摘 要:本文結(jié)合工程實(shí)例和工程地質(zhì)狀況,詳細(xì)分析了基坑工程水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)技術(shù)方案設(shè)計(jì),并分別對(duì)樁-錨復(fù)合支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)及施工效果檢測(cè)進(jìn)行了詳細(xì)闡述和總結(jié)。
關(guān)鍵詞:基坑工程;水泥攪拌樁,錨桿,復(fù)合支護(hù);設(shè)計(jì)與施工
1引言
由于水泥攪拌樁構(gòu)成的重力式擋墻布置方式靈活,基坑內(nèi)無(wú)需設(shè)置內(nèi)支撐,施工過(guò)程中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染,同時(shí)攪拌樁具有止水功能,這些優(yōu)點(diǎn)使得該支護(hù)形式在基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。但水泥攪拌樁自身抗拉、抗剪強(qiáng)度很低,當(dāng)基坑開(kāi)挖深度較大時(shí)擋墻寬度明顯增大,造價(jià)和擋墻側(cè)向變形也隨之增長(zhǎng),其應(yīng)用范圍受到一定限制。為了充分發(fā)揮攪拌樁的優(yōu)點(diǎn),克服其抗拉、抗剪強(qiáng)度低等缺點(diǎn),同時(shí)結(jié)合其他結(jié)構(gòu)形式或材料的長(zhǎng)處,水泥攪拌樁復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)在工程中逐漸受到重視和發(fā)展,如加筋水泥攪拌樁重力式擋墻、SM工法、攪拌樁重力式擋墻與錨桿復(fù)合支護(hù)等。水泥攪拌樁-土層錨桿 這種復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮和利用水泥攪拌樁的擋土和止水雙重功能,以及砂層中錨桿具有良好錨固性能的特點(diǎn)。
2工程概況
湖南株州某基坑支護(hù)與降水工程,基坑開(kāi)挖深度約為5.0m,支護(hù)周長(zhǎng)約300m,基坑面積約為6500m2。地下水位降深約為4.5m,場(chǎng)地總平面圖見(jiàn)圖1所示。
根據(jù)鉆探揭示,基坑開(kāi)挖影響深度內(nèi)場(chǎng)地巖土體依據(jù)其成因類(lèi)型及工程性能,自上而下可分為:
、 雜填土:灰、灰黃等雜色,稍濕,松散,主要為建筑渣土新近回填。含碎石、碎磚、塊石等硬雜物20~30%,塊石、粘性土、中砂等70~ 80%,本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚2.40~5.60m。
、 中砂:灰、淺黃色、深灰色,飽和,松散~中密,主要成分為石英、長(zhǎng)石,其中砂含16.7~37.0%,中砂含量22.2~45.7%,細(xì)砂含量12.1~36.4%,粉砂含量7.4~22.3%,見(jiàn)少量礫卵石局部為粉砂。本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚3.80~8.50m。
、 淤泥:深淺灰、飽和,流塑,含有機(jī)質(zhì),本層具有水平層理,層里面夾有1~10mm厚的片狀粉細(xì)砂,切面光滑~稍有光滑,干強(qiáng)度、韌性中等,局部相變?yōu)橛倌噘|(zhì)土。本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布,層厚16.20~5.10m。
、 中砂:灰、灰黃、淺青灰色,飽和,松散~中密,主要成分為石英、長(zhǎng)石。其中,粗砂含量3.1~39.3%,中砂含量20.8~60.0%,細(xì)砂含量9.9~30.6%,粉砂粒含量8.0~27.5%,本層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布,揭穿層厚8.10~17.80m。
、 卵石:灰、灰黃色,飽和,中密~密實(shí),卵石含量55.0~ 78.0%。粒徑一般在20~60mm,少量大于110mm,表面較光滑,充填物為粘性土中粗砂,膠結(jié)較好。層厚6.20~6.80m。
、 粘土層:灰黃色,濕,可塑~堅(jiān)硬,部分地段為粘質(zhì)粉土。主要由粘性土組成,光澤反應(yīng)稍有光滑,干強(qiáng)度及韌性中等,層厚3.20~3.80m。
3基坑支護(hù)與降水工程設(shè)計(jì)
根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境,采用復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于基坑北邊和西邊,由于基坑邊緣即為車(chē)道,來(lái)往的重載車(chē)荷載較大,在坡頂按1:1的比例放坡2.0 m,以下部分采用水泥攪拌樁與錨桿組合支護(hù)。水泥攪拌樁2排,樁徑500mm,樁長(zhǎng)7 m,樁底恰好為淤泥層,可作為隔水層。土錨錨桿2排,采用Φ48×3鋼管作為拉桿,上排長(zhǎng)度12 m,下排長(zhǎng)度9m,其支護(hù)剖面見(jiàn)圖2。
對(duì)于基坑?xùn)|邊和南邊,場(chǎng)地較為寬敞,地面超載也比較小,對(duì)位移和基坑穩(wěn)定性的控制較為寬松,采用水泥攪拌樁+放坡的支護(hù)形式,并在基坑開(kāi)挖時(shí)在坡腳保留1:1.5的土坡使之對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)起到反壓的效果。水泥攪拌樁2排,樁徑500,樁長(zhǎng)7 m,樁底恰好進(jìn)入淤泥層,其支護(hù)剖面見(jiàn)圖3。
考慮到基坑場(chǎng)地分布有較為深厚的中砂圓礫,厚度約為8.0~10 m,滲透系數(shù)高達(dá)35 m/d,必須在基坑內(nèi)布置降水體系以降低基坑內(nèi)地下水位,確保地下室開(kāi)挖及施工的順利進(jìn)行,經(jīng)計(jì)算,該基坑共布設(shè)22口降水井。
4水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合施工工藝
4.1水泥攪拌樁
水泥攪拌樁主要是以水泥漿做為固化劑通過(guò)灰漿泵及攪拌頭壓入土中強(qiáng)制將地基土和水泥漿拌合在一起,經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)反應(yīng),使土硬結(jié)具有整體性、穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。
水泥攪拌樁樁徑為Φ500mm,樁距為400mm,搭接長(zhǎng)度為100mm(根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn),水泥攪拌樁的有效搭接寬度為100mm時(shí),可發(fā)揮截水的作用),攪拌樁的樁長(zhǎng)詳見(jiàn)各剖面圖。
水泥采用P.O32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,水灰比0.55~0.6:1,根據(jù)氣候條件,可適當(dāng)摻入適量的外加劑以增強(qiáng)漿體的流動(dòng)性,保證送漿過(guò)程不堵管。水泥攪拌樁的水泥摻合量為15%。
水泥攪拌樁成樁過(guò)程中,攪拌葉片應(yīng)為4~6片,攪拌頭的鉆進(jìn)和提升速度不得大于50cm/min,鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)在原位攪拌30~60秒,以保證樁端的成樁質(zhì)量。攪拌葉片的直徑應(yīng)不小于500mm,在施工過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查,及時(shí)更換攪拌葉片。
此外,還應(yīng)保證施工機(jī)械的平整度和機(jī)架的垂直度,攪拌樁的垂直度偏差不得超過(guò)1%,樁位偏差不得大于50mm。
4.2打入式土層錨桿施工
鉆機(jī)成孔后,用水泥砂漿將一組拉桿(本工程采用鋼管)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中,并承受拉力的柱狀錨固體就是土層錨桿。它的中心受拉部分是拉桿,拉桿所承受的拉力通過(guò)鋼管周邊的砂漿握固力而傳遞到水泥砂漿中,然后再通過(guò)錨固段周邊地層的摩檫阻力而傳到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中,其施工技術(shù)主要如下:
1)土方開(kāi)挖邊槽后,應(yīng)量測(cè)標(biāo)高,并在圍護(hù)樁上拉線(xiàn)做號(hào)。鉆機(jī)就位時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確,底座應(yīng)墊平,鉆桿的傾斜角度應(yīng)用羅盤(pán)校核,角度偏差不大于0.5度,高差不超過(guò)5cm。
2)土層錨桿孔徑為Φ80,拉桿采用Φ48×3鋼管,豎向間距、水平夾角及錨桿長(zhǎng)度詳見(jiàn)剖面大樣。
3)Φ48鋼管同時(shí)兼作注漿花管,考慮到場(chǎng)地地質(zhì)情況注入的水泥漿應(yīng)盡可能灌入砂層內(nèi)為止。
4)錨桿注漿采用純水泥漿,水灰比0.5:1,水泥采用P.O 32.5R硅酸鹽水泥,錨桿錨固體強(qiáng)度要求不少于10MP a。
5)錨桿注漿采用一次注漿工藝。按注漿量或注漿壓力作為控制條件,水泥用量為50 kg/m,注漿壓力不小于1.0MPa。
5水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)施工質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)基坑支護(hù)要求,必須對(duì)整個(gè)基坑的水泥攪拌樁和土層錨桿進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),以保證水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量和錨桿的承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,避免基坑失穩(wěn)或者對(duì)周邊建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不利影響。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,淤泥質(zhì)土與水泥漿強(qiáng)制攪拌所形成的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于1.8MPa,芯樣采取率大于50%;砂層與水泥漿強(qiáng)制攪拌所形成的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于5MPa,芯樣采取率大于80%。土層錨桿的承載力設(shè)計(jì)值為100kN。
5.1水泥攪拌樁取芯試驗(yàn)
選取27 #、446 #和646# 三根水泥攪拌樁進(jìn)行鉆芯取樣,檢測(cè)結(jié)果如下:
27 #鉆芯取樣總鉆深7.4m,為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)70.0%,其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為3.3MPa,最大值為3.5MPa,最小值為2.8MPa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)84.2%,芯樣基本完整,抗壓強(qiáng)度平均值為13.1MPa,最大值為15.2MPa,最小值為11.5MPa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
446#樁鉆芯取樣總鉆深7.7 m,為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)69.2%,其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為3.2MPa,最大值為3.8MPa,最小值為2.9MPa。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)84.6%,芯樣呈長(zhǎng)圓柱狀,褐灰色,堅(jiān)硬,攪拌均勻,其抗壓強(qiáng)度平均值為14.1 MPa,最大值為18.8MPa,最小值為11.0MPa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
646#樁鉆芯取樣總鉆深7.7m,為粘土、淤泥和中砂夾淤泥與水泥漿強(qiáng)制攪拌攪拌形成的水泥土。淤泥與水泥攪拌段取芯率達(dá)61.3%,芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為2.8MPa,最大值為3.2 MPa,最小值為2.4MPa。中砂夾淤泥與水泥攪拌取芯率達(dá)80.1%。其芯樣抗壓強(qiáng)度平均值為13.8 MPa,最大值為20.5MPa,最小值為9.8MPa。檢測(cè)結(jié)果表明,水泥攪拌樁的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
5.2土層錨桿抗拔試驗(yàn)
圖4為土層錨桿抗拔試驗(yàn)的抗拔力Q與錨端位移s之間的關(guān)系圖,選作抗拔試驗(yàn)的錨桿號(hào)為10 #、30 #、60#、91# 和130#。從圖中可以看出,當(dāng)錨桿試驗(yàn)抗拔力達(dá)到設(shè)計(jì)值100kN時(shí),最大位移均不超過(guò)12mm,變形較小。
5.3施工效果分析
目前,該地下室結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)施工完畢,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料,基坑坡頂最大沉降為8.7 mm,深層土體最大位移為16.3mm,基坑整體穩(wěn)定和變形及周邊建 (構(gòu))筑物的安全均得到較好的保證和控制,未出現(xiàn)失穩(wěn)或變形等不利情況,水泥攪拌樁和錨桿復(fù)合合支護(hù)的性能得到充分發(fā)揮。
6結(jié)論
綜上所述,該基坑支護(hù)采用水泥攪拌樁-錨桿復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)是合理的,取得了預(yù)期效果,同時(shí)也節(jié)省了工程造價(jià),值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。但是,這類(lèi)復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)仍存在以下問(wèn)題:
1)水泥攪拌樁和土層錨桿支護(hù)受場(chǎng)地地質(zhì)條件的影響較大,對(duì)于砂土基坑,水泥土攪拌效果和錨桿的灌漿質(zhì)量容易得到保證,取芯檢測(cè)表明芯樣抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。而對(duì)于粘性土或淤泥、淤泥土,攪拌樁的質(zhì)量大大降低,錨桿的承載性能也較差。因此,該類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)主要適用于含砂礫土層基坑效果較好。
2)水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量受機(jī)械設(shè)備和技工人員素質(zhì)等的影響較大。
3)當(dāng)場(chǎng)地富含塊石等障礙物時(shí),水泥土攪拌質(zhì)量較差,樁身垂直度和樁位偏差不易保證,此時(shí)應(yīng)改用高壓旋噴成樁。
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