釘墻發(fā)生較大的水平位移險情及加固方案

釘墻發(fā)生較大的水平位移險情分析及加固方案1概述：發(fā)電廠（四期技改工程）循環(huán)水泵房深基坑開挖深度達9.5m（原地面標高為+4.00m），基坑平面尺寸為32ⅹ25m，由于基坑東側緊鄰廠區(qū)主要道路，南北側距廠區(qū)其它建筑物也較近，而且在基坑開挖土層中存在較厚的軟弱土層，因此經(jīng)技術經(jīng)濟論證采用土釘墻作為基坑支護結構。基坑于7月12日開始開挖，于7月24日開始施工東側的土釘，7月29日東側基坑側壁與上表面出現(xiàn)大小不一的水平和斜裂縫，測得最大位移為41.7mm,位移速率為4.8mm/d，7月31日測得最大位移為50.9mm，移速率為9.8mm/d，超過設計的40mm最大位移的警戒值，必須采取加固措施。2工程地質條件根據(jù)場地工程地質報告，場地土的物理力學性指標如表1所示。表1場地土的物理力學指標土層編號土層名稱層底高程（m）土層厚度（m）重度（kN/m3）固結快剪強度指指標錨固體與土體的的極限摩阻阻力（kPa）C(kPa)(0)1-1素填土+1.52.519.22010221-3淤泥質粉質粘土土-2.54.017.16.816.5182-2粉質粘土-7.24.717.818.518303粉質粘土-9.52.317.78.525.6304-2淤泥質粉質粘土土-10.81.318.114.120.5205-1粘土-13.32.518.440.025.5603基坑支護結構設計基坑支護結構設計時，按基坑所在區(qū)的荷載情況及開挖深度不同，將基坑支護結構分成東、南和北三個區(qū)。其中東區(qū)為緊鄰廠區(qū)道路側，卸載3.5m，采用1：1放坡，土釘墻上表面高程為+0.500m，在此高程作6米寬平臺，以下為1：0.5坡度的土釘墻支護，支護深度為6.0m。考慮廠區(qū)道路及施工荷載的作用，取地表超載為20kPa。設計時考慮到1-3層為淤泥質粉質粘土，土質較差，設計時增大土釘?shù)南蛳聝A角，使土釘兼作超前錨桿作用，按照工程地質報告所提供的物理力學指標，根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-99）進行基坑開挖階段的整體穩(wěn)定性和各土釘?shù)目估休d力驗算，能滿足規(guī)程的要求（見表2），整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.44。表2東側土釘墻各層土釘特征及受力情況土釘編號長度(m)傾角(0)土釘在墻面處的的高程(m)土釘受拉荷載((kN)土釘極限抗拉力力(kN)土釘抗拉安全系數(shù)第一層920-0.70—26.729—第二層920-2.008.65624.1102.815第三層920-3.0023.37231.9101.365第四層920-4.0034.98056.1021.604第五層920-5.0037.65655.7021.5754基坑支護險情產(chǎn)生的原因分析基坑出現(xiàn)險情后，有關各方立即進行會診，認為有以下幾方面的原因：4.1是開挖區(qū)域內(nèi)的地質條件十分復雜，表現(xiàn)在各層土的厚度分布上很不均勻，特別是1-3層土在東南二側分布呈三角形，由北向南、由西向東厚度漸增，經(jīng)地質補勘，至東南角厚度達4.2m，同時根據(jù)已開挖出的土質分析，1-3層土實際上應細分為三層，即與1-1與2-1層土交界處1.0m為淤泥質粉質粘土，而中間2m實為淤泥，這與設計時考慮1-3層均為淤泥質粉質粘土已大不相同，同時開挖中發(fā)現(xiàn)地下水十分豐富，對基坑的安全不利。4.2是東側基坑在原土釘墻設計時，首先將地基土開挖到+0.50m，作大平臺后再進行基坑支護，但在施工過程中，由于受到場地的限制，該大平臺未能實現(xiàn)。4.3是在施工中土釘施工末及時跟上，同時一次性開挖面過大，由于1-3層土的自穩(wěn)能力很差，在上部土的自重作用下有向外滑動趨勢，導致基坑位移增大。5東側基坑加固設計土釘墻的加固設計應從實際的工程地質條件、現(xiàn)場施工條件、地下水的埋藏性況、經(jīng)濟性和安全性等諸多因素來考慮，原則上應利用土釘墻支護體系，即在原設計基礎上進行加固，首先對上部土釘墻用土釘進行加固，利用1-1硬土層的錨固力增大土釘?shù)睦瓝芰?，限制基坑位移，由于受到施工條件的限制，采用全長注漿擊入釘進行加固，注漿擊入釘采用50mm的鋼管，通過管壁注漿孔將漿液滲入到土體內(nèi)。其次考慮到1-3層土的情況，參考補勘工程地質報告，取該土層的物理力學指標為：固結不排水剪C=4Kpa,=10o,=16.5KN/m3，考慮到該層土質特別差，土釘與土體之間的摩阻力太小，土釘不能提供有效的抗拉力，因此在加固設計將土釘視作錨桿，加長土釘長度，同時加大角度，充分利用2-1層土的摩阻力來提供抗撥力，另外設置超前樁，根據(jù)施工便捷和費用經(jīng)濟的要求，超前樁采用ф159鋼管和ф200松木，從而形成復合土釘支護，在保證支護體系安全穩(wěn)定的同時還滿足了限制基坑上部變形和解決開挖面的自立性的要求。再次考慮到地下水的作用，在基坑的外邊緣沿長度方向設六只直徑為300深10m的排水深井，用水泵向外抽水，降低地下水位，減輕基坑壁的側向壓力。5.1土釘（錨桿）布置及受力分析設計地面超載為20kPa，表3為各土釘（錨桿）的垂直布置及其受力情況。表3各土釘（錨桿）分布及受力情況`土釘編號直徑（mm）螺紋鋼筋直徑（mm）墻面高程(m)傾角（0）長度(m)土釘受拉荷載(kN)土釘極限抗拉力（kN）安全系數(shù)1>5050mm鋼管+1.5159.013.81523.1421.675215028+0.02025.045.452256.46115.642315028-1.02014.044.453158.44333.564415028-2.02025.0/144.052.524149.53332.841510020-3.01512.044.47355.8111.255610020-4.01512.035.20651.3561.459710020-5.01512.040.84352.7251.3395.2土釘墻整體穩(wěn)定性分析按施工工況，當基坑開挖到-1.50m，即第一道錨桿施工完，而第二道錨桿尚未施工時，此時為最危險之工況，此時的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.372，開挖到-2.50m、-3.50m、-4.50m，-5.50m時的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為1.824、1.817、1.694、1.587，當最后道土釘施工完后的土釘墻整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.607，以上整體穩(wěn)定性分析未考慮松木（鋼管）樁的作用，此作用僅作為安全儲備。5.3土層錨桿的局部穩(wěn)定性分析由于（1-3）層土為淤泥，土質條件特別差，而其下層為（2-2）層土，為粉質粘土，土質條件相對較好，為此可假定土層錨桿產(chǎn)生局部失穩(wěn)時，滑動楔體通過（1-3）層與（2-2）層土層的結合面，土層錨桿產(chǎn)生局部失穩(wěn)的最不利工況為：基坑開挖至-1.5m高程而第二層錨桿尚未施工時，其破壞形式如圖1所示。由圖可知，各作用力的計算如下：G=0.5(5.369+2.369)319.2+0.5(5.869+6.869)116.5+6.8692.516.5+202.369=658.669kNEa=0.514.3131.509+0.5(44.431+88.069)3.5=239.454kNEa1=0.519.8531.15+0.5(19.853+27.023)0.575+0.5(27.023+58.05)0.775=57.858kN根據(jù)力的平衡條件：可得：而錨桿的極限抗拉承載力為：Tuj=3.14dqskl=3.140.153012=169.65kN，則安全系數(shù)為1.882。5.4松木(鋼管)樁支護結構分析鋼管的設計抗彎強度為fw=215MPa、設計抗剪強度為fv=125MPa，松木的設計抗彎強度為fw=13MPa、設計抗剪強度為fv=1.5MPa。松木(鋼管)樁支護結構分析時應按如下幾種工況進行分析：工況一：基坑開挖至-1.50m，尚未施工第二道錨桿，僅有第一道錨桿產(chǎn)生作用；工況二：基坑開挖至-2.50m，尚未施工第三道錨桿，第一、二道錨桿產(chǎn)生作用；工況三：基坑開挖至-5.50m，反壓土體嵌固松木（鋼管）樁，三道錨桿全部產(chǎn)生作用。以下對各工況進行分析工況一：其受力分析如圖3所示，圖中B點可視為假想鉸，則T1=22.23kN/m，最大剪力為20.89kN/m，最大彎矩為18.681kN-m/m。工況二：其受力分析如圖4所示，假想鉸也可設為圖中B點，則T1=11.87kN/m、T2=23.124kN/m，最大剪力為39.684kN/m，最大彎矩為15.09kN-m。工況三：反壓土體所提供的被動土壓力可按圖5所示的分析計算，假定被動破裂面經(jīng)過樁底，破裂角為450+/2，由此可求得被動土壓力為Ep=57.299kN，其分布如圖5所示。假想鉸位于圖中B點。則T1=6.464kN/m、T2=22.971kN/m、T3=27.482kN/m，最大剪力為25.825kN/m，最大彎矩為6.877kN-m/m。截面設計：分析各工況的受力情況，可知樁身的最大剪力和最大彎矩分別為39.684kN/m、18.681kN-m/m，若采用直徑為200mm、間距為500mm的松木樁，則作用于樁上的最大彎曲應力為16.65MPa>fw(13MPa)，最大剪應力為0.884MPa，顯然，松木樁不能滿足抗彎要求，為此需用鋼管樁進行加固，即采用直徑為159mm的鋼管，間距為1000mm。為了使松木（鋼管）樁與錨桿支護體系具有足夠的整體性，在錨桿出露處設置圍檁，圍檁可用雙榀#12槽鋼加工而成，錨桿與圍檁之間焊接牢固。6結語基坑土釘支護近年來得到了廣泛的應用，可適用于多種類型的土層，但在軟弱土層中應用應慎重，由于軟弱土如淤泥質土和淤泥土體自身的強度低，土釘與土體之間的摩阻力小，兩者相互作用若發(fā)生剪切破壞，破壞面一般在兩者接觸面上，向外對土體的影響范圍小，土釘與土體難以形成整體，加固效果差，不能有效的約束土體，因此往往位移較大，嚴重時導致基坑的整體失穩(wěn)。設置超前樁后，超前樁可作為懸壁樁或錨拉樁來限制土體的側向松脹，減少邊坡土體的應力釋放，邊坡非穩(wěn)定土體的位移明顯減小，土釘承受的水平拉力大為減小，水平位移減小。本基坑東側加固方案確定后即按此進行施工，9月28日基坑開挖至基底標高，10月8日施工至▽+4m標高開始基坑回填，東側基坑加固后位移增量明顯減小，至基坑回填位移增量均在1mm之內(nèi)，累計位移增量不超過1cm，說明采用鋼管（松木）樁加錨桿的復合土釘支護能有效支擋軟弱土層，阻止軟弱土層的滑動，而且