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摘 要:本文介绍了岩溶地区某深基坑运用土钉墙施工技术支护的过程中,遇到土洞及软弱土层的处理方法,为岩溶地区施工深基坑支护提供了一个成功案例。
关键词:岩溶地区深基坑土钉墙
中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0038-01
广西某高层建筑场地位于岩溶区,设计楼层33层,高106m,地下室二层,开挖深度10m。基坑北、西侧为街道,基坑边缘距街道边线分别为32m和28m;基坑东、南侧为6层建筑,东侧建筑边线距基坑边缘35m,南侧建筑边线距基坑边缘10m。根据场地工程地质条件及场地周围环境状况,基坑护壁决定采用土钉墙方案。施工过程中遇到了岩溶区常见的土洞,并形成坍塌;以及基坑底部基岩面上存在软弱土层。经过处理,土钉墙施工取得成功。该工程体现了岩溶区土钉墙施工的一些特点。现叙述如下:
1 場地工程地质概况
场地地基土层可分为杂填土、粘土,下付基岩为灰岩。分述如下:
(1)杂填土(Q4ml):由混凝土块和粘性土组成,硬颗粒含量40%～50%;厚0.4～1.2m,分布于整个场地。
(2)粘土(Q3el):分为硬塑状、可塑状、软塑状粘土。硬塑状粘土层厚4.2～4.8m,位于杂填土之下,分布于整个场地;可塑状粘土层厚3.8～5.4m,位于硬塑状粘土之下,分布于整个场地;软塑状粘土层厚1.3～1.8m,位于可塑状粘土之下,在场地大部分有分布,仅场地西南角缺失。下伏基岩为泥盆系中统中～微风化灰岩,岩溶较发育。场地地下水类型为覆盖层孔隙水和碳酸盐岩裂隙溶洞水。孔隙水水量小,对土钉墙施工影响不大;场地碳酸盐岩裂隙溶洞水水量丰富,但埋深较大,对土钉墙由上至下逐层施工影响也不大。
2 施工工序
根据场地地质条件,制定施工工序如下:加固软弱地层→分层开挖基坑→土钉墙施工→隐蔽验收。
3 软弱土层加固处理
场地大部分地区分布有软塑状粘土,其抗剪强度较低,若直接施工土钉则土钉的抗拔强度很低,且该层土分布在基坑边坡下部,基坑开挖后会形成潜在的滑动层,故在基坑开挖前先对该层土进行加固处理,处理采用压力注浆方法,注浆材料采用425号普通硅酸盐水泥配制的纯水泥浆,水灰比为0.6:1;用50型或100型勘探钻机将注浆探头锤击至软塑状粘土层底部,然后用砂浆泵以1.0MP的压力将纯水泥浆泵入,并逐步上拔注浆探头,上拔高度应小于探头出浆段的长度,注浆时应采取堵塞措施,使得水泥浆尽可能沿水平向挤渗入软塑状土层中,注浆至水泥浆渗出地面为止。处理后对该层土用触探方法测试加固效果,合格标准为锤击数不小于在场地可塑状粘土层的锤击数。若锤击数达不到要求,则在该处再次注浆加固处理。
4 土钉墙设计
根据场地工程地质条件和开挖深度,进行边坡稳定性分析和土钉设计验算,土钉设计极限抗拔力不小于30kN/m,土钉杆体为φ20mm的螺纹钢筋,长6～9m,土钉倾角25°,钻孔直径10cm,横向孔距1.5m,纵向排距1.2m,上下土钉呈梅花状排布,土钉面层为配网喷射水泥砂浆,钢筋网为Φ6mm钢筋,网距15×15cm,喷射水泥砂浆层厚度10cm,设计强度等级为C20。支护剖面如下图:基坑分层开挖深度为1.5m。
5 土钉墙施工
土钉施工前,先分层开挖基坑,每层开挖深度1.5m左右,开挖至土钉设计标高的0.5m以下,按设计将土钉位置做好标记,然后按锚杆机造孔→放入土钉杆体→灌注水泥砂浆的工序进行。造孔钻机采用气动冲击式锚杆钻机,造孔直径10cm,按设计施工孔深达到要求后,用空压机清孔,将孔内残留钻渣吹出孔口,插入土钉杆体,杆体上每隔2m焊接支架,以保证杆体在孔内能保持居中;灌注水泥砂浆时,注浆管应伸入孔内离孔底10～20cm处,注浆过程中应适时活动注浆管,令孔内水泥砂浆充实,避免产生气泡,影响土钉体与周围土体胶结的质量;水灰比为0.45～0.5∶1,砂要选用过筛后的粉、细砂,以免大颗粒堵塞注浆泵,造成灌浆中断时间过长,从而影响土钉体质量,砂含泥量不得大于5%,避免因含泥量过高而降低包裹土钉钢筋的水泥砂浆体的强度。灌浆第一次结束的要求是水泥砂浆溢流出孔口;待水泥砂浆初凝后再进行二次补浆。一般施工2层土钉后进行一次挂网喷射水泥砂浆面层,如此往复进行,直到完成。
在造孔过程中,遇到一处土洞,该土洞因为其下伏灰岩岩溶较发育而形成,亦为岩溶地区较常见的地质现象。由于造孔时机械扰动,引起洞周土体坍塌,并将造孔钻具埋住。考虑到基坑开挖深度已较大,土洞上方已施工了多层土钉,若冒然将钻具取出,极可能使坍塌加剧,从而破坏周围已完成的土钉柱体,故将钻具留在基坑壁中,作为支撑体。在短时间内用编织袋装入粘土并压实,投入土洞中,将土洞填满,然后用钢板将洞口遮住,以支撑物顶紧钢板。接着在基坑壁洞顶处造孔,孔向下倾斜约30°,孔连通洞体,然后注入水灰比为0.5∶1的水泥浆,使水泥浆尽可能地流入填充物的缝隙中,令填充物固结在一起,注浆管应伸到距孔底20cm处,水泥浆灌注结束的要求是浆液从孔口溢出。土洞部位的土钉先暂停施工,先施工其两侧的土钉,3天以后将洞口盖板取开,进行土洞部位的土钉施工,土钉数增加为原设计的2倍,施工方法与前述正常情况一样。
在施工过程中,随时观测已完成部分土钉墙的变形情况,在保证已完成工程的质量的前提下进行后续施工。根据对土钉的抗拔力试验,以及喷射水泥砂浆层的厚度和强度的检测,施工质量均符合设计和规范的要求。
6 土钉墙支护效果
基坑开挖至基底设计标高,并完成整个土钉墙施工,直到建筑物主体结构修建完工,基坑边坡都保持安全稳定,表明土钉墙支护是成功的。
7 结语
在岩溶地区进行深基坑开挖,往往会遇到土洞及软弱土层,这些不良地质条件对基坑边坡稳定造成较大影响,采用回填、压力注浆加固等方法先进行处理,然后采用土钉墙护壁,效果良好。
关键词:岩溶地区深基坑土钉墙
中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(c)-0038-01
广西某高层建筑场地位于岩溶区,设计楼层33层,高106m,地下室二层,开挖深度10m。基坑北、西侧为街道,基坑边缘距街道边线分别为32m和28m;基坑东、南侧为6层建筑,东侧建筑边线距基坑边缘35m,南侧建筑边线距基坑边缘10m。根据场地工程地质条件及场地周围环境状况,基坑护壁决定采用土钉墙方案。施工过程中遇到了岩溶区常见的土洞,并形成坍塌;以及基坑底部基岩面上存在软弱土层。经过处理,土钉墙施工取得成功。该工程体现了岩溶区土钉墙施工的一些特点。现叙述如下:
1 場地工程地质概况
场地地基土层可分为杂填土、粘土,下付基岩为灰岩。分述如下:
(1)杂填土(Q4ml):由混凝土块和粘性土组成,硬颗粒含量40%～50%;厚0.4～1.2m,分布于整个场地。
(2)粘土(Q3el):分为硬塑状、可塑状、软塑状粘土。硬塑状粘土层厚4.2～4.8m,位于杂填土之下,分布于整个场地;可塑状粘土层厚3.8～5.4m,位于硬塑状粘土之下,分布于整个场地;软塑状粘土层厚1.3～1.8m,位于可塑状粘土之下,在场地大部分有分布,仅场地西南角缺失。下伏基岩为泥盆系中统中～微风化灰岩,岩溶较发育。场地地下水类型为覆盖层孔隙水和碳酸盐岩裂隙溶洞水。孔隙水水量小,对土钉墙施工影响不大;场地碳酸盐岩裂隙溶洞水水量丰富,但埋深较大,对土钉墙由上至下逐层施工影响也不大。
2 施工工序
根据场地地质条件,制定施工工序如下:加固软弱地层→分层开挖基坑→土钉墙施工→隐蔽验收。
3 软弱土层加固处理
场地大部分地区分布有软塑状粘土,其抗剪强度较低,若直接施工土钉则土钉的抗拔强度很低,且该层土分布在基坑边坡下部,基坑开挖后会形成潜在的滑动层,故在基坑开挖前先对该层土进行加固处理,处理采用压力注浆方法,注浆材料采用425号普通硅酸盐水泥配制的纯水泥浆,水灰比为0.6:1;用50型或100型勘探钻机将注浆探头锤击至软塑状粘土层底部,然后用砂浆泵以1.0MP的压力将纯水泥浆泵入,并逐步上拔注浆探头,上拔高度应小于探头出浆段的长度,注浆时应采取堵塞措施,使得水泥浆尽可能沿水平向挤渗入软塑状土层中,注浆至水泥浆渗出地面为止。处理后对该层土用触探方法测试加固效果,合格标准为锤击数不小于在场地可塑状粘土层的锤击数。若锤击数达不到要求,则在该处再次注浆加固处理。
4 土钉墙设计
根据场地工程地质条件和开挖深度,进行边坡稳定性分析和土钉设计验算,土钉设计极限抗拔力不小于30kN/m,土钉杆体为φ20mm的螺纹钢筋,长6～9m,土钉倾角25°,钻孔直径10cm,横向孔距1.5m,纵向排距1.2m,上下土钉呈梅花状排布,土钉面层为配网喷射水泥砂浆,钢筋网为Φ6mm钢筋,网距15×15cm,喷射水泥砂浆层厚度10cm,设计强度等级为C20。支护剖面如下图:基坑分层开挖深度为1.5m。
5 土钉墙施工
土钉施工前,先分层开挖基坑,每层开挖深度1.5m左右,开挖至土钉设计标高的0.5m以下,按设计将土钉位置做好标记,然后按锚杆机造孔→放入土钉杆体→灌注水泥砂浆的工序进行。造孔钻机采用气动冲击式锚杆钻机,造孔直径10cm,按设计施工孔深达到要求后,用空压机清孔,将孔内残留钻渣吹出孔口,插入土钉杆体,杆体上每隔2m焊接支架,以保证杆体在孔内能保持居中;灌注水泥砂浆时,注浆管应伸入孔内离孔底10～20cm处,注浆过程中应适时活动注浆管,令孔内水泥砂浆充实,避免产生气泡,影响土钉体与周围土体胶结的质量;水灰比为0.45～0.5∶1,砂要选用过筛后的粉、细砂,以免大颗粒堵塞注浆泵,造成灌浆中断时间过长,从而影响土钉体质量,砂含泥量不得大于5%,避免因含泥量过高而降低包裹土钉钢筋的水泥砂浆体的强度。灌浆第一次结束的要求是水泥砂浆溢流出孔口;待水泥砂浆初凝后再进行二次补浆。一般施工2层土钉后进行一次挂网喷射水泥砂浆面层,如此往复进行,直到完成。
在造孔过程中,遇到一处土洞,该土洞因为其下伏灰岩岩溶较发育而形成,亦为岩溶地区较常见的地质现象。由于造孔时机械扰动,引起洞周土体坍塌,并将造孔钻具埋住。考虑到基坑开挖深度已较大,土洞上方已施工了多层土钉,若冒然将钻具取出,极可能使坍塌加剧,从而破坏周围已完成的土钉柱体,故将钻具留在基坑壁中,作为支撑体。在短时间内用编织袋装入粘土并压实,投入土洞中,将土洞填满,然后用钢板将洞口遮住,以支撑物顶紧钢板。接着在基坑壁洞顶处造孔,孔向下倾斜约30°,孔连通洞体,然后注入水灰比为0.5∶1的水泥浆,使水泥浆尽可能地流入填充物的缝隙中,令填充物固结在一起,注浆管应伸到距孔底20cm处,水泥浆灌注结束的要求是浆液从孔口溢出。土洞部位的土钉先暂停施工,先施工其两侧的土钉,3天以后将洞口盖板取开,进行土洞部位的土钉施工,土钉数增加为原设计的2倍,施工方法与前述正常情况一样。
在施工过程中,随时观测已完成部分土钉墙的变形情况,在保证已完成工程的质量的前提下进行后续施工。根据对土钉的抗拔力试验,以及喷射水泥砂浆层的厚度和强度的检测,施工质量均符合设计和规范的要求。
6 土钉墙支护效果
基坑开挖至基底设计标高,并完成整个土钉墙施工,直到建筑物主体结构修建完工,基坑边坡都保持安全稳定,表明土钉墙支护是成功的。
7 结语
在岩溶地区进行深基坑开挖,往往会遇到土洞及软弱土层,这些不良地质条件对基坑边坡稳定造成较大影响,采用回填、压力注浆加固等方法先进行处理,然后采用土钉墙护壁,效果良好。