要。预应力锚杆可采用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆,也可采用钢管预应力锚杆。锚杆锚头必须与喷射混凝土面层连接可靠,可设置承压板和喷射混凝土连梁,保证足够的强度和刚度,将锚固力有效地传递到面层和土层中。复合土钉墙中预应力锚杆与桩锚体系中的预应力锚杆有所不同。设计荷载不宜过大。一般宜小于300kN。

  2设计计算 

  挡土挡水复合型土钉墙支护的设计计算,包括帷幕体的设计、整体稳定性分析及抗拔力验算等内容。 

  2.1帷幕体的设计 

  常见的止水帷幕类型有幕帘式和落底式两种。幕帘式帷幕是指帷幕墙的墙底未进入相对隔水层中,即帷幕墙未完全封闭、隔断区域内赋水 

  层;落底式帷幕与之相反,即帷幕墙底巳进入相对隔水层中,完全封闭了区域内赋水层,使外界水源无法向该区域补给。 

  不论止水帷幕呈“悬吊”形式未插入相对不透水层,还是能够插入相对不透水层,止水帷幕深度t都应按下式进行管涌验算: 

  式中:k为系数,k≥1.5~2.0;γ′为土体的浮重度;γw为水的重度;h′为水头差。若t值小于1.50m,应取1.50m。 

  2.2整体稳定性分析 

  复合型土钉墙设计中,整体稳定性分析是一个控制性环节,其重点在于分步计算每一开挖阶段的稳定性。一般某一层开挖完毕而该层土钉尚未施工的情况为最不利工况。

  ①整体稳定性分析验算的基本方法为简化的圆弧滑动分析法 

  式中:kg为土钉墙整体稳定安全系数;λ0为基坑侧壁重要性系数;ci为土体的粘聚力(kPa);i为土体的内摩擦角(°);Li为土条滑动面弧长(m);wi为土条重量(kN);q0为第i条土体上部超载;bi为第i分条宽度;TNj为土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力(kN);S为土钉的水平间距(m);θi为滑动面某处切线与水平面之间的夹角(°);αi为土钉与水平面之间的夹角(°);ξ为折减系数,根据经验取0.5;dnj为第j根土钉锚固体直径;qsik为土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值,应由现场试验确定如无试验,可查《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99);lni为第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。 

  ②复合土钉墙的整体稳定性分析也采用圆弧滑裂面计算。计算中考虑止水帷幕的作用,其计算公式为: 

  式中:Kp为复合土钉墙整体稳定安全系数,ιg为搅拌桩的抗剪强度设计值(kPa);Ag为搅拌桩的面积(m2);SL为搅拌桩、微型桩的间距(m);SM为预应力锚杆的水平间距(m);ζ为组合折减系数,取0.5~1.0;为折减系数,根据预应力水平在0.5~1.0之间选取。其余符号同前。 

  对于施工阶段不同开挖深度和使用阶段不同位置应分别计算。保证各个阶段各个位置的安全系数均满足设计的要求.容许的安全系数可根据工程性质和安全等级在1.2~1.5之间选取。 

  ③复合土钉墙中土钉(锚杆)抗拔力验算与土钉墙相同,即 

  KBj=TXjcosαienjSXSY(4) 

  式中:KBj为第j个土钉(锚杆)抗拔力安全系数,取1.5~2.0,对临时性土钉墙工程取小值,永久性工程取大值;TXj为第j个土钉(锚杆)破裂面外土体提供的有效抗拉能力标准值(KN),αi为土钉(锚杆)与水平面之间的夹角;Sx,Sy为土钉(锚杆)平均水平(垂直)间距(m);enj为主动土压力强度(kPa)。 

  2.3止水型复合土钉墙的变形计算 

  复合土钉墙的变形计算目前尚无解析方法,一般采取数值方法或经验类比法进行估算。 

  比较常用的数值方法为弹性模型及非线性弹性模型有限元等。较好的方法是结合现场实测资料,利用数值方法进行反分析,以提高数值方法预测的精度。常用的计算软件为FI3Dac、Piaxis8.2等。 

  经验类比法也是比较常用的方法,水泥土桩作为止水帷幕超前支护的土钉挡墙,墙后的地表沉陷比较小,一般为0.3%的开挖深度,且沉降槽靠近开挖面的水泥土桩沉陷非常小,通常为几毫米,最大沉陷位置距开挖面0.5~1.0H,沉降量为30~50mm,约为0.3~0.5%H。沉降槽宽度,即沉陷影响范围为1.0~2.0H。

  墙体位移和地表沉降都是随开挖逐步发展的。量测表明:每开挖一层(约1.0m深),会引起1~8mm的沉陷和位移,沉陷、位移的大小取决于开挖深度、土层及施工工艺等因素[4]。 

  3变形控制技术 

  深基坑工程设计不仅要保证支护体系的稳定,而且要满足变形控制的要求。复合土钉墙的变形控制技术是融设计与施工于一体的综合性措施,既包括设计措施,又包括配套的施工工艺。 


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