黃曉杰
中鐵十四局集團建筑工程有限公司
鋼花管支護在中細砂層中的應用
黃曉杰
中鐵十四局集團建筑工程有限公司
在中細砂層中采用鋼花管支護,通過不良地質的改良加強了深基坑支護的安全性。
邊坡支護;中細砂層;不易成孔;鋼花管
灃鎬七里鎮安置項目DK1位于陜西省西咸新區灃東新城,南起昆明二路,北至昆明一路,東至復興大道,西至灃東四路。
地貌單元屬灃河右岸I級階地?;硬捎梅牌麻_挖,坡度為1:0.5,開挖深度分別為5.4m、5.7m、6.3m、7.0m(由自然地坪至開挖底標高),屬深基坑范疇,本基坑側壁安全等級為二級,結構使用期限為12個月。
本項目土方開挖到23-34/BL段時,地質情況較差,砂層厚(相對標高-4.4米至-6.5米處),厚度為2.1米。邊坡不易成型,(詳見右圖)。根據《灃鎬七里鎮安置項目DK1巖土工程勘察報告》顯示此層為中細砂層,天然重度γ=20.0KN/m3,粘聚力C=0KPa,內摩擦角φ=26°。
采用普通土釘支護已不能滿足現場施工要求。為保證基坑邊坡的穩定、安全選用了鋼花管錨固支護。
鋼花管錨固支護的主要特點就是能夠對護坡的不穩定層(中細砂層)起到對土質的改良與對邊坡的加固作用。它是通過高壓注漿將水泥泥漿滲透到邊坡的不穩定層里面的,采用這種方法能夠改善土體的物理力學性能指標的,能提高邊坡的自身的抗滑能力的;鋼管與噴射鋼筋混凝土面層連接成整體后,這樣就能跟邊坡提供一定的阻滑和錨固的功效的。這兩種作用結合起來能很好的提高了邊坡的安全穩定系數的。
鋼花管錨固支護結構由兩部分組成,即鋼花管錨固和噴射鋼筋混凝土面層。
鋼花管采用“Φ48×3.25mm鋼花管”,長度3米,不開孔段長1米,入土端加工成錐形體長度10cm,方便打入;開孔段孔眼對向設置,孔徑8mm;孔眼豎向間距50cm,共設置4道,每個孔眼前端焊接角鋼,構成孔前倒刺及保護塊,起到加強錨固與保護濾水孔堵塞作用;然后采用打管機將鋼花管定位鋼筋的位置按照與水平夾角15°擊入土中再進行高壓注漿。
注漿完成后采用掛鋼筋網噴射混凝土,同時設置加強筋并與錨頭焊接,然后噴射第二層混凝土。土方開挖過程中,根據土方開挖進度,隨時插入鋼花管及掛網噴混凝土的施工。鋼花管間距1500mm,梅花形布置;面層掛鋼筋網,噴100mm厚C20細石混凝土。土方開挖配合鋼花管施工時,每步均開挖至相應的鋼花管下0.5m位置,打入鋼花管的施工,然后掛鋼筋網噴混凝土面層;下部土方開挖一定要等到上部支護結構達到設計強度80%后再進行。
鋼花管大樣如圖所示:
鋼花管倒刺采用長40mm,寬25mm,厚3mm的角鋼制成,焊牢在鋼管上。
掛鋼筋網噴混凝土面層結構如圖所示:
開挖――修坡――定孔位――打管機夯擊鋼花管至設計深度――堵孔注漿――補漿――綁扎、固定鋼筋網――壓筋――端頭焊接――噴射混凝土面層――混凝土面層養護――循環下一層鋼花管施工
1)定位放線
按設計圖紙由測量人員準確放出每一根鋼花管的位置,使用Φ6.5長30cm鋼筋插入孔位定位,并作出標記和編號,防止偏位和漏設。
2)鋼花管制作及打設
鋼花管制作:鋼花管入土端加工成樁尖狀;鋼花管全長范圍內設注漿孔,孔徑8mm,對向布置,間距500mm;鋼花管倒刺采用長40mm,寬25mm,厚3mm的角鋼制成,焊牢在鋼管上。
鋼花管打設:采用打管機將鋼花管按設計角度(與水平面夾角15°)及位置對正,將鋼花管擊打入土至設計長度。
3)注漿
注漿材料選用水灰比為0.5~0.6的純水泥漿,采用JW型制漿機制漿,漿液應攪拌均勻,隨攪隨用,要在初凝前用完。
壓漿采用UB3型壓漿泵進行壓漿,壓漿管采用高壓纏絲橡膠壓漿管,壓漿管的抗壓強度不小于3MPa,壓漿接頭應保持密閉,不漏漿、泄漿,綁設牢固,不脫落。
壓漿開始時用稀漿走孔,注漿壓力為0.4MPa~0.5MPa之間,且每米花管注漿水泥用量不小于8Kg,壓漿終止標準每延米水泥用量達到設計值得1.5倍即12Kg/m,或壓力達到0.5MPa且持續增高,走將困難。壓漿結束時用濃漿封管。
4)掛網
掛設Φ6@200×200單層鋼筋網,在鋼花管外露端部與鋼筋網接觸位置增加2根Φ14通長加強筋筋與鋼花管焊接連接,鋼花管與通長加強筋頂部兩側沿鋼花管方向另設兩根鎖定筋,鎖定筋使用2根長度12cmΦ18鋼筋,雙面滿焊。
5)噴射混凝土
噴射混凝土強度為C20,設計厚度100mm;要求土方分層分段開挖,噴錨段分層高度不大于1.5m,分段長度不大于20m;噴錨強度達到設計強度的80%后方可進行下一層開挖噴錨作業。
4.1 鋼花管打入時要對準點位,將管體調整好角度順管軸向一次性連續打入,減少對中細砂層的擾動和管位偏差。
4.2 注漿時,壓力不能過低,為了水泥漿能夠充分侵入土體中,根據圖紙要求可控制在0.4MPa~0.5MPa;注漿的時間要控制好,每條管注漿時間為10分鐘左右,不能過快;水泥漿的注入量最小用量不宜少于8Kg水泥/米鋼花管(圖紙要求),注入過程現場技術人員仔細觀察邊坡土體變化,觀察到土壁產生可見的變形要停止注漿。
4.3 壓漿時出現壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動應立即停止壓漿,并迅速打開回漿閥門,避免漏漿、爆管。
4.4 停止注漿前要做好封閉管口的準備工作,壓漿結束時用濃漿封管,用以防止水泥漿流出。注漿完成3日內要檢查灌注水泥漿的飽滿度,如不飽滿有空隙要進行二次注漿。
通過現場施工總結出鋼花管支護具有以下5個優點:
5.1 基坑安全方面:鋼花管支護通過壓力灌漿加固,即是在軟弱層部位埋設高壓灌注水泥漿,對軟弱層進行滲透、擠密和最終的膠結作用,形成膠狀水泥固結體,達到加固的作用,
5.2 質量控制方面:鋼花管支護要求將水泥漿通過注漿泵高壓注入土體中,水泥漿的注入量越多,對邊坡的加固越穩定,通過嚴格控制水泥用量即可達到對質量的控制;
5.3 文明施工方面:鋼花管支護使用打管機打入鋼花管一次完成,不需清孔,產生垃圾少,對環境的影響小施工環境較優。不用像土釘施工成孔后要有清孔工序,需使用水輔佐施工,產生大量的泥漿,致使施工環境泥濘不堪,不易清理;
5.4 施工速度方面:普通土釘在不良地質情況下,鉆孔時不易成孔,遇到砂層時還會有塌孔現象,還需另設套管才能施工,成孔速度慢,鋼花管支護只需使用打管機打入一次完成,施工進度快;
5.5 節約用地方面:使用鋼花管的基坑邊坡由于土質得到改良,基坑開挖放坡可以達到1:0.5甚至更小,有效的減少了施工占用面積和土方開挖量,并降低了綜合成本。
采用此方案施工安全的、有效的、快速的解決了在中細砂層中的支護問題(見右圖)。深基坑支護雖屬臨時工程,但影響范圍很廣,如不慎重考慮,不僅基坑本身安全得不到保障,而且會波及到臨近的構造物,它涉及到圍護工程、土方開挖與支撐工程、降水工程、結構工程等。鋼花管錨固支護施工方法采用了對土體加壓注漿的辦法,從改良土體性質著手,從根本上降低土體主動壓力。它的施工工藝、設備簡單,施工時速度快,施工場地影響范圍小,特別是適用不易成孔地質的施工的場地,造價低,對軟弱土層有較好的加固效果,是一種值得廣泛推廣的基坑支護施工方法。
[1] CECS 96:97.基坑土釘支護技術規范[S].
[2] JGJ 120—2012.建筑基坑支護技術規程[S].
[3] JGJ 167—2009.濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程[S].
[4] 《灃鎬七里鎮安置項目DK1基坑支護圖紙》
[5] 《灃鎬七里鎮安置項目DK1巖土工程勘察報告》