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##电厂深基坑边坡土钉墙支护施工总结
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##电厂深基坑边坡土钉墙支护施工总结

[摘要]本文根据《基坑土钉支护技术规程》的要求,结合##电厂深基坑土钉墙支护的实践经验,对土钉支护的加固机理、设计、施工及实际支护效果进行了总结,对类似工程的施工具有借鉴作用.

[关键词]土钉支护 施工总结

1、工程概况

##电厂输煤系统工程位于二期技改工地东南角,南临沿江北路,原地面标高为45.8m,基坑最深处达-24.5m。该区位于II级阶地,出露的地层主要为杂填土、硬塑状粉质粘土层、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中等风化泥质粉砂岩层,其主要建筑物基础置于强风化~中等风化泥质粉砂岩层;该区地下水赋存形式为潜水和上层滞水,回填土含水量比较丰富。

基坑开挖后发现深度6米处为粘土和风化岩的分界线,岩层基本走向为由北向南倾斜约45度角,局部位置岩层深度及走向不规则。

基坑土方采用机械分层开挖辅以人工修整边坡的方式进行,由2台1m3反铲和相配套的自御汽车外运。本工程石方开挖量大,开挖深度在3~24.5m之间,因爆破点距民房及市内交通主干道较近,为确保安全,离基坑开挖边线2m范围外的石方采用浅孔微差挤压爆破,离基坑开挖边线2m范围内的石方采用光面控制爆破。由于受沿江北路的限制,基坑南边不能按大放坡开挖,从技术先进、经济合理、安全可靠和方便施工等各方面综合考虑,本工程决定采用陡坡开挖临时性土钉支护的施工方法,所有土方边坡均按1:0.75放坡,所有石方边坡均按1:0.25放坡。

2、加固机理

土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和面板组成。由于土体的抗剪强度较低,抗拉强度更小,因而自然土坡只能以较小的临界高度保持直立。而当土坡直立高度超过临界高度,或坡面有较大超载及环境因素等的改变,都会引起土坡的失稳。土钉墙技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体,与土牢固结合而共同工作,以弥补土体自身强度的不足,增强土坡坡体自身稳定性,它属于主动制约机制的支挡体系。土钉墙在承受荷载过程中不会发生如素土边坡那样的突发性塌滑,它不仅延迟了塑性变形发展阶段,而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏,它一方面体现了土钉与土界面间阻力的发挥程度,另一方面,由于土钉与土体的刚度比相差很大,所以在土钉墙进入塑性变形阶段后,土钉自身作用逐渐增强,从而改善了复合土体塑性变形和破坏性状。

根据地质状况,通过土钉加固起到以下三个方面的作用:一、通过钻孔后压力注浆充填风化岩裂隙,使破碎岩层形成整体以利于边坡稳定;二、通过土钉的锚固力防止边坡局部失稳;三、通过土钉墙的挂网护面防止边坡碎块滑落,并对边坡面形成封闭,防止雨水进入土层并软化岩石,有利于边坡稳定。

3、土钉支护的设计

3.1土钉设计计算

3.1.1土钉的设计计算遵循下列原则:

1.只考虑土钉的受拉作用;

2.土钉的设计内力按如下的侧压力图形算出;

3.土钉的尺寸应满足设计内力的要求,同时还应满足支护内部整体稳定性的需要。

侧压力的分布

3.1.2在土体自重和地表均布荷载作用下,每一土钉中所受的最大拉力或设计内力N,可按侧压力分布图形用下式求出:

N=1/cosθ·p·Sv·Sh

P=p1+pq

式中  θ――土钉的倾角;

    p――土钉长度中点所处深度位置上的侧压力;

    p1---土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力;

    pq---地表均布荷载引起的侧压力。

图中自重引起的侧压力峰压pm:

对于c/γH≤0.05的砂土和粉土:

pm=0.55kaγH

对于c/γH>0.05的一般粘性土:

       pm=ka(1-2c/γH√ka)γH≤0.55kaγH

粘性土pm的取值应不小于0.2γH。

图中地表均布荷载引起的侧压力取为

pq=kaq

以上各式中的γ为土的重度,H为基坑深度,ka用下式计算:

              ka=tg2(45°-ø/2)

对性质相差不远的分层土体,上式中的ø、c及γ值可取各层土的参数tanøj、cj、γj按其厚度hj的加权平均值求出。

对于流塑粘性土,侧压力p1的大小及其分布需根据相关测试数据专门确定。

3.1.3各层土钉在设计内力作用下应满足下式:

        Fs,dN≤1.1πd2/4·fyk

式中   Fs,d――土钉的局部稳定性安全系数,取1.2~1.4,基坑深度较大时取高值;

     d――土钉钢筋直径;

     fyk――钢筋抗拉强度标准值。

3.1.4各层土钉的长度尚宜满足下列条件:

        l≥l1+ Fs,dN/лd0τ

式中   l1――土钉轴线与倾角等于(45°+ø/2)斜线的交点至土钉外端点的距离;对于分层土体,ø值根据各层土的tanøj值按其层厚加权的平均值算出;

     d0――土钉孔径;

     τ――土钉与土体之间的界面粘结强度.

3.1.5对支护作内部整体稳定性分析时,土体破坏面上每一土钉达到的极限抗拉能力R按下列公式计算,并取其中的最小值:

按土钉的受拔条件    R=лd0laτ

按土钉受拉屈服条件   R=1.1πd2/4·fyk

式中  la――土钉在破坏面一侧伸入土体中的长度.

对于靠近支护底部的土钉,尚应考虑破坏面外侧土体和喷砼面层脱离土钉滑出的可能,其最大抗力尚应满足下列条件:

   R≤лd0(l-la)τ+R1

式中R1为土钉端部与面层连接处的极限抗拔力.

本工程采用钻孔注浆型土钉,土钉采用机械成孔,孔径d0=120mm,土钉间距包括水平间距Sv和垂直间距Sh,取Sv=2.0m,Sh=1.5m,土钉钢筋采用直径d=25的II级钢筋,土钉墙典型剖面经计算并进行优化后详见下图。

3.2支护整体稳定性分析

3.2.1内部稳定性分析

土钉支护的内部整体稳定性分析是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉.假定破坏面上的土钉只承受拉力且达到最大抗力R,按园弧破坏面采用普通条分法对支护作整体稳定性分析结果如下:

本基坑深度大于12m,最小安全系数大于1.4,支护内部整体稳定性满足要求。

土钉支护还应验算施工各阶段的内部稳定性,此时的开挖已达该步作业面的深度,但这一作业面上的土钉尚未设置或其注浆尚未能达到应有的强度。

3.2.2外部整体稳定性分析

土钉支护的外部整体稳定性分析与重力式挡土墙的稳定分析相同,可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙,分别验算:

1.整个支护沿底面水平滑运;

2.整个支护绕基坑底角倾复,并验算此时支护底面的地基承载力;

3.整个支护连同外部土体沿深部的圆弧破坏面失稳。

经验算,本工程支护外部整体稳[定性满足要求,计算过程从略。

3.3喷砼面层设计

3.3.1在土体自重及地表均布荷载q作用下,喷砼面层所受的侧向土压力p0可按下式估算:

p0=(p01+pq)

p01=0.7[0.5+(s-0.5)/5]p1

式中s为土钉水平间距和竖向间距的较大值,单位为m。

3.3.2喷砼面层可按以土钉为点支承的连续板进行强度验算,作用于面层的侧向压力在同一间距内可按均布考虑,其反力作为土钉的端部拉力,取荷载分项系数为1.2,当环境安全有严格要求时,另取结构重要性系数为1.1~1.2。验算的内容包括板在跨中和支座截面的受弯,板在支座截面的冲切等。

3.3.3土钉与喷砼面层的连接,应能承受土钉端部拉力的作用。此外,面层连接处尚应验算砼局部承压作用。

4、土钉支护的施工

4.1施工准备

为使边坡加固施工顺利进行,确保工程质量及避免施工中发生安全事故,在正式施工前应做好以下工作:

(1)根据喷射砼、钻孔、安装土钉、注浆的不同工艺要求

搭设单排、双排及多排加强型脚手架。

(2)对进入现场的所有机具设备进行检修,使之处于正常

工作状态。

(3)对现场施工所用的原材料进行检验,符合要求才能使

用。

(4)对现场施工人员进行技术交底和安全教育。

名称

型号

单位

数量

钻工

18

钢筋工

8

注浆工

喷砼工

钻机

XU-1

注浆机

1

喷砼机

ZP-5

1

空压机

V9

1

砼搅拌机

JS350

1

电焊机

XB-4

对焊机

UN-100

(5)本工程主要施工人员及设备配备见下表:

4.2施工工艺流程

  基坑开挖 修整边坡 搭设脚手架

定位成孔 安装土钉 压力注浆 铺设钢筋网

土钉锁定 安装泄水管 喷射砼。

4.3施工方法

  (1)基坑开挖

土钉墙施工是随着土方开挖分段分层施工,每层施工长度约20m,每层开挖深度不超过2.5m。在完成上层作业面的土钉与喷砼以前,不得进行下一深度的开挖。

(2)边坡修整

爆破并用反铲挖土后辅以人工修整坡面,使其达到要求的坡度和

平整度,以便喷射砼施工。

(3)搭设脚手架

采用钢架管搭设脚手架,上铺竹跳板。脚手架宽度为2~3m,

脚手架步距为土钉垂直间距,顶层竹跳板与钻孔处的高差约50cm。

(4)土钉加工

按设计要求的长度、数量加工下料,焊接定位托架,每两米一道,长度超过定尺的钢筋采用对焊边接。

(5)钢筋网加工

按要求的尺寸在现场直接纺织钢筋网,采用Φ6@250Χ250布

网,钢筋网与土钉的连接通过Ф14的加强筋连接,详见下图。

(6)钻孔

钻孔前在坡面上按设计要求孔距放线定出孔位,采用XU-1型回

转地质岩心钻机成孔,孔径120mm,与水平面夹角15度,孔深超过土钉长度0.3m,第一排土钉距坡顶2m。钻孔时边钻边用水清孔,钻至设计孔深后将孔内残留及松动废土清除干净。

(7)安装土钉并注浆

成孔后及时插入土钉并注浆,可采用重力、低压(0.4~0.6MPa)或高压(1~2MPa)的方法注浆填孔。本工程采用低压注浆,土钉距孔底0.3—0.5m,在孔口处设置简易止浆装置代替止浆塞,简易止浆装置见右图。注浆时在止浆塞上将注浆管插入注浆口,注浆管深入至孔底5―1.0m处。注浆管连接注浆泵,边注浆边向孔口方向拔管,直至孔口有水泥浆溢出时,改由简易止浆装置软管注浆,注满为止。

为防止水泥浆在硬化过程中产生干缩裂缝,保证浆体与周围土壁的紧密结合,可掺入一定量的膨胀剂,本工程采用万分之一的铝粉作为膨胀剂。另外,为提高水泥浆的早期强度,加速硬化,可掺入2.5%的711型速凝剂。

(8)挂网并喷射砼

喷射砼施工分区分块自下而上进行,砼设计强度C20,按1:2:2(水泥:砂:石)配合比配料,边搅拌边喷射,粗骨料最大粒径不大于15mm,喷头与作业面的距离在0.8-1.2m,并尽量垂直作业面喷射,砼平均厚度为100mm。操作喷头的人员应使喷嘴有节奏地作一系列环形移动,使之形成厚度均匀且密实的砼。砼终凝2小时后采用挂草帘覆盖养护14天。

(9)土层部分采用2米长的Φ25II级钢筋制作的打入型土钉,按@2000Χ2000梅花型布置,上挂钢丝网并喷50mm厚的砼。

5、施工安全措施

5.1制定健全安全措施,遵守安全操作规程,严禁违章作业,确                        保施工安全。

5.2施工现场所有施工设备均配置安全防护装置,确保机械设备完好和安全使用。

5.3施工现场所有电源线路均配漏电保护器,所有配电箱都有防雨设施。

5.4夜间作业配备足够的照明设施。

5.5基坑内石方爆破时暂停作业,爆破产生的掁动要保证不影响边坡稳定。

5.6土方开挖和支护结构施工密切配合,随时掌握开挖及支护过程中土体及支护体的变化情况,并及时采取有效加固措施,根据实际情况修改支护设计。

5.7采取措施排除地表水、支护内部水及基坑水:为防止地表降水向地下渗透,靠近基坑坡顶宽2~4m的地面应适当垫高,并且里高外低,并在基坑顶部设置宽度为1~2m的喷砼护顶;在支护面层背部应插入长度为400~600mm、直径不小于40mm的水平排水管,其外端伸出支护面层,间距为1~2m,以便将砼面层后的积水排出;为了排除积聚在基坑内的渗水和雨水,应在坑底设置排水沟及集水坑.

6、支护效果

为保证施工安全及评价支护效果,从支护开始施工时就在边坡顶部设置了3个施工监测点,在支护施工阶段每天量测一次,直至支护施工完成,结果发现3个测点均无位移,且地表及附近建筑物也无开裂现象,说明支护效果达到了设计要求.



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