打入式土钉墙基坑支护在浦钢搬迁中的应用

2010-06-13周大力黄朝军代亚民

山西建筑 2010年14期

周大力黄朝军代亚民

土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术,是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射混凝土面板相结合,形成一个类似重力挡墙并以此来抵抗墙后的土压力,从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙。

在上海世博配套项目——宝钢股份有限公司浦钢整体搬迁第二步实施项目氧气站冷却塔工程施工中,由于冷却塔南侧紧靠一期工程运行中的水处理系统电缆沟和消防水泵,需对电缆沟和消防水泵基础采取支护措施,由于电缆沟和消防水泵基础均为无桩设计,且埋深都较浅。其中冷却塔冷水池基础底部与电缆沟底部高差1.7m,与电缆沟上口高差3.4m,两基础水平间距仅为0.65m,与消防水泵基础底部高差3m,水平距离4m。受空间限制,无法采用水泥搅拌桩和钢板桩等传统支护方法,而且由于工作面狭窄,对支护后基坑的变形控制要求较高。针对本工程的特点和土的物理力学性质,结合地质勘察报告,我们提出了打入式土钉薄壁墙支护方案,即将传统施工工艺中的钻孔机钻孔安装土钉锚杆,改变为采用空压机风镐直接振动打入空心式土钉锚杆。该工艺变更有效地精简了施工程序,减少了施工设备用量,降低了工人劳动强度,加快了施工进度,减少了费用开支,确保了基坑的稳定和运行中电缆电气设施及消防水系统的安全,该支护形式的应用在宝钢股份公司浦钢搬迁工程中尚属首次。

1 工程概况

1.1 工程简况

浦钢搬迁第二步实施项目冷却塔为钢筋混凝土高耸薄壁结构,长73m,宽17.2m,顶部标高13.400m,底部标高-3.200m。冷却塔南侧紧靠一期工程运行中的水处理系统电缆沟和消防水泵,冷却塔冷水池基础底部与电缆沟底部高差1.7m,与电缆沟上口高差3.4m,两基础水平间距0.65 m;与消防水泵基础底部高差3m,水平距离4m。

1.2 基坑施工特点、难点及支护形式的选择

1)冷却塔冷水池基础底部与电缆沟底部高差1.7m,与电缆沟上口高差3.4m,两基础水平间距仅0.65 m;与消防水泵基础底部高差3m,水平距离4m。为确保在冷却塔施工过程中电缆沟及运行电缆和消防水系统的安全,必须采取有效的基坑支护措施,确保电缆沟和消防水泵基础在冷却塔施工过程中不发生位移或将位移值控制在安全范围内。

2)冷水池基础底部与电缆沟底部水平间距仅为0.65m,受空间限制,无法采用重力式水泥搅拌桩挡土墙或钻孔灌注桩支护。基坑开挖宽度达18m,且电缆沟一侧临近一期已施工完毕并正常运行中的加药间,无法采用对称式钢板桩或单侧拉锚式钢板桩支护。

3)因处于运行状态中的电缆沟和消防水泵对结构变形控制要求较高,因此,冷却塔基坑支护必须采取边开挖边支护的形式,而且对支护施工的速度要求较高,以有效控制基坑边坡的变形,保证电缆和消防水系统的运行安全。

基于上述原因,针对本工程的特点和土的物理力学性质,结合地质勘察报告,我们提出了打入式土钉薄壁墙支护方案,即将传统施工工艺中的钻孔机钻孔安装土钉锚杆,改变为采用空压机风镐直接振动打入空心式土钉锚杆,以有效提高支护施工的速度和支护效果。

2 土钉墙设计

2.1 方案布置

冷却塔临近电缆沟侧基坑实际开挖深度为3.2m,电缆沟基底至冷却塔基坑底高差为1.7m。经折算后,开挖深度按1.7 m考虑,基坑坡角为85°,采用土钉墙作围护结构,共设两道土钉,土钉采用6 m长φ 48×2.75焊接钢管,水平间距1 m布置,竖向间距1.5 m布置。土钉钢管端部封闭,管壁开直径8 mm的注浆孔,注浆孔间距250mm,呈梅花形布置,上覆倒刺。为加快施工进度,节约施工费用,该两排土钉随基坑开挖用空压机风镐与水平面成10°和15°倾角沿开挖面分别打入。土面采用φ 6.5@200钢丝网与土钉焊牢,并随铺钢丝网随喷射早强细石混凝土。土钉形式如图1所示。支护布置形式见图2。

2.2 土钉墙稳定性验算

2.2.1 验算指标及验算方法

根据重力式挡墙的分析方法分别计算简化挡土墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和土钉的承载能力。计算时纵向取一个单元,即一个土钉的水平间距进行计算。要求计算的土钉支护结构抗滑安全系数、抗倾覆安全系数和承载力安全系数均大于允许值(一般基坑安全系数允许值取1.2,深基坑取1.3)。

常规的验算方法有条分法手工验算和采取专用计算软件计算。常用的计算软件有同济启明星土钉墙专用设计计算软件和理正基坑支护软件,本工程采用理正基坑支护软件进行验算。

2.2.2 验算方法

1)1—1剖面围护结构验算。经过验算,土钉墙的两排土钉承载力安全系数分别为2.37和2.05,土钉墙的整体稳定性安全系数为1.76,抗滑移安全系数为3.75,抗倾覆安全系数为17.13,均大于允许值1.2,符合要求。2)2—2剖面围护结构验算。经过验算,土钉墙的两排土钉承载力安全系数分别为1.57和1.35,土钉墙的整体稳定性安全系数为1.58,土钉墙抗滑移安全系数为2.53,抗倾覆安全系数为9.33,均大于允许值1.2,符合要求。

3 土钉墙施工

3.1 工艺流程

放线定位→基坑开挖→设置第一排土钉并灌浆→设置钢丝网片→喷射混凝土面层→基坑开挖→设置第二排土钉并灌浆→设置钢丝网片→喷射混凝土面层→基坑开挖循环至基坑底。

3.2 施工方法

3.2.1 土钉入土

沿坡面从上往下共设置两排土钉,最高处一排离地面1.5m,土钉入土角度与水平线夹角为10°,入土长度最长 6 m;第二排土钉距第一排土钉1.5m,土钉入土角度与水平线夹角为15°,入土长度最长6 m;土钉打入总进尺480m。采用空压机风镐振动打入的方法,实践证明,该施工方法进度快,工人劳动强度不大,确保了土钉入土长度和位置要求。

入土方法:用6 m长的钢管制作移动式简易固定支架,土钉搁置于支架上,风镐顶住土钉尾部,均匀用力振动入土。

3.2.2 钢管土钉的注浆

注浆采用纯水泥浆,水灰比为 1∶0.5,注浆压力控制在0.2 MPa～0.4 MPa左右,同时应小于上覆土压力的2倍。根据土层的孔隙率大小,注浆量在0.025 m3/m左右,可根据实际情况及基坑监测变形数据适当进行调整,分一次或两次注浆。

3.2.3 挂网与加强筋

土面采用φ 6.5@200钢丝网,用加强筋压在钢丝网和土钉上,与土钉焊牢,并在土钉头上绑焊井字筋压住横向加强筋。

3.2.4 边坡喷射混凝土

喷射混凝土采用干喷法,使用32.5级普通硅酸盐水泥,骨料为中粗砂和直径5 mm～10mm的碎石,强度不低于C20,水灰比1∶0.5。掺速凝剂,掺量为水泥重量的3%。混凝土干料至少拌和三次。喷射机开机顺序为:送风→送水→送料,关机顺序反之。