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摘要:现代高建筑当中深基坑问题越来越突出，本文结合了现实工程实例,探究了土建当中深基坑的难点并且研究了基坑事故产生的原因。为深基坑事故的解决提出了运用土钉以及锚杆结合支护处理相结合的处理方法。
关键词:深基坑事故；事故原因；解决方案；
Abstract: the modern high construction of deep foundation pit problem is becoming more and more serious, this paper combines the real engineering examples, and discusses the construction of the difficulties of the deep foundation pit excavation and the causes of the accident. For deep foundation pit accident put forward with the use of soil nail and anchor supporting treatment with combination of processing method.
Keywords: deep foundation pit accident; The cause of the accident; A solution.
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
深基坑事故当中的土钉墙技术是一项用于基坑开挖和边坡支护的土体加固技术。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99 正式定名为土钉墙，作为一种新方法,因设计不当、施工不当或突发原因而造成的土钉支护事故屡屡发生，土钉支护工艺简单、施工速度快、成本低廉。因此,选择合适的事故处理方案就显得尤为重要。下文将土钉和锚杆结合使用,发挥两者各自的长处,提出了利用土钉与锚杆联合支挡结构处理深基坑事故的新方法。
1工程概况
某大厦基坑深7. 5 m，已进行基础施工;根据详勘报告提供的场地地质资料,场地内地层岩性特征见表1。基坑一侧采用土钉墙施工,原设计拟用4排土钉,第一排土钉长度为10m,其他长度均为8.5m;水平与垂直间距均为1.5m。暴雨袭击后,此基坑突然坍塌。塌方区长23 m,深约7 m。已施工的2排土钉遭到破坏。地表出现了宽窄不一的裂缝,最大宽达8mm,宾馆出现了多条裂缝,最大宽度3 mm。随后的监测结果表明,边壁的变形仍在发展。
表1场区内地层岩性特征
2事故原因分析
1)设计的问题。该支护结构背面土压力取值偏低。在用朗肯土压力理论计算时,只有当支护结构向基坑内产生一定侧向位移后,方能使土压力降到朗肯土压力的水平。如果这种位移不能为建筑物所允许,则必须加以限制,结构上的土压力也随之变化。该工程不允许边壁产生过大的位移,采用主动土压力系数是不合理的,应取静止土压力系数。
2)超挖。土钉支护作业的特点是紧跟开挖作业面,随挖随支,每层开挖的高度视地质条件而定。但在该工程中,开挖未按土钉支护作业的特点分层开挖,整个施工过程出现多次严重超挖現象,致使开挖的作业面自稳时间很短,在土钉未安设或未发挥作用之前,边壁已出现局部塌落,边壁整体位移超过了允许范围。
3)坡顶防水不良。宾馆门前水泥地坪下有两条雨水污水管,已有多处破裂,渗漏的水滞留在回填土中,下雨期间,大量渗漏水和雨水滞留在土体和坑内,致使该边壁土体含水量增大,土体力学强度降低,土的侧压力增大,土钉抗拔力降低,从而使边壁位移急剧增大,出现了滑移趋势。
4)土钉灌浆问题。工程所灌水泥浆液水灰比过大,浆液中的一部分水进入土体,使土的力学性质遭到破坏,产生湿陷并导致边坡滑移。
3塌方险情治理
塌方当时,采取了一些现场应急措施:立即回填土方,截断水源,疏排积水和渗漏水,防止黄土湿陷发展,用编织布盖住整个塌方区域及破坏面,以免雨水引起更大塌方;加强变形观测,系统采用锚杆和土钉对塌方段进行加固处理。为了缩短工期,迅速有效地控制边壁位移,决定在原2排土钉之间增加1排预应力锚杆,在锚杆下方施工3排土钉。此方案整体稳定性好、工期短、造价低。
4设计参数和计算
根据地质勘察资料,用条分法确定与最小稳定安全系数对应的最危险圆弧滑动面,并计算出各层的土压力。
1)锚杆设计。锚杆锚固长度Lu计算公式为:
锚杆钢筋截面积As计算:
其中:
式中d为土钉钻孔直径,mm;γ0为基坑侧壁重要性系数;fg为钢筋强度标准值, kPa;qs为土体与锚固体极限摩阻力标准值,取qs=40;eak为基坑水平荷载标准值,kPa;Sx为土钉行距,m;Sy为土钉列距,m;α为土钉与水平面夹角, (°)。
2)土钉设计。土钉长度L按下式计算:
式中m为经验系数,取0.6至1.0;H为土坡的垂直高度,m;S0为止浆器长度,m。土钉行Sx、列距Sy满足:
式中K1为注浆工艺系数,取1. 5至2. 5。本工程实际取值:Sx=1.5m,Sy=1.4m。土钉直径按下式计算:
式中Ei为第i列单根土钉支承范围内土压力;fy为单根土钉抗拉强度设计值;土钉钻孔直径:d=150 mm;与水平面夹角:α=15°。整体稳定安全系数计算公式如下:
式中Ci为第i条块滑面处的粘聚力;N;Li为第i条块滑面的长度,m;Wi为第i条块的质量, kg;φi为第i条块的内磨擦角, (°);Trj锚杆的锚固力,N;θi为第i条块滑动面的倾角, (°)。
将本工程地质钻探揭示的土质参数、基坑挖深、附加荷载、土钉和锚杆参数代入式上式进行计算,其结果为:整体稳定安全系数1.8。土钉注浆材料为强度C20的微膨胀水泥砂浆,膨胀剂掺量为水泥用量的0.1‰至0.3‰;喷射混凝土面板钢筋为 8@200mm;喷射混凝土面板混凝土强度为C20;喷射混凝土面板厚度为100 mm。新设计的方案中,由于距地面1.0m左右的地层,填土比较松散,难以成孔,所以采用人工打入土钉的加固方式。第二排为锚杆,长度为18 m,自由段长度6 m,锚固段长度12 m;第三、四、五排均为土钉,长度分别为: 12、9、9 m。钻孔直径150 mm,倾角15°。
5加固效果
在发生塌方之后,在边坡壁及宾馆布设了多个观测点。由观测结果可知,随着施工的进展,边坡变形逐步得到了控制;当所有锚杆施工完后,宾馆墙体裂缝上所贴的测试纸条没有再发生断裂,裂缝宽度无变化,水泥地坪上的测试纸条则已松弛,各点的沉降值也趋于稳定。所有施工完成后,边坡稳定,虽又经历了两场暴雨,边坡均无明显位移,宾馆裂缝也没有再发展。
6结语
在建筑施工当中处理的深基坑问题时，不仅要因地制宜，而且要结合以往实例当中处理深基坑的经验，可以运用土钉以及锚杆结合支护处理相结合的处理方法，当然在不断处理深基坑问题当中发现新的处理技术和方法还需要我们近一步的探究。
参考文献:
[1]程良奎,张作嵋,杨志银.岩土加固技术[M].
[2]林宗元.岩土工程治理手册[M].
[3]曾宪明,等.土钉支护设计与施工手册[M].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:深基坑事故；事故原因；解决方案；
Abstract: the modern high construction of deep foundation pit problem is becoming more and more serious, this paper combines the real engineering examples, and discusses the construction of the difficulties of the deep foundation pit excavation and the causes of the accident. For deep foundation pit accident put forward with the use of soil nail and anchor supporting treatment with combination of processing method.
Keywords: deep foundation pit accident; The cause of the accident; A solution.
中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：
深基坑事故当中的土钉墙技术是一项用于基坑开挖和边坡支护的土体加固技术。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99 正式定名为土钉墙，作为一种新方法,因设计不当、施工不当或突发原因而造成的土钉支护事故屡屡发生，土钉支护工艺简单、施工速度快、成本低廉。因此,选择合适的事故处理方案就显得尤为重要。下文将土钉和锚杆结合使用,发挥两者各自的长处,提出了利用土钉与锚杆联合支挡结构处理深基坑事故的新方法。
1工程概况
某大厦基坑深7. 5 m，已进行基础施工;根据详勘报告提供的场地地质资料,场地内地层岩性特征见表1。基坑一侧采用土钉墙施工,原设计拟用4排土钉,第一排土钉长度为10m,其他长度均为8.5m;水平与垂直间距均为1.5m。暴雨袭击后,此基坑突然坍塌。塌方区长23 m,深约7 m。已施工的2排土钉遭到破坏。地表出现了宽窄不一的裂缝,最大宽达8mm,宾馆出现了多条裂缝,最大宽度3 mm。随后的监测结果表明,边壁的变形仍在发展。
表1场区内地层岩性特征
2事故原因分析
1)设计的问题。该支护结构背面土压力取值偏低。在用朗肯土压力理论计算时,只有当支护结构向基坑内产生一定侧向位移后,方能使土压力降到朗肯土压力的水平。如果这种位移不能为建筑物所允许,则必须加以限制,结构上的土压力也随之变化。该工程不允许边壁产生过大的位移,采用主动土压力系数是不合理的,应取静止土压力系数。
2)超挖。土钉支护作业的特点是紧跟开挖作业面,随挖随支,每层开挖的高度视地质条件而定。但在该工程中,开挖未按土钉支护作业的特点分层开挖,整个施工过程出现多次严重超挖現象,致使开挖的作业面自稳时间很短,在土钉未安设或未发挥作用之前,边壁已出现局部塌落,边壁整体位移超过了允许范围。
3)坡顶防水不良。宾馆门前水泥地坪下有两条雨水污水管,已有多处破裂,渗漏的水滞留在回填土中,下雨期间,大量渗漏水和雨水滞留在土体和坑内,致使该边壁土体含水量增大,土体力学强度降低,土的侧压力增大,土钉抗拔力降低,从而使边壁位移急剧增大,出现了滑移趋势。
4)土钉灌浆问题。工程所灌水泥浆液水灰比过大,浆液中的一部分水进入土体,使土的力学性质遭到破坏,产生湿陷并导致边坡滑移。
3塌方险情治理
塌方当时,采取了一些现场应急措施:立即回填土方,截断水源,疏排积水和渗漏水,防止黄土湿陷发展,用编织布盖住整个塌方区域及破坏面,以免雨水引起更大塌方;加强变形观测,系统采用锚杆和土钉对塌方段进行加固处理。为了缩短工期,迅速有效地控制边壁位移,决定在原2排土钉之间增加1排预应力锚杆,在锚杆下方施工3排土钉。此方案整体稳定性好、工期短、造价低。
4设计参数和计算
根据地质勘察资料,用条分法确定与最小稳定安全系数对应的最危险圆弧滑动面,并计算出各层的土压力。
1)锚杆设计。锚杆锚固长度Lu计算公式为:
锚杆钢筋截面积As计算:
其中:
式中d为土钉钻孔直径,mm;γ0为基坑侧壁重要性系数;fg为钢筋强度标准值, kPa;qs为土体与锚固体极限摩阻力标准值,取qs=40;eak为基坑水平荷载标准值,kPa;Sx为土钉行距,m;Sy为土钉列距,m;α为土钉与水平面夹角, (°)。
2)土钉设计。土钉长度L按下式计算:
式中m为经验系数,取0.6至1.0;H为土坡的垂直高度,m;S0为止浆器长度,m。土钉行Sx、列距Sy满足:
式中K1为注浆工艺系数,取1. 5至2. 5。本工程实际取值:Sx=1.5m,Sy=1.4m。土钉直径按下式计算:
式中Ei为第i列单根土钉支承范围内土压力;fy为单根土钉抗拉强度设计值;土钉钻孔直径:d=150 mm;与水平面夹角:α=15°。整体稳定安全系数计算公式如下:
式中Ci为第i条块滑面处的粘聚力;N;Li为第i条块滑面的长度,m;Wi为第i条块的质量, kg;φi为第i条块的内磨擦角, (°);Trj锚杆的锚固力,N;θi为第i条块滑动面的倾角, (°)。
将本工程地质钻探揭示的土质参数、基坑挖深、附加荷载、土钉和锚杆参数代入式上式进行计算,其结果为:整体稳定安全系数1.8。土钉注浆材料为强度C20的微膨胀水泥砂浆,膨胀剂掺量为水泥用量的0.1‰至0.3‰;喷射混凝土面板钢筋为 8@200mm;喷射混凝土面板混凝土强度为C20;喷射混凝土面板厚度为100 mm。新设计的方案中,由于距地面1.0m左右的地层,填土比较松散,难以成孔,所以采用人工打入土钉的加固方式。第二排为锚杆,长度为18 m,自由段长度6 m,锚固段长度12 m;第三、四、五排均为土钉,长度分别为: 12、9、9 m。钻孔直径150 mm,倾角15°。
5加固效果
在发生塌方之后,在边坡壁及宾馆布设了多个观测点。由观测结果可知,随着施工的进展,边坡变形逐步得到了控制;当所有锚杆施工完后,宾馆墙体裂缝上所贴的测试纸条没有再发生断裂,裂缝宽度无变化,水泥地坪上的测试纸条则已松弛,各点的沉降值也趋于稳定。所有施工完成后,边坡稳定,虽又经历了两场暴雨,边坡均无明显位移,宾馆裂缝也没有再发展。
6结语
在建筑施工当中处理的深基坑问题时，不仅要因地制宜，而且要结合以往实例当中处理深基坑的经验，可以运用土钉以及锚杆结合支护处理相结合的处理方法，当然在不断处理深基坑问题当中发现新的处理技术和方法还需要我们近一步的探究。
参考文献:
[1]程良奎,张作嵋,杨志银.岩土加固技术[M].
[2]林宗元.岩土工程治理手册[M].
[3]曾宪明,等.土钉支护设计与施工手册[M].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。