注浆钢花管在格力◦香樟基坑支护中的应用

邓剑明 李景旺 张成宝

1 工程概况

拟建珠海格力◦香樟位于珠海市九洲大道北侧,东侧为一厂房,西侧与珠海市明华小学相邻,北侧为兰埔路,南侧为九洲大道。原始地貌为山前冲洪积地貌,场地北高南低,现状地形标高变化于17.08 m～12.55 m。-2层地下室底板顶面标高介于7.80 m～6.30 m,分为两个平台,靠北侧兰埔路地下室底板顶面标高为7.80 m,靠南侧九洲大道地下室底板顶面标高为6.30 m。地下室底板厚度为0.50 m,垫层厚度按0.20 m考虑,因此地下室基坑深度介于6.70 m～9.80 m。

场地北侧兰埔路沿线电缆及管网离基坑边线距离大约13 m,南侧九洲大道沿线电缆及管网离基坑边线距离大约30 m,西侧明华小学建筑物(天然地基)离基坑边线为20 m。

2 场地工程地质条件和水文地质条件

根据中国有色金属工业长沙勘察设计研究院提供的《珠海格力置盛房产有限公司格力◦香樟岩土工程详细勘察报告书》,与基坑开挖有关的地层岩性及野外特征自上而下依次描述为(见表1):

①人工填土(Qml)。褐黄、褐灰色,主要由黏性土混粗砂组成,含碎石、砖块、混凝土块等硬杂质,结构松散,密实程度很不均匀,尚未完成自重固结。层厚1.20 m～6.00 m。

第四系冲洪积层(Qal+pl)由②含砾砂黏土和③粗砂组成:②含砾砂黏土:褐红、灰白、褐黄色,不均匀含砾砂30%～40%,摇振无反应,切面粗糙,干强度及韧性中等,呈饱和,硬塑状态。层厚1.40 m～13.60 m。③粗砂:褐黄色,成分为石英质,含30%～40%左右的黏性土,呈饱和,稍密～中密状态。层厚1.00 m～13.70 m。

④砾质黏性土:褐黄、褐红、灰白色,由花岗岩原地风化而成,原岩结构可辨。无摇振反应,光泽反应稍有光滑,干强度及韧性中等,呈饱和,可塑～硬塑状态。层厚2.40 m～19.60 m。

表1 各土层的物理性质指标

3 基坑支护方案选取

本基坑支护工程安全等级为二级。直立开挖,采用土钉墙+喷射混凝土护面的支护结构,布设1排～2排φ 550的水泥搅拌桩起止水和超前支护作用,在喷射混凝土面板外布设1排～2排预应力锚索(第2排,第4排),以约束土钉墙支护结构的变形。

1)土钉。土钉成孔直径为130 mm,长度9 m～14 m,采用φ 28～φ 32螺纹钢。

2)锚索。锚索成孔直径为150 mm,长度18 m～22 m,钢绞线为 2×7φ 5～ 3×7φ 5,强度标准值为 1 860 M Pa。

3)喷射混凝土。喷射混凝土的设计强度等级为C20,厚度为100 mm,钢筋网的钢筋直径为 6,间距 200双向,加强筋为 2φ 16,间距1 400～1 500双向。

4)C20混凝土连接梁。混凝土连接梁尺寸为300 mm×300 mm,强度等级为C20,主筋为 4φ 16,箍筋为φ 6,间距200。

5)水泥土搅拌桩。本工程采用水泥土搅拌桩形成止水帷幕,在人工填土及第四系土层中,水泥土搅拌桩又可作为超前支护使用,桩直径550 mm。

4 方案的变更

根据场地地层特点建议采用注浆锚管代替原方案中的非预应力锚杆。理由如下:

1)场地位于山前冲洪积带,地下水丰富;

2)组成基坑壁的土层为松散的填土及冲洪积物,其中冲洪积物为砂质黏土及砾砂层,如果采用预成孔的方法施工,成孔时易塌孔;

3)由于地下水位高,坑内外水压力差大,锚杆封孔效果不好;

4)预成孔法施工,产生泥浆较多,污染场地,不利于挖土施工。

由于对钢花管的注浆情况及其抗拔力不了解,必须在试验的基础上进行修改。设计方提出要进行如下试验:

1)了解注浆花管压力、注浆后的注浆体形态及分布;

2)了解注浆花管实际的锚固力。

根据设计要求,选择第1排锚管进行试验,采用开挖揭露的方式,观测注浆体实际形态及分布,采用抗拔试验了解注浆花管实际的锚固力。注浆钢花管采用φ 48δ 3.5钢管,管上钻φ 6孔,对开,梅花状布置,孔距300 mm,注浆采用普通硅酸盐水泥,水灰比约0.5～0.6,加早强型减水剂1%。

施工7 d后,沿锚杆方向,采用挖土机开挖了一个4 m×2 m×3.5 m,观测到在钢管周边形成的椭圆状固结体,长轴方向长约42 cm～45 cm,短轴方向约30 cm～35 cm。

对三根钢花管进行抗拔试验,试验结果如下:有两根荷载加至170 kN,锚管未见明显破坏,有一根荷载加至150 kN,出现位移显著增大。根据试验结果,我方建议锚管抗拉承载力设计值按70 kN考虑。

根据试验结果,方案变更如下:1)所有钻孔的钢筋锚杆由钢花管(锚管)代替。2)适当调整锚杆竖向间距,增加排数。

5 注浆钢花管施工工艺流程

注浆钢花管施工工艺流程图见图1。

6 结果及建议

1)施工进度。

采用该工艺施工,约 30 min一条,比钻机成孔快约 50%,施工效率大大提高。由于采用挤入式施工,对土层有一定挤密,在未灌浆的情况下,钢管也具有一定抗拔力。每层锚杆施工完毕4 d～5 d,即可施工下一层锚杆。而成孔注浆锚杆需要浆体有一定强度才能开挖下一层,开挖周期明显缩短。

2)施工质量。

由于不需成孔,不存在泥浆护壁,施工时只要保证钢管打入深度,注浆保证灌浆量,质量容易控制。从开挖土方以来所做的变形监测资料,开挖至基坑底,观测成果如下:基坑周边布置变形监测点12个,基坑位移值9 mm～25 mm,沉降值为0.3 mm～10.52 mm;在基坑周边已有房屋布置变形监测点4个,位移值为1 mm～7.5 mm,沉降值为 2.88 mm～11.7 mm(资料为第三方监测资料)。

3)建议。

a.在场地具有可灌性比较好的地层(砂土、填土、砂质黏土等)采用锚管具有优势。b.锚管抗拉承载力宜通过现场试验确定,在试验的基础上优化方案。c.其他地层也可在试验基础上选择使用。

[1] 刘秀珍,王 伟.武汉某基坑支护工程设计实例[J].山西建筑,2008,34(26):119-120.