某电厂循环水泵房深基坑土钉墙支护的设计与施工

地受基础工程)GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD Vol.12 No. 10某电厂循环水泵房深基坑土钉墙支护的设计与施工李宏运.(中冶天工上海十三冶建设有限公司基础工程分公司,上海201900)摘要通过某循环水泵房深基坑土钉墙支护的设计与施工实例对类似基坑支护方案的制定及施工要点进行了探讨。关键词士钉注浆喷射砼基坑监测中图分类号:TV551.4文献标识码:A .文章编号:1009 - 5098(2009)10 -0030 -051.2工程地质条件1概述表1所示(1-1)层素填土为新近填土,土较松1.1工程概况散。(2 -2)层粉质粘土中夹粉土薄层;(3)层以粉某电厂循环水泵房工程东临已建厂区道路及拟敷质粘土与粉土互层状;由于该两层土粉粒含量较高，设的循环水压力管道,西南和西北侧距3"、4"冷却塔分进行大开挖施工时，易出现流砂与坍塌等现象。(4别为29 m、38 m(见图1)。其地下结构平面尺寸为- 1)层粉质粘土，以软塑为主。24. 24m x36. 48 m,场地自然地坪标高约-1.00 m,泵房2基坑支护方 案的确定基底标高为-9. 900 m,基坑开挖深度为8.900 m。北本基坑属二级基坑。根据其周边环境及工程地质条件,需对基坑实施支护,具体支护结构型式通过4"冷却塔以下两种方案比较确定。方案一:钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩止水帷幕|东支护型式基坑四周采用φ800钻孔灌注桩,桩长18.0 m,3*冷却塔桩底标高一19.0 m,钻孔灌注桩外打设两排φ700双轴水泥土搅拌桩止水帷幕,桩长11.0 m,桩底标高一12. 0 m,桩间搭接200 mm。坑内设φ600临时钢管支图1循环水泵房平面布置图撑3道,分别位于-1.0m.-5.0m.-9.0m。支撑与灌注桩分别采用钢筋砼贯梁和H型钢围檩连接。表1场地主要土层物理力学指标抗剪强度指标土层编号土层名称层厚/m含水量w/% 重度y/kN.m-3 孔腺比e极限描固力/kPac/kPaφ/°1-1填土2.624.219.20.79730.916.202-1粘七2.223.118.80.98337.4452-2粉质粘土4.318. 1154-131. 818.60.93419.726.0淤泥质粉质粘土4. 036.11.03914. I_20.5该方案虽然安全可靠,可有效防止周围建、构筑210中国煤化工坑推荐支护方案。物位移;但由于基坑支护施工工期长,临时支撑严重MHC NMH G.影响地下砼结构施工,且用于基坑支护费用高达根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120 - 99)[收稿日期] 2009-05 -05.39方数据岩土工程界第12卷 第10期的要求进行土钉墙整体稳定性验算和土钉抗拔承载钢管击人,倾角为10°,各层土钉的长度及布置如图力验算,其整体稳定性安全系数不小于1. 30,土钉3所示,墙面坡度为1:0.3,喷射混凝土面层厚度为极限抗拔承载力的安全系数不小于1.25,设计地面100mm,强度为C20,内配置φ6@200的钢筋网片超载按15kPa考虑。基坑平面布置详见图2。一层,并延伸至排水沟,为防止在开挖2-2层土时产生流砂现象,在施工第3道土钉前,先施工长度为1006.0 m的超前锚杆与第3道土钉进行连接,其尺寸为φ48(3. 0 mm,间距为600 mm。各层土钉的受拉↑A荷载及抗拉承载力验算列于表2。循环衣梨房地下姑构表3为基坑开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳00 140720290定性分析结果,经验算当开挖至高程-9.90 m且第7道土钉尚未施工时,此时为最不利工况,其整体稳定性系数为1. 310,能满足2级基坑的要求。200基坑东侧与已开挖的循环水管沟相邻(详见图咖B4) ,管沟开挖宽度为4.0 m,基底标高-4.00 m,这样为基坑东侧减小主动区土压力创造了有利条件。为此,基坑开挖面坡度取1:0.5,坡面喷射混凝土面层厚度为100 mm,强度为C20,内配置φ6@ 200的图2基坑平面布置图钢筋网片-层,坡面内设置长度为3.0 m的土钉,土.基坑南北侧采用土钉结合锚杆支护,土钉墙由钉间距为1.3 m(垂直) x1.2 m(水平)。上而下共7层土钉组成,土钉采用φ48(3. 0 mm的-0.300-1.150l 08-3.0 .多厂- SLo48-3000010.048*3.0018*3.0 c-9 90000100.-30 L1w10.0s 08.3.0 6000@600图3 A-A 剖面表2各层土钉 的受拉荷载及抗拉验算编号位置(高程)/m长度/m水平间距/mm所受拉力/kN极限抗拉力/kN安全系数-2.5012002.91861. 86121. 197-3.705. 60855.6719. 928超前锚杆-4.906.060012.0中国煤化工5.228-6.10DHCNMHG.2.68330. 8y154. 3U21.764-8.4037. 99848.8281.285-9.5038.461 .46. 154.200 .31(她是基础工程GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD Vol.12 No. 10...........表3各施工阶段土钉墙整体 稳定性分析施工工况土钉未施工第1道第2道.第3道第4道.第6道第7道土钉施工土钉施L土钉施工，基底高程/m-2.904. 10-5.30-6. 50-7.70-8. 80-9.90开挖深度/m1.903.1004.305.506. 707.808.9稳定安全系数1.9761. 5491.7221. 6031.4161. 4101.3101.354-4.00一~ 1:4.09.900| 048.2.5 L30002000 10*图4 B-B剖面基坑西侧为排水箱涵区域(图4),其中箱涵为9.90 m-→施工第七道土钉-→喷射混凝土面层。变截面,箱涵基底倾斜,坡度为1:4,当开挖深度小各层土钉墙的施工流程为:开挖并修正边坡面于6m时基坑采用1:1. 5放坡开挖,当基坑开挖深度- +喷射第一层混凝土(40 mm)-→击人注浆钢管→清大于6m时采用土钉墙支护。孔-→铺设φ6@ 200的钢筋网片- +焊接加强钢筋一→其次,为防止基坑集水浸泡,在基底四周用砖砌喷射混凝土面层(60 mm) - +进行压力注浆。筑截面尺寸为400mm x400 mm排水沟,四角设直3.2施工方法径为600 mm,深度为1000 mm集水井,井内放置潜3.2.1开挖作业 面水泵及时收集抽排基底集水。每层深度低于同层土钉约400 mm,作业段长度该方案较方案-一不仅能确保基坑安全稳定,而根据现场工程地质条件的变化确定。为尽量缩短边且有效地缩短了施工工期,基坑支护费用也由210壁土体的裸露时间,边坡修整完后应立即喷射基层万元下降到130万元，因此本工程拟采用土钉墙支混凝土。上道土钉锚固体未达到足够强度时不能进护方案。行下一层土体的开挖,为增加混凝土面层与土体的粘聚力,边坡不必修整得过于光滑;边坡修整应采用3主要施工工艺人工修整。3.1施工程序3.2.2击入注浆钢管土钉墙施工前,首先在基坑四周用砖砌筑截面.击人注浆钢管采用φ48(3.0mm的普通钢管,尺寸为400 mm x 400 mm地面排水沟,其总体施工在管壁 上以每隔500 mm的间距设置- -个直径为10程序为:基坑开挖至-2.90 m- +施工第- -道土钉→mm 注浆口,并在注浆口的附近焊接钢管支架，以减喷射混凝土面层- +基坑开挖至-4.10m-→施工第二少地 基土进人注浆管内及保证注浆土钉有足够的直道土钉→喷射混凝土面层一+基坑开挖至-5.30 m-→径;土钉 与水平面的向下倾角为10°。超前锚杆施工-→施工第三道土钉- +喷射混凝土面层3.2.中国煤化工-→基坑开挖至-6.500 m→施工第四道土钉→喷射IYHCNMHC避免地将地基土挤.混凝土面层- +基坑开挖至-7.70 m-→施工第五道土人注浆钢管内,为确保土钉的注浆质量,在土钉注浆钉-→喷射混凝土面层- +基坑开挖至-8.80m→施前对钢管实施清孔，清孔水压一般控制在0.5 ~工第六道土钉→喷射混凝土面层-→基坑开挖至-0.6MPa之间,清孔至管口冒清水为止。分方数据岩土工程界第12卷 第10期地王基础工程)3.2.4注浆厚度100,粗骨料为干净碎石,粒径小于15 mm,砂注浆浆液采用M10水泥砂浆,水灰比0.4~为中砂,水泥与砂石重量比为1:4~1:4. 5,砂率为0.5,水泥为32.5级普硅水泥,用注浆泵进行常压注45% ~55% ,水灰比0.4 ~0.45。喷射混凝土前清浆,注浆压力为0.4 ~0.6MPa,为保证土钉与周围土理受喷面,用短钢筋或其他办法埋设好控制喷射混体紧密结合,在孔口处设置注浆塞,采用注浆袋加压凝土厚度的标志。喷射混凝土施工完毕2小时后进法,其施工方法是先用注浆管在孔底注浆,当孔内注行洒水养护,养护时间不宜小于7天。满，即浆液从孔口流出时暂停注浆,上注浆袋(由布织面袋改制),并把注浆管插人注浆袋中,面袋的两4基坑监测端用铁丝扎紧,把拔出的部分送人孔中,并再次进行由于基坑支护结构施工时存在着许多不确定因注浆,一开始浆液流人面袋,使面袋逐渐膨胀,形成素,因此本基坑支护实施信息化施工,通过对基坑变充满浆液的袋子，注浆袋挤紧孔壁,使孔口密封,压形及土钉锚固力等进行现场监测,既有利于土钉墙力再增大时,里端的扎口处被浆液冲开,浆液流人孔的安全运行,又有利于土钉墙基坑支护结构的动态中,由于孔口已被注浆袋密封,所以能施加- -定的注设计。浆压力。为防止水泥砂浆在硬化过程中产生干缩裂4.1 土钉现场抗拔承载力试验缝,保证浆体与周围土壁的紧密粘合,可掺人一定量选择位于1-1地层中的长度为10.0 m的第一的膨胀剂,为提高水泥砂浆的早期强度,加速硬化可道.2-2地层中的长度为12.0 m的第三道土钉,分掺入早强剂，如:食盐(掺量为水泥重量的0. 3% )和别选取3根进行土钉极限承载力试验，设计极限抗三乙醇胺(水泥重量的0.003% )共同放人砂浆中一拔承载力依次为80 kN和113kN。试验采用维持荷起搅拌。水泥、砂、水要按配合比在搅拌机中拌合均载法,其结果见表4。匀,为避免大块材料堵塞注浆泵,砂浆需经过滤网倒表4锚杆抗拔静载试验成果表人压浆泵。注浆前应将孔内残留或松动的虚土清除静载所得锚杆抗拔极限荷载对应的干净。锚杆号极限承载力/kN锚杆上.拔量/mm注浆时,注浆管插到距孔底250 ~ 500 mm,随着1"≥8015.18砂浆的灌人,逐步地把灌浆管向外拔出直至孔口,要保证管口始终埋在砂浆内以保证质量。向孔内注入2"14. 56浆体的充盈系数必须大于1,每次向孔内注浆时,宜3*15.71预先计算所需的浆体体积,并根据注浆泵的冲程数计算出实际向孔内注人的浆体体积,以确认实际注4°≥12014.76浆量超过孔内容积。注浆开始或中途停止超过30s*17.05min时,应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路。注浆完毕,将注浆管等冲洗干净,以免堵塞。6'15.103.2.5 铺设钢筋网.采用绑扎连接φ6@ 200,搭接长度不小于200试验结果表明:土钉抗拔静载满足设计及规范mm,设置混凝土垫块,钢筋与坡面空隙宜大于20.要求,可保证基坑安全稳定需要。mm。土钉与面层钢筋网的连接通过φ16的通长加4.2 基坑沉降及水平 位移监测强筋直接焊接在钢筋网上。监测点布置见图5,基坑深层水平位移及地表3.2.6加强钢筋沉降观测频率为1次/天,若施工期位移变化较大，为了能保证土钉与喷射混凝土面层- -起协同工则应2次/天,观测至基坑回填结束。作,以达到土钉墙基坑支护之目的，土钉钢管在坡面4.2.1基坑沉降观测的露出处用加强钢筋进行连接,其做法为:将直径为中国煤化工16所示。沉降最16 mm的螺纹钢筋与同一高程处的土钉钢管在坡面小点|YHCNMH G量为2 mm,平均露出处通长搭接焊牢。沉降速率为0.03 mm●. d" ;沉降最大点为位于基坑3.2.7喷射混凝 土面层北侧的s5,总沉降量为11mm,平均沉降速率为材料:水泥为32.5普硅水泥,混凝土标号C20，0. 15 mm.d"。符合规范要求。33I地是基础工程)GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD Vol.12 No. 10壁①迎(m位移/mm8-28-24-2-20S715|望国州，s二10+04.05.05士04.05. 09图5基坑监测点平面布置图-0-04. 05. 16-04. 05. 17时间U+-04.05. 18-04.05. 19Is+ -04. 05.20+04.05.21一04.05.22一04. 05.22下+04.05.23.04. 05.2420产-04.05. 25一04.06. 02+04.06. 09→04.06. 22一04.07.1425图6基坑周边测点沉降随时间变化图图7测斜孔 L4随深度变化图4.2.2基坑水平位移 监测基坑四周共布置了5个深层位移监测点(L1 ~功实践表明: 土钉墙基坑支护-般只适应于土质抗L5),如图7所示基坑最大深层水平位移L4位移值剪强度较高的二、三级基坑;如基坑周边环境和地质24.4 mm(位于离地表下3.0 m),平均位移速率为条件许可,则在同一基坑采用土钉墙支护较采用钻0.2 ●d";经分析, 基坑北侧因施工堆载均大于其孔灌注桩的支护费用可节约40%左右;技术方面，他部位,因而该部位水平位移量最大。但基坑最大土钉墙支护采用逆作法施工使得支护-步到位,无水平位移速率仍远小于规范规定的3 mm●d",累须再对其进行修整、维护,从而为节约工期、提高施计最大水平位移量亦未超过40 mm报警值,监测结工效率提供了有利条件;文明施工方面,土钉墙施工果表明,基坑在整个施工过程中安全、稳定,喷射混基本不产生废浆、废液,无需投入大型机械设备,具凝土面层无裂缝,坡面、坡脚均未发生地下水渗漏现有污染少施工占地面积小等优点。象但在土钉墙基坑支护施工时必须遵循“分层支护,严禁超挖"的原则,其次应合理安排施工顺序,5结语尽量缩短施工工期,如在循环水泵房基坑施工中,由近年来,随着经济的高速发展,基坑支护形式越于施工准备充分,工序安排合理,基坑从开挖到回填来越多,施工方法也越来越科学。但不管采用哪种仅用81天,这就为缩短基坑暴露时间增加基坑稳定基坑支护形式,经济、可靠、安全仍然作为制定基坑性创造了有利条件。支护方案的前提条件;本基坑采用土钉墙支护的成中国煤化工MYHCNMHG防方数据