深搅桩配合土钉墙基坑围护设计及施工探讨

深搅桩配合土钉墙基坑围护设计及施工探讨作者：闵炳国•••文章来源：江苏正太建设集团股份有限公司225500点击数:1351更新时间：2005-12-3目前，在上海市的许多建设项目上，因受场地及环境因素的制约及上海地区软弱地质情况的影响，针对地下结构的围护，并且随着深层搅拌桩围护设计及施工技术的日益成熟，为避免搅拌桩围护的一些弱点，又增加了深层搅拌桩土钉墙围护技术，本文就一些工程实例对此种设计及施工工艺进行探讨。深层搅拌桩围护方法较正式的称呼为水泥土围护结构水泥土是将原状土和水泥均匀拌和后形成的一种土的加固体,ixingMethod）。常规所见的用于围护结构的水泥土为湿法（拌水泥浆）工艺，区别于粉喷桩技术。而连续搭接施工所形护结构。

水泥土在采用常用的水泥掺和量时，其渗透系数随土质而变化，粘性土不大于10-8cm/S,砂质粉土和粉细砂一般不大于水的。在确保连续搭接施工质量的前提下，深搅桩围护墙本身即是良好的隔水帷幕，采用深搅桩围护的基坑工程一般不采用排水沟和集水井就足以疏干地表水；但当基坑面积较大、基坑土层自由水含量较高时，在挖土前须在基坑内设临时包围的坑内土体。深搅桩围护墙常被称为重力式挡土结构，建造在软土地基上的这类围护墙不但需要足够的墙厚形成重力墙，而且必须要度。因为深搅桩挡土结构的稳定不是完全依赖于墙身自重，在很大程度上依赖于隋插入深度增大而急剧增大的墙前被动由地基稳定、抗渗和墙体抗滑动计算后选定，一般在常见的不大于5米开挖深度的情况下，常规经验尺寸为：墙宽B=(~1.2)h0,h0为基坑开挖深度。土钉墙也称为土锚，正式名称为土层锚杆支撑系统。根据海外文献记载，用作基坑围护工程已近六十年。复合土钉技术另一端锚固在稳定地层中，使作用在围护墙上的水土压力，通过自由段传递到锚固段，再由锚固端将锚杆拉力传递到稳支护是土层——挡墙一一土锚的相互作用体系。土钉墙锚杆的锚固段与地层之间的摩阻力是土锚抗拔力的主要来源。因此应经可能的将锚固段设置在抗剪强度较高的地有些国家和地区的规范明确规定将锚段埋设在砂性地层和粘性地层中。但经过在国内特别是上海地区的试验和研究，在土及淤泥质粘质粉土中埋设锚杆，也能取得较满意的效果。在上海地区的③、④层土中，一般都夹有薄层粉砂，对提高有利。在施工中，如果采用二次注浆，在形成锚固体的同时，因压密加固作用，客观上也加强了周围地层。在2002年3月，我在借用期间，由上海申德地基工程有限公司施工东方馨园商住楼及地下车库PHC管桩，作为技术负研究院对东方馨园商住楼及地下车库基坑围护工程提出设计方案并编制施工组织设计。该工程位于上海杨浦区邯郸路、国定路口，由南空部队干部住宅发展中心上海办事处开发建设，上海市房屋建筑设计院拟建场地地质情况可参考地层特性表:地层名称层厚(m)层顶地层名称层厚(m)层顶标高主要物理力学特性指标(m)含水孔隙内摩内聚压缩系比贯量比e擦角力数入阻a0.1-0.2力w())cMpa-1Ps%度KpaMpa①1杂填0.0~土2.7①2暗浜0.0~填土3.61褐黄0.0~3.2~28.80.8016.1200.301.00色粉1.71.13质粘土2灰黄0.0~2.2~40.01.129.2130.570.56色淤1.70.52泥质粉质粘土灰色2.0~0.9~45.91.279.3101.040.34质粉质粘土③夹灰色0.4~-2.030.60.8610.1140.332.08TOC\o"1-5"\h\z粉质0.6~-4.3粘土4灰色5.2~-3.046.11.307.1101.080.42淤泥7.3~-4.3质粘4土1a褐灰3.6~-8.741.81.178.9130.710.57色粘6.5~-106土.4⑤1b褐灰6.4~-14.36.31.0511.1170.530.84色粉8.72~-1质粘5.8土灰兰3.0~-22.24.10.6614.7220.292.37~暗4.30~-22^^〜3.1褐黄色粉质粘土1a褐黄2.7〜-25.27.40.7823.7120.1510.8色、4.06~-250草黄6.7色砂质粉土1a褐黄2.6〜-28.28.90.8122.9130.177.61色、＞7.®~-38灰黄0.7色〜灰色砂质粉土夹粉质粘土注：以上均为平均值。1.701.509.0

,基坑主要技术数据为：天然地坪标高按地质报告提供数据，按绝对标高平均值3.820m确定。商住楼也000相当于绝对标高4.800m,基坑底标高-4.400m,开挖深度为3.42米，矩形南北长度为20.0米、东西长度为87.2米；地下车库±0.000相当于绝对标局3.600m,基坑底标局-3.650m,开挖深度为3.87米，矩形南北长度为20.0米、东西长度为56.2米；两个基坑东侧平齐，南北镶套，南北间距为2.1米。因两个基坑地面标高仅相差45cm,"本围护将两个基坑综合考虑“一起，俯瞰为两个矩形基坑相接，呈手枪形，基坑长92.38m,宽35.49mo因开挖深度不超过5米，根据常M经验数据，考虑深搅桩围护墙宽B=0.7X3.87=2.709米，插入深度D=1.0X3.87=3.87米，常规桩长选择不小于3.87+3.87=7.74米，确定选择5排深搅桩做围护，桩长选择为8米。［因地质报告表明，拟建场地第L③层均为粉质土，渗水性较k为防止基坑底部水压力过大，形成基坑底部隆起，必须阻断“渗水性的土层，故考虑最外侧的一排桩必须插入至淤泥质粘“层，根据土层埋深情况，止水桩长定为16.5米较为适宜。在地下车库基坑东侧1.8米外就有一2层坚固商业用房，甚至离2层坚固商业用房向西3.1米处“一南北走向的煤气管道，如果,原建筑设计，必须先行拆除管k经多方协调，业主及设计院将地下车库东侧缩短了2.55米，为避让煤气管道，留给了施工单位仅0.8米左右的围护施工空'可。因此在地下车库东侧的围护考虑使用16.5米长的深搅桩围“墙加土钉墙复合围护方法。“上选择均为经验选择，经过按《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97）中6.2.2计算图式及5.6.2『算主动土压力及相邻基础荷，引起的侧向土压力（可忽略侧向水压力），结合表9.7.8提供的土钉墙锚固体与土层的极限攀阻力试验值，并由同济大学建“设计研究院对施工单位提出的设计初稿的进行了审定，确定工如下围护方案基本原则：基坑侧面用一排搅拌桩隔水（桩长16.5m）,四排支挡一部分土体（桩长8.0m）,桩顶标高低于自然地坪20cm,不做卸土商住楼基坑北侧及地下车《基坑南侧，因基坑暴露直线边”过长，故考虑在基坑内增加深1桩土墩作为附加支撑，桩顶标X与基坑底部标高一致。地下车库基坑东侧因近邻一2层建筑物，采用复合土钉墙围护加一排搅拌桩隔水（桩长16.5m）。因水泥土搅拌时不可避免的不均匀性，开挖时常见墙顶下1~2米左右的墙面出现水平裂甚至出现错位现象，使墙顶（移迅速发展，故需考虑在桩体“插毛竹，我考虑为结合硅压顶的施工，在桩顶上部插钢筋并联，到硅压顶中。“体部署如下：地下建筑物外轮廓线外，预留30cm土建操作面。除地下车库东侧，其余围护桩宽2.7米，外侧止水深搅桩桩长16.5米（穿过上部砂土和粉土层进入④层），内侧4排挡土

桩桩长8米，土墩在商住楼基坑内为7.48米、在地下车库基坑内为7.03米，每20米间距布置一个土墩，土墩宽2.2米、长6.2k；桩顶标高均为自然地坪下20cm（绝对标高3.620m）。桩顶用15厚C20碎护面，配①8@400双向钢筋网；搅拌桩水泥掺量为14%,采用425#普通硅酸盐水泥，水灰比不大于0.6;每根桩中插入一■根2米长的①8钢筋，插入深度1.55m,留45mm待桩体强度足够后，纵“弯入碎护面，与钢筋网绑扎牢国。根据土建单位进度安排，，坑的开挖分两步进行，先期开交商住楼部分，为建设单位节约成本着想，故考虑在地下车库11轴线〜商住楼43轴线”之间，东西方向的基坑壁采用1:1放坡（详见3-3'剖面图），待商住，主体结构建至自然地坪以上二,再开挖地下车库基坑，因两个基坑高差仅45cm,故不会在第1次开挖时对商住楼建筑造成,坏性影响。在围护工作完成后，在基坑内布置4套井点降水设备，布X位置如附图所示，在基坑开挖前14天时间内，进行不间断的等水作业。地下车库部分井点降水必"在开挖商住楼基坑之前进行，“商住楼基坑开挖后不拆除，连，降水，可以降低土体含水率，”于商住楼基坑的开挖和保护。土钉墙技术参数如下：基槽开挖深度3.87m（相对标高-3.65m）处表2每层土钉土钉士开位置长度挖厚（m）（m）度（m）第一层第二层2.702.509.0第三层3.703.506.0第四层0.17人工铲平，并跟踪浇筑垫层10、土钉孔采用二次压浆，注浆压力不小于0.6Mpa,每根土钉注浆量不小于40L/m,并宜加入速凝齐L下一层开挖须等上一层注浆体的强度达到设计强度的70%。土钉主筋与网片连接采用井”字架焊接牢固，焊接长度不小于30mmo面层喷碎强度为C20,水灰比0.45,粗骨料粒径5~10mm。搅拌桩施工工艺流程如下图针对土钉墙施工，配合土方开挖，必须采用分段流水作业，每个作业段一般为30米，作业呈梯形推进。挖土土钉支护应按设计规定分层开挖，在完成上层作业面的土钉与喷射混凝土以前，不得进行下步土的开挖；当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土松动。基坑的边壁宜留30~50cm,并保证侧平面面层不出现渗水。支护分层开挖深度，应保证修正后德裸露边坡能在规定的时间内保持自立，并在限定的时间内完成支护，即及时设置土钉或喷射混凝土。基坑在水平方向的开挖也应分段进行，一般可取10~20m,应连续进行作业，尽量缩短边壁土体的裸露时间。对于自稳能力差的土体（如含水量大的粘性土和无天然粘结力的砂土）必须立即进行支护。土钉施工土钉成孔前，应按设计要求定出孔位并做出标记和编号。孔位的允许偏差不大于150mm。钻孔倾角误差不大于3o,孔径允许偏差+20~-5mm,孔深允许偏差+200mm~-50mm。成孔过程中遇到障碍需调整孔位时不得损害支护原定的安全程度。成孔过程中应做好成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体特征、成孔质量、事故处理等。应将取出的土体与初步设计时所认定的加以对比，发现有较大偏差时需及时反馈修订土钉的设计参数。本工程土钉成孔宜采用人工洛阳铲成孔。钻孔后要进行清孔检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土应立即处理。成孔后应及时安设土钉钢筋并注浆。土钉钢筋置入孔中前，应先设置定位架，保证钢筋处于钻孔的中心位置，支架沿钉长的间距为2~3m左右，支架的构造应不妨碍注浆时的浆液自由流动。支架为金属件。土钉钢筋置入孔中后，采用低压方法注浆填孔，注浆压力为0.4~0.6Mpa。注浆时采用底部注浆方式，注浆导管底端应先插入孔底，在注浆同时将导管以匀速缓慢撤出，保证孔中气体能全部逸出。注浆用水泥浆用普通425水泥搅拌而成，水灰比为0.5。钢筋网片用中6.5的盘条加工而成，网格规格为200X200mm,允许偏差10mm。可用焊接或绑扎而成，搭接长度不小于一个网格边长。在土钉端部用井”字架与网片及中20的横向螺纹钢筋焊接在一起。喷射混凝土在喷射混凝土前，首先检查排水管是否按设计要求进行设置，面层内的钢筋片应牢固固定在边壁上，并符合规定的保护层厚度要求。钢筋网片可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射下应不出现振动。钢筋网片可用焊接或绑扎而成，网格允许误差±10mmo钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于一个网格边长或200mm,如为搭接焊，则焊缝长度不小于网筋直径的10倍。喷射混凝土配合比应通过试验确定，粗骨料最大粒彳5不宜大于12mm,水灰比不宜大于0.5,并应通过外加剂来调节所需工作度和早强时间。搅拌桩采用双钻头施工，桩与桩的搭接为20cm,相邻桩施工间隔不得超过10小时。为保证搅拌机的垂直度，应注意起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度。一般垂直度偏差不大于1/100,为保证桩位准确，必须使用定位卡，应使桩位偏差不大于5cm。搅拌机钻进下沉前，应空载运转，并开动机械冷却循环系统，待正常后方可放松起吊钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌下沉，速度由电气控制装置的电流检测表控制，工作电流不得大于额定植。搅拌机预拌下沉时应尽量不用水冲下沉，当遇较硬土层下沉太慢时方可适量冲水。凡经输浆管冲水下沉的桩，喷浆前必须将管内的水排清，同时应考虑冲水成桩对桩身强度的影响。按照设计，搅拌桩采用425#普通水泥做固化剂，掺量按设计要求，固化浆液要严格按预定的配比配制，制备好的浆液不得离析、不得停置时间过长，超过2小时的浆液应降低标号使用。浆液倒入集料斗时应中筛过滤，以免浆内结块损坏泵体。搅拌桩注浆采用两喷三搅，第一次为水泥用量的40%,第二次为30%,第三次为30%。本工程搅拌桩的水泥掺入比为14%搅拌桩头下沉到设计标高后，开启灰浆泵，待浆液到达喷浆口，搅拌头一边搅拌提升，一边喷浆，使灰浆与土体拌和。搅拌头的提升速度每分钟不得大于50cmo搅拌头压浆提升到设计的顶面高度时要求集料斗中的水泥浆正好排空。在压浆时，前台操作工与后台供浆人员应密切配合，联络信号必须明确，后台浆必须连续，一但因故停浆，必须立即通知前面。为防止断浆与缺浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5米，待恢复供浆时再喷浆提升。如因故停机3小时，为防止浆液硬结堵管，宜先拆卸输液管路并妥为清洗。深层搅拌桩喷浆提升到设计标高时，关闭灰浆泵。为使软土和浆液搅拌均匀，深层搅拌机再次下沉。搅拌头第二次下沉到设计深度后，开启注浆泵，进行第二次喷浆、提升、搅拌。搅拌头提升速度每分钟不得大于80cmo搅拌头提升到设计标高时，关闭注浆泵，要求集料斗中的水泥浆正好排空。第三次搅拌提升完成后，立即采用桩架动力头的自重插钢筋，然后桩机移位，并及时清除涌土，开始下一个桩的施工。当全部搅拌桩施工完毕后，进行压顶碎道面施工，厚15cm,外标号C20,配①8@400双向钢筋网。在采用深搅桩配合土钉墙进行基坑围护方案时，特别要加强质量的监督，综合施工经验和相关规范，总结为以下几点质量保证措施要点：据现场基准线用经纬仪测出搅拌桩轴线，并反复进行校正、复核，直至准确无误；搅拌桩轴线端、转