鋼花管土釘墻加水泥土攪拌樁止水帷幕技術(shù)應用                          

基于鋼花管土釘支護發(fā)展起來的復合鋼花管土釘支護技術(shù)應用于基坑、邊坡等工程結(jié)構(gòu)的支護中,主要包括鋼花管土釘與水泥土攪拌樁(止水帷幕)、鋼花管土釘與微型鋼管樁、鋼花管土釘與預應力錨桿三種主要形式。復合鋼花管土釘支護的作用機理主要是以鋼花管土釘支護為主,依據(jù)不同土質(zhì)條件、工程環(huán)境,借助于水泥土攪拌樁止水帷幕、微型鋼管樁和預應力錨桿等其它組件的共同作用來穩(wěn)定土體和邊坡,起到止水抗?jié)B作用、分擔與傳遞荷載作用、局部穩(wěn)定作用和超前加固作用。

1、復合鋼花管土釘支護主要型式及構(gòu)造方法

針對工程中復合鋼花管土釘?shù)膽脤嵗?目前實際工程施工中應用相對較多的復合鋼花管土釘支護形式及其構(gòu)造方法主要有:(l)、鋼花管土釘十超前微樁復合支護;(2)、鋼花管土釘+預應力錨桿(索)復合支護;(3)、鋼花管土釘+超前微樁+預應力錨桿(索)復合支護:(4)、鋼花管土釘+水泥土攪拌樁止水帷幕(包括單層樁和雙層樁)復合支護;(5)、鋼花管土釘+水泥土攪拌樁止水帷幕(包括單層樁和雙層樁)十預應力錨桿(索)復合支護;(6)、可施加預應力的鋼花管土釘+超前微樁;(7)、可施加預應力的鋼花管土釘+水泥攪拌樁止水帷幕。

1.1復合鋼花管土釘支護的作用機理

專家對軟土地質(zhì)條件和實際施工經(jīng)驗,認為復合型鋼花管土釘支護就是以水泥土攪拌樁帷幕等超前支護措施解決土體的自立性、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漿解決土體加固及鋼花管土釘抗拔力問題,以相對較長的插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流等問題。復合型鋼花管土釘支護一般可由防滲帷幕、超前支護及鋼花管土釘?shù)冉M件構(gòu)成。

在上述分析中,在定義復合鋼花管土釘支護概念時也基本清楚地表達了相應的復合鋼花管土釘支護的作用機理。歸納起來,復合鋼花管土釘支護的作用機理主要有以下三點:

(1)、水泥土攪拌樁等形式超前支護的作用是解決基坑邊壁土體的自立性及隔水性問題(但超前微樁不能解決隔水性問題),當邊壁土體含水量較大時,網(wǎng)噴混凝土面層不易與土體粘結(jié)在一起,若噴層直接噴在水泥土攪拌樁上則很容易粘結(jié)在一起。(2)、水平鋼花管土釘?shù)膲好茏{及二次壓力灌漿,增強了鋼花管土釘?shù)目拱瘟?由于漿液的滲透,同時對土體有加固作用。(3)、超前支護插入坑底以下較長的深度,可解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題。由于復合鋼花管土釘支護的形式較多,其作用機理也不盡相同,復合鋼花管土釘支護的作用機理主要與復合的形式有關(guān),不能統(tǒng)一而論。因此,復合鋼花管土釘支護的作用機理是與復合鋼花管土釘支護結(jié)構(gòu)中的各分支體系(組件)的作用機理密切相關(guān)的。

1.2鋼花管土釘與止水帷幕復合支護

在工程中,當對基坑有防滲要求時(以防止因基坑外地下水位下降過大而引起地面沉降過大),常采用鋼花管土釘與止水帷幕復合支護型式,鋼花管土釘與止水帷幕復合支護形式通常在基坑內(nèi)降水,基坑外不進行降水。止水帷幕一般采用水泥攪拌樁,單排厚度為500mm,水泥摻量為15%—18%,水泥土攪樁施工完2—3天后即可進行基坑開挖。鋼花管土釘與止水帷幕復合支護型式的施工步驟是在開挖基坑之前沿開挖線做止水帷幕,等到非水帷幕達到一定強度后,再進行基坑土體的開挖與鋼花管土釘支護。

采用止水帷幕結(jié)合鋼花管土釘支護避免了土體開挖后土體滲水、土體強度降低,以至不能臨時直立而失穩(wěn)及基底隆起、管涌等問題,并且由于立即進行基坑支護,在完成后,坡面基本是直立平整且干燥無水。

1.3鋼花管土釘與水泥土攪拌樁復合支護

（1）施工技術(shù)要求及技術(shù)核心

深攪樁深度較深,要求兩樁之間的搭接寬度應滿足要求,具必須根根直立,確保質(zhì)量與美觀?；娱_挖較深,四周均有城市管網(wǎng),要求鋼花管土釘施工的速度要快,要盡早在開挖后對土體形成封閉。注漿的質(zhì)量好壞,關(guān)系到工程的成敗,因此,要求每根鋼花管土釘?shù)淖{壓力與注漿量均應達標。所有鋼花管土釘接頭應達設(shè)計要求。

（2）支護施工過程

①土方沿深攪樁內(nèi)側(cè)開挖,人工修整壁面,進行鋼花管土釘支護施工。

②修整坡面后,用白灰在壁上定點,同時鉆機就位。用土層螺旋鉆引孔,首先穿透止水帷幕層。

③沖擊鉆機定位,調(diào)整好角度,將加工好的鋼花管土釘直接打入土層中,具體施工要求有:

ⅰ、孔位誤差不大于200mm,成孔的傾角誤差不大于3°,在成孔過程中遇有地下障礙需調(diào)整位置時,不得降低支護結(jié)構(gòu)原定的強度。

ⅱ、當鋼花管土釘長度需搭接時,接頭處綁焊三根長3Ocmφ16園鋼,確保搭接處鋼花管土釘強度。

④鋼花管土釘置入設(shè)計深度后,在孔口預埋排氣孔,并用水泥砂漿封口,封口長度應大于100cm。

2、水泥土攪拌樁復合鋼花管土釘墻支護的設(shè)計計算

水泥土攪拌樁復合鋼花管土釘支護的設(shè)計計算一般包括止水帷幕深度的設(shè)計、坑壁整體穩(wěn)定性分析及鋼花管土釘抗拔力驗算等。

2.1止水帷幕的設(shè)計

止水帷幕一般包括幕簾式和落底式兩種形式。幕簾式帷幕是指帷幕未完全隔斷含水層，其墻底未進入相對隔水層中；落底式帷幕指帷幕體墻底進入到相對隔水層中，將含水層完全隔斷。

（1）當基坑底為軟土或砂土、基坑內(nèi)作用有較大滲透水壓力時，止水帷幕嵌固深度應滿足式（1）的抗?jié)B透穩(wěn)定條件。

≥1.2(1)

式中：為建筑基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；h為基坑開挖深度(m)，為地下水埋深(m)。

（2）當基坑底為飽和砂層時，應進行抗管涌驗算：

(2)

式中：k為抗管涌性系數(shù)；h′為基坑外側(cè)地下水至基坑底的距離，m；hd為支護結(jié)構(gòu)嵌入深度，m；γ′基坑內(nèi)側(cè)范圍內(nèi)土的加權(quán)重度，kN/m3，水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；γw為地下水的重度，kN/m3。

2.2整體穩(wěn)定性分析

（1）鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定性分析采用圓弧滑動面計算，系數(shù)為：

(3)

式中：為鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定性系數(shù)；為土體黏聚力，kPa；為土體內(nèi)摩擦角，（。）；為土條滑動面弧長，m；為土條的重力，kN；TNj為鋼花管土釘極限抗拉力，kN；S為鋼花管土釘水平間距，m；為滑動面某點切線與水平面的夾角，（。）；αj為鋼花管土釘與水平面的夾角，（。）；bj為土條寬度，m。

（2）復合鋼花管土釘墻的整體穩(wěn)定性分析計算中考慮止水帷幕、預應力錨索的作用，其系數(shù)為。

（4）

式中：為復合鋼花管土釘墻整體穩(wěn)定系數(shù)；τs為攪拌樁的抗剪強度設(shè)計值，kPa；As為攪拌樁的面積，m2；PNj為預應力錨桿設(shè)計承載力，kN；sa為攪拌樁的間距，m；sb為預應力錨桿的水平間距。

3、應用前景分析

復合鋼花管土釘支護技術(shù)已在我國許多地區(qū)建筑工程的深基坑支護中得到應用,但是在山體邊坡加固和復雜地質(zhì)條件下(如軟土地區(qū)等)的深基坑支護工程中還有廣泛的應用前景。隨著復合鋼花管土釘支護理論的進一步完善,施工工藝的改進,復合鋼花管土釘支護技術(shù)將逐步取代傳統(tǒng)的支護技術(shù)。

關(guān)于復合鋼花管土釘支護的穩(wěn)定性研究需進一步深入,力圖通過更多的理論、實驗和工程實踐,進一步理解復合鋼花管土釘支護的原理,完善其設(shè)計和施工方法,從而形成統(tǒng)一的設(shè)計和施工規(guī)范。

結(jié)束語

復合鋼花管土釘支護是將主動支護形式和被動支護型式聯(lián)合應用，柔性支護與剛性支護相結(jié)合，可以起到止水抗?jié)B作用、分擔與傳遞荷載作用、局部穩(wěn)定作用和超前加固作用。復合鋼花管土釘支護在考慮工程穩(wěn)定和經(jīng)濟合理的前提下，位移變形小，鋼花管土釘受力合理，解決了單純鋼花管土釘支護存在的問題，突破了其限制適用范圍，具有更廣闊的應用領(lǐng)域和應用前景。