土釘墻技術(shù)在砂墊層地基基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

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一、簡述 
    現(xiàn)行工程中常用的復(fù)合型土釘墻支護(hù)，主要是水泥土攪拌樁與土釘墻的結(jié)合應(yīng)用。其原理主要是：通過水泥土攪拌樁對邊坡土體進(jìn)行土體加固，解決土體自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結(jié)問題；以水平向壓密注漿及二次壓力灌注解決土體加固及土釘抗拔問題；以相對較深的攪拌樁插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題，形成防滲帷幕、超前支護(hù)及土釘?shù)冉M成的復(fù)合型土釘支護(hù)。因此，復(fù)合型土釘墻適用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥質(zhì)土。在上海各類地層中，都有成功地使用復(fù)合型土釘墻的工程實(shí)例。 
    二、工程概況 
    青浦第二自來水廠，位于青浦區(qū)西南角西大盈河畔。該項(xiàng)目由16個單體組成，有沉淀池、濾池、廢水池、清水池等大型水池類構(gòu)筑物，均采用砂墊層換填地基，基礎(chǔ)為大板筏基。砂墊層基底標(biāo)高為-5m，大板筏基基底標(biāo)高為-0.3m，砂墊層厚度4.7m。該項(xiàng)目由西班牙德利滿公司負(fù)責(zé)所有安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備的供應(yīng)。由于系統(tǒng)圖紙出圖較晚，在沉淀池與濾池結(jié)構(gòu)完成后，外方設(shè)計(jì)要求在該兩個單體中間地基里增添一條Φ1000mm排泥管，排泥管埋設(shè)深度-3.8m，并在排泥管長度方向上間隔15m設(shè)置一口閥門井。為埋設(shè)此排泥管，必須在沉淀池與濾池當(dāng)中的砂墊層地基里開挖溝槽。地下水位較高，為-0.7m；砂墊層采用中粗砂，密實(shí)度為1.65t/m3。所以，基坑都處于砂墊層地基中，在水頭壓力差作用下，極易產(chǎn)生流砂及管涌；在基坑邊兩個單體的自重荷載下，砂更無自立的可能性，極易產(chǎn)生坍塌。故在這種地基里，基坑圍護(hù)的方案選擇是非常謹(jǐn)慎的。 
    三、基坑圍護(hù)方案 
    針對基坑支護(hù)的功能特點(diǎn)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，首先考慮對砂墊層進(jìn)行土體加固，加固范圍為開挖面四周。通過土體加固，一方面使被加固土體的滲透系數(shù)降至10-5~10-8cm/sec，保證土體的抗?jié)B性能；一方面使被加固土體的強(qiáng)度達(dá)到1Mpa以上，保證土體的自立性和強(qiáng)度。由于沉淀池與濾池距離僅為4m，上空高度僅2.7m左右，基坑四周根本沒有供大型樁機(jī)作業(yè)的場地，所以無法采用灌注樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁等施工工藝來對砂墊層地基進(jìn)行土體加固。唯一可行的就是采用雙液注漿，漿液與砂凝結(jié)固化后成為水泥砂漿塊體，強(qiáng)度與抗?jié)B性能都比較好。鑒于地下水位較高，砂的滲流性較好，為保證注漿效果，決定采用分層壓密注漿工藝對砂墊層進(jìn)行地基加固。出于場地限制及造價上的考慮，決定采用土釘墻作為基坑的支護(hù)形式：土釘沿深度方向布置3排，間距1m，采用梅花型布置；土釘長度6.5m，采用Ф48*3.5mm國標(biāo)焊接鋼管。 
    從某種意義上來說，分層壓密注漿與土釘墻的結(jié)合應(yīng)用，形成為一種新型的復(fù)合型土釘支護(hù)。
    四、基坑圍護(hù)施工 
    復(fù)合土釘墻施工工藝流程： 
    1、分層壓密注漿 
    （1）定位放線：根據(jù)設(shè)計(jì)方案，確定分層壓密注漿孔位，用短鋼筋作好標(biāo)志； 
    （2）鉆孔：孔位確定后，鉆機(jī)就位并安放牢固平穩(wěn)，然后開始鉆孔，采用干鉆法，鉆孔直徑50mm； 
    （3）注漿：鉆頭鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將鉆桿上部（鉆桿為Ф50無縫鋼管）與注漿泵連接，從底部開始注漿，通過液壓注漿泵將水泥漿液注入土中；鉆頭呈花管形式，頂端封閉，四周開直徑8mm注漿小孔。每層注漿完成后，將鉆桿提升0.3m，邊拔邊注，直至注到孔口，拔出鉆頭，封孔候凝； 
    （4）養(yǎng)護(hù)：養(yǎng)護(hù)時間為28天，待注漿結(jié)束28天后，方可進(jìn)行土釘墻施工工作。開挖前，采用靜力觸探法檢測注漿加固體的抗壓強(qiáng)度。 
    2、土釘墻施工 
    （1）放線：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，確定基坑開挖邊線，用木樁和白灰作出開挖線標(biāo)記； 
    （2）土方開挖：分三次開挖，第一次至-1.8m，第二次至-2.8m，第三次至-3.8m。邊開挖邊支護(hù)，分層開挖，分層支護(hù)，挖完亦支護(hù)完。土方開挖必須和支護(hù)施工密切配合，前一層土釘完成注漿1天以上方可進(jìn)行下一層邊坡面的開挖。開挖時鏟頭不得撞擊網(wǎng)壁和釘頭，開挖進(jìn)程和土釘墻施工形成循環(huán)作業(yè)； 
    （3）修坡：要求坡面修理平整，確保噴射砼質(zhì)量； 
    （4）土釘制作、成孔：土釘按照設(shè)計(jì)方案制作，鋼管四周開注漿小孔，小孔直徑8 mm，小孔在鋼管上呈螺旋狀布置，小孔間距50 mm，鋼管口部1m范圍不設(shè)注漿孔，鋼管末端封閉。土釘位置、間距及角度根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，用空壓機(jī)帶動沖擊器將加工好的土釘分段焊接打入土中； 
    （5）編制鋼筋網(wǎng)：將Φ6.5鋼筋拉直，鋼筋網(wǎng)片按照設(shè)計(jì)之間距綁扎。土釘成孔后，端部用Φ16螺紋聯(lián)系筋、井字加強(qiáng)筋焊接壓在鋼筋網(wǎng)上，使鋼筋網(wǎng)片、土釘連成整體。土釘與加強(qiáng)筋、聯(lián)系筋之間均焊接聯(lián)接，焊縫長度符合規(guī)范要求。鋼筋網(wǎng)編扎接長度及相臨搭接接頭錯開長度符合規(guī)范要求，在不能滿足規(guī)范要求的，必須用電焊焊接牢固。 
    （6）噴射砼：在土方開挖、修坡之后，鋼筋網(wǎng)編焊完成后，進(jìn)行混凝土噴射，一次噴射總厚度≥100mm，石子粒徑5~10mm，最大粒徑＜12mm，專用噴射混凝土速凝劑摻入量不小于5％。噴射砼在每一層、每一段之間的施工搭接之前，將搭接處泥土等雜質(zhì)清除，確保噴射砼搭接良好，保證噴射砼質(zhì)量，不發(fā)生滲漏水現(xiàn)象。 
    （7）土釘注漿：在面層噴射砼達(dá)到一定強(qiáng)度時才能注漿。對于土釘注漿，注漿前將注漿管插入土釘?shù)撞?，從土釘?shù)撞孔{，邊注漿邊拔注漿管，再到口部壓力灌漿。水泥漿按照設(shè)計(jì)拌制，攪拌充分，并用細(xì)篩網(wǎng)過濾，然后通過擠壓泵注漿。土釘注漿通過兩方面控制，一是注漿壓力控制在0.1Mpa，二是單管注漿量控制在80L左右。為防止土釘端部發(fā)生滲水現(xiàn)象，在土釘成孔之后，噴射砼施工之前，將土釘周圍用粘土及水泥袋填塞搗實(shí)，噴射砼時先將土頭噴射填塞密實(shí)，注漿飽滿，即可避免出現(xiàn)土釘頭滲水現(xiàn)象。 
    五、基坑監(jiān)測 
    信息化施工是基坑支護(hù)新技術(shù)——土釘墻支護(hù)技術(shù)的一個特點(diǎn)，為了確?；影踩挥绊懼車ㄖ?，要求隨時掌握開挖及支護(hù)施工整個過程中邊坡的動態(tài)變化，因此必須在支護(hù)施工過程中實(shí)施信息化施工。并把獲得的信息通過修改設(shè)計(jì)反饋到施工工作中去，以指導(dǎo)施工。本基坑按三級基坑要求，測量內(nèi)容以位移和沉降為主，數(shù)據(jù)如下： 
    1、基坑邊坡的監(jiān)測：沿基坑周邊布置水平位移觀測點(diǎn)和沉降觀測點(diǎn)，每隔2米布置1點(diǎn)。最大水平位移值僅為3.5mm，最大沉降值為7.2 mm。位移及沉降量在土釘墻施工完成4天便趨于穩(wěn)定。 
    2、沉淀池及濾池監(jiān)測：沿沉淀池、濾池池壁上口每隔2米布置1沉降觀測點(diǎn)，池壁臨坑面每隔5米布置1位移觀測點(diǎn)。最大沉降值為2.8 mm，無位移量。 
    3、開挖前，注漿加固體經(jīng)靜力觸探法測得其平均抗壓強(qiáng)度為1.78Mpa，證明分層壓密注漿對砂墊層的加固是成功的，加固后的水泥砂漿塊體強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)測的1 Mpa的強(qiáng)度。 
    六、結(jié)語 
    1、針對不同的工況和地質(zhì)條件，選擇合適的基坑支護(hù)形式，是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的原則?；又ёo(hù)的本質(zhì)要點(diǎn)就是止水擋土以供坑內(nèi)安全施工，無論是重力式擋墻或非重力式擋墻均是如此，只不過采用的計(jì)算方法和施工工藝各有不同。 
    2、分層壓密注漿成功的解決了砂墊層中砂的加固問題，使砂與雙液漿液凝結(jié)固化為砂漿塊體，即保證了地基的強(qiáng)度，又形成為較密實(shí)的止水帷幕。 
    3、土釘墻成功解決了基坑邊坡的強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題。其施工周期短，與挖土同時進(jìn)行，很少占獨(dú)立工期。挖土與土釘支護(hù)都分層分塊施工，充分發(fā)揮土體的空間支護(hù)作用，并在開挖后幾個小時內(nèi)封閉，邊坡位移和變形及時得到約束限制。 
    4、可以看到，由分層壓密注漿和土釘墻結(jié)合應(yīng)用的新型復(fù)合型土釘支護(hù)在此工程中的位移變形較小，為坑內(nèi)施工提供了安全的保障，是一種成功的基坑圍護(hù)體系。 
    5、該支護(hù)體系成本低，僅為水泥土攪拌樁土釘墻造價的75%，值得在其他中淺基坑圍護(hù)中推廣應(yīng)用。