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钢花管土钉墙加水泥土搅拌桩止水帷幕技术应用

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钢花管土钉墙加水泥土搅拌桩止水帷幕技术应用

发布日期:2020-06-26 作者:刘如燕 点击:

复合钢花管土钉支护是近年来迅速发展且在基坑开挖和边坡稳定方面应用越来越多的一种新挡土技术。钢花管土钉支护也己经在国内得到较为广泛的研究和应用取得了显著的社会和经济效益。
引言
基于钢花管土钉支护发展起来的复合钢花管土钉支护技术应用于基坑、边坡等工程结构的支护中,主要包括钢花管土钉与水泥土搅拌桩(止水帷幕)、钢花管土钉与微型钢管桩、钢花管土钉与预应力锚杆三种主要形式。复合钢花管土钉支护的作用机理主要是以钢花管土钉支护为主,依据不同土质条件、工程环境,借助于水泥土搅拌桩止水帷幕、微型钢管桩和预应力锚杆等其它组件的共同作用来稳定土体和边坡,起到止水抗渗作用、分担与传递荷载作用、局部稳定作用和超前加固作用。
1、复合钢花管土钉支护主要型式及构造方法
针对工程中复合钢花管土钉的应用实例,目前实际工程施工中应用相对较多的复合钢花管土钉支护形式及其构造方法主要有:(l)、钢花管土钉十超前微桩复合支护;(2)、钢花管土钉+预应力锚杆(索)复合支护;(3)、钢花管土钉+超前微桩+预应力锚杆(索)复合支护:(4)、钢花管土钉+水泥土搅拌桩止水帷幕(包括单层桩和双层桩)复合支护;(5)、钢花管土钉+水泥土搅拌桩止水帷幕(包括单层桩和双层桩)十预应力锚杆(索)复合支护;(6)、可施加预应力的钢花管土钉+超前微桩;(7)、可施加预应力的钢花管土钉+水泥搅拌桩止水帷幕。
1.1复合钢花管土钉支护的作用机理
专家对软土地质条件和实际施工经验,认为复合型钢花管土钉支护就是以水泥土搅拌桩帷幕等超前支护措施解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题,以水平向压密注浆及二次压力灌浆解决土体加固及钢花管土钉抗拔力问题,以相对较长的插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流等问题。复合型钢花管土钉支护一般可由防渗帷幕、超前支护及钢花管土钉等组件构成。
在上述分析中,在定义复合钢花管土钉支护概念时也基本清楚地表达了相应的复合钢花管土钉支护的作用机理。归纳起来,复合钢花管土钉支护的作用机理主要有以下三点:
(1)、水泥土搅拌桩等形式超前支护的作用是解决基坑边壁土体的自立性及隔水性问题(但超前微桩不能解决隔水性问题),当边壁土体含水量较大时,网喷混凝土面层不易与土体粘结在一起,若喷层直接喷在水泥土搅拌桩上则很容易粘结在一起。(2)、水平钢花管土钉的压密注浆及二次压力灌浆,增强了钢花管土钉的抗拔力,由于浆液的渗透,同时对土体有加固作用。(3)、超前支护插入坑底以下较长的深度,可解决坑底的抗隆起、管涌和渗流问题。由于复合钢花管土钉支护的形式较多,其作用机理也不尽相同,复合钢花管土钉支护的作用机理主要与复合的形式有关,不能统一而论。因此,复合钢花管土钉支护的作用机理是与复合钢花管土钉支护结构中的各分支体系(组件)的作用机理密切相关的。
1.2钢花管土钉与止水帷幕复合支护
在工程中,当对基坑有防渗要求时(以防止因基坑外地下水位下降过大而引起地面沉降过大),常采用钢花管土钉与止水帷幕复合支护型式,钢花管土钉与止水帷幕复合支护形式通常在基坑内降水,基坑外不进行降水。止水帷幕一般采用水泥搅拌桩,单排厚度为500mm,水泥掺量为15%—18%,水泥土搅桩施工完2—3天后即可进行基坑开挖。钢花管土钉与止水帷幕复合支护型式的施工步骤是在开挖基坑之前沿开挖线做止水帷幕,等到非水帷幕达到一定强度后,再进行基坑土体的开挖与钢花管土钉支护。
采用止水帷幕结合钢花管土钉支护避免了土体开挖后土体渗水、土体强度降低,以至不能临时直立而失稳及基底隆起、管涌等问题,并且由于立即进行基坑支护,在完成后,坡面基本是直立平整且干燥无水。
1.3钢花管土钉与水泥土搅拌桩复合支护
(1)施工技术要求及技术核心
深搅桩深度较深,要求两桩之间的搭接宽度应满足要求,具必须根根直立,确保质量与美观。基坑开挖较深,四周均有城市管网,要求钢花管土钉施工的速度要快,要尽早在开挖后对土体形成封闭。注浆的质量好坏,关系到工程的成败,因此,要求每根钢花管土钉的注浆压力与注浆量均应达标。所有钢花管土钉接头应达设计要求。
(2)支护施工过程
①土方沿深搅桩内侧开挖,人工修整壁面,进行钢花管土钉支护施工。
②修整坡面后,用白灰在壁上定点,同时钻机就位。用土层螺旋钻引孔,首先穿透止水帷幕层。
③冲击钻机定位,调整好角度,将加工好的钢花管土钉直接打入土层中,具体施工要求有:
ⅰ、孔位误差不大于200mm,成孔的倾角误差不大于3°,在成孔过程中遇有地下障碍需调整位置时,不得降低支护结构原定的安全强度。
ⅱ、当钢花管土钉长度需搭接时,接头处绑焊三根长3Ocmφ16园钢,确保搭接处钢花管土钉强度。
④钢花管土钉置入设计深度后,在孔口预埋排气孔,并用水泥砂浆封口,封口长度应大于100cm。
2、水泥土搅拌桩复合钢花管土钉墙支护的设计计算
水泥土搅拌桩复合钢花管土钉支护的设计计算一般包括止水帷幕深度的设计、坑壁整体稳定性分析及钢花管土钉抗拔力验算等。
2.1止水帷幕的设计
止水帷幕一般包括幕帘式和落底式两种形式。幕帘式帷幕是指帷幕未完全隔断含水层,其墙底未进入相对隔水层中;落底式帷幕指帷幕体墙底进入到相对隔水层中,将含水层完全隔断。
(1)当基坑底为软土或砂土、基坑内作用有较大渗透水压力时,止水帷幕嵌固深度应满足式(1)的抗渗透稳定条件。
≥1.2(1)
式中:为建筑基坑侧壁重要性系数;h为基坑开挖深度(m),为地下水埋深(m)。
(2)当基坑底为饱和砂层时,应进行抗管涌验算:
(2)
式中:k为抗管涌安全性系数;h′为基坑外侧地下水至基坑底的距离,m;hd为支护结构嵌入深度,m;γ′基坑内侧范围内土的加权重度,kN/m3,水位以上取天然重度,水位以下取有效重度;γw为地下水的重度,kN/m3。
2.2整体稳定性分析
(1)钢花管土钉墙整体稳定性分析采用圆弧滑动面计算,安全系数为:
(3)
式中:为钢花管土钉墙整体稳定性安全系数;为土体黏聚力,kPa;为土体内摩擦角,(。);为土条滑动面弧长,m;为土条的重力,kN;TNj为钢花管土钉极限抗拉力,kN;S为钢花管土钉水平间距,m;为滑动面某点切线与水平面的夹角,(。);αj为钢花管土钉与水平面的夹角,(。);bj为土条宽度,m。
(2)复合钢花管土钉墙的整体稳定性分析计算中考虑止水帷幕、预应力锚索的作用,其安全系数为。
(4)
式中:为复合钢花管土钉墙整体稳定安全系数;τs为搅拌桩的抗剪强度设计值,kPa;As为搅拌桩的面积,m2;PNj为预应力锚杆设计承载力,kN;sa为搅拌桩的间距,m;sb为预应力锚杆的水平间距。
3、应用前景分析
复合钢花管土钉支护技术已在我国许多地区建筑工程的深基坑支护中得到应用,但是在山体边坡加固和复杂地质条件下(如软土地区等)的深基坑支护工程中还有广泛的应用前景。随着复合钢花管土钉支护理论的进一步完善,施工工艺的改进,复合钢花管土钉支护技术将逐步取代传统的支护技术。
关于复合钢花管土钉支护的稳定性研究需进一步深入,力图通过更多的理论、实验和工程实践,进一步理解复合钢花管土钉支护的原理,完善其设计和施工方法,从而形成统一的设计和施工规范。
结束语
复合钢花管土钉支护是将主动支护形式和被动支护型式联合应用,柔性支护与刚性支护相结合,可以起到止水抗渗作用、分担与传递荷载作用、局部稳定作用和超前加固作用。复合钢花管土钉支护在考虑工程安全稳定和经济合理的前提下,位移变形小,钢花管土钉受力合理,解决了单纯钢花管土钉支护存在的问题,突破了其限制适用范围,具有更广阔的应用领域和应用前景。


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关键词:钢花管

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