锚杆(土钉)支护

锚杆(土钉)支护（精选11篇）

锚杆(土钉)支护 第1篇

近年来,深基坑支护问题也已经成为我国建筑工程界的热点问题之一。锚杆(土钉)支护技术在深基坑工程中得到了较为广泛的应用。一般情况下采用土钉支护即可,但是对于基坑的水平位移和沉降有严格要求时,可在土钉中配合使用锚杆,形成复合锚杆(土钉)支护,通过一定密度的注浆土钉和锚杆以及喷射的混凝土面层共同对基坑边坡土体形成约束作用,有效控制基坑的变形。本文以某城市基坑工程复合锚杆(土钉)支护的设计与应用为实例,使用FLAC数值模拟软件对复合锚杆(土钉)支护进行了初步分析,为基坑复合锚杆(土钉)支护技术的设计和施工提供有益的参考。

1 工程概况及方案设计

1.1 工程概况

工程拟建场地平面形状为矩形,尺寸为100 m×28 m,基坑开挖深度为10 m。基坑重要性等级为一级。基坑分5步开挖,每步开挖2 m。

基坑南侧为一条25 m宽城市道路,道路南侧为多层住宅小区;基坑西侧为25 m宽的城市规划路;北侧距离基坑2 m左右为一栋两层砖混结构房屋(天然地基),对基坑变形要求较高;东侧为三层办公楼,距离基坑较近,对基坑支护影响较大。另外,施工期间必须保证周边建筑物和地下管线的安全。

1.2 工程地质条件

根据勘察报告,各土层主要岩土参数见表1。

1.3 基坑支护方案设计

根据工程地质条件及周边环境,本基坑工程采用预应力锚杆+土钉+喷射混凝土面层的复合支护方案。

单个剖面上共设计8排土钉和2排预应力锚杆,见图1。

土钉主筋采用直径25 mm的HRB335热轧螺纹钢筋,长度6 m～10 m,倾角10°,水平间距1.5 m,竖向间距1 m,第一排土钉距基坑坡顶1 m。

预应力锚杆采用直径32 mm的精轧螺纹钢筋,施加预应力150 kN,长度13 m～16 m,水平间距为1.5 m,第一排锚杆设置于地表以下2 m,第二排锚杆设置于地表以下6 m。基坑面层采用钢筋网喷射混凝土。

2 数值模拟分析

对于锚杆(土钉)结构,数值模拟方法可以从宏观整体趋势上分析岩土体开挖效应的变化规律。而众多数值方法中,FLAC适用于大多数工程力学问题。因此,本次数值模拟分析主要运用FLAC程序进行计算。

该程序全称为连续介质快速拉格朗日分析法,是一种基于显式有限差分原理的数值分析方法。它能够较好地模拟岩土材料在达到强度极限和屈服极限时发生破坏或塑性流动的力学行为,特别适用于分析岩土体渐进和失稳破坏以及模拟岩土体大变形。

2.1 基本假设

结合实际情况,做如下假定:

1)该支护结构是平面应变问题;2)土钉、锚杆满足变形相容条件;3)钢筋和浆体,周围土体服从摩尔—库仑屈服准则;4)不考虑地下水的影响;5)在模拟时把锚杆(土钉)和灌浆体的参数适当提高,进而近似的抵消忽略喷层所产生的误差。

2.2 土体本构模型选用及相关参数

FLAC中,岩土体变形参数采用剪切模量G和体积模量K。具体计算时根据变形模量E0,利用公式(1)将其转化为G和K:

${\rm K}=\frac{E{}_0}{3(1-2\mu )},G=\frac{E{}_0}{2(1+\mu )}$ (1)

2.3 支护结构单元的选用

锚杆(土钉)结构仅能承受拉应力和压应力,不能承受弯矩作用。Buhan根据屈服设计理论认为,除了很大直径的土钉外,土钉由于抗弯作用而产生的剪应力作用是较小的,故采用锚索结构模拟土钉和锚杆能够符合实际。

因此,模型中土钉和锚杆采用 FLAC中的锚杆单元(cable structure)。

锚杆(土钉)的作用原理分别从两个方面来模拟,即锚杆(土钉)的轴向变形及灌浆环(砂浆)的剪切特性,见图2。

1)轴向特性。

锚杆(土钉)的轴向特性采用一维单元来进行描述,其轴向刚度K可以通过下式来得到:

${\rm K}=\frac{EA}{L}$ (2)

其中,E为锚杆单元的弹性模量;A为锚杆(土钉)横截面面积;L为锚杆单元的长度。

2)灌浆环的剪切特性。

锚杆(土钉)与岩土体界面间的作用在本质上说就是粘结作用和摩擦作用,分别对应图2中的弹簧和滑片的效应。该法合理地模拟了锚杆(土钉)、灌浆体以及岩土体之间的相对滑动。

灌浆体—岩土体界面上的最大剪应力取决于灌浆体的剪切刚度Kg。通常来说,浆体的剪切刚度Kg可以从拉拔试验直接获得。另外,剪切刚度和剪切模量也有下列关系:

${\rm K}{}_g=\frac{2\text{π}G}{\ln (1+2t/D)}$ (3)

其中,G为浆体的剪切模量;t为灌浆环的厚度;D为锚杆直径。

2.4FLAC数值分析模型的建立

1)本模型x方向上的总长为44 m,y方向上的总长为30 m,开挖深度范围内分成5个块(group),共10 m。在z方向上,通常取单宽。本文三维模型在z方向上设置为锚杆(土钉)的水平间距宽度;2)设定初始条件和边界条件;地面边界视为静止不动,采用固定铰支,竖直方向没有约束,可以自由滑动,产生竖向位移;3)对土体施加自重应力场,使土体在初始条件下达到平衡,将位移清零;再让模型在地面荷载(20 kN/m2)下达到平衡;4)进行开挖步骤,用null模型取代要开挖的土体,然后加上支护结构(cable单元),通过迭代的方法消除不平衡力,计算基坑岩土体变形和支护结构的内力。收敛准则为不平衡力比率满足10-5的求解要求;5)重复上一步骤,进行基坑的分步开挖,直至基坑底部。

3 计算结果分析

如前所述,基坑开挖分5步进行,每步开挖2 m,每步开挖完成后立即进行支护,模拟计算按照实际施工顺序进行。

3.1 不平衡力

FLAC中的不平衡力表征系统表示模型是否达到平衡状态。通过模拟计算得出:每次开挖后,不平衡力都迅速增大,出现峰值。然后由于锚杆(土钉)支护的作用,不平衡力又迅速回落,并最终降低到一个很低的范围且趋于稳定。说明每次的开挖都引起了土体的扰动,使模型从平衡状态转为不平衡状态,随着时间的推移,不平衡力逐渐消散均化到土体中,最终趋于平衡。其中,基坑开挖过程中,第3),4)步开挖引起的不平衡力明显大于其他步开挖引起的不平衡力,说明第3),4)步的开挖引起的土体扰动最大。对基坑的稳定性影响也最大,需引起足够重视。

3.2 基坑的水平位移

最大水平位移一般都发生在基坑表面,在基坑边壁上布置11个监测点,由 History命令来监视基坑边壁土体的位移情况,如图3所示。

可以看出,预应力锚杆+土钉支护后的基坑水平位移特征是基坑侧壁上部的水平位移数值稍小,而基坑侧壁的中下部水平位移数值较大,侧壁面层及较深处土体侧向变形呈鼓状。位移最大值为38.1 mm,位于距离基坑顶部7 m左右。将模拟结果与实测结果进行了对比,实测得到的基坑边壁水平最大位移值为34.5 mm,两者较为一致。

3.3 基坑的垂直位移

在基坑顶部布置了11个沉降监测点,由History命令来监视基坑顶部土体的沉降情况,模拟结果如图4所示。

由图4可知,基坑顶部的垂直位移均有以下特征:垂直沉降的最大位置不在基坑边部,而是发生在靠近基坑开挖边线的一定范围内,本工程基坑顶部最大垂直位移15.2 mm,位于距离基坑边部14 m处。实测得到的基坑顶部垂直最大位移值为17.3 mm,两者较为一致。

3.4 锚杆和土钉轴力分析

1)土钉的每个节点连接在与其相邻的土体单元上,当土体产生变形即土体结构单元产生位移时,土钉节点限制其运动,从而起到了支护土体的作用,因此,研究重点是其最大轴力的分布规律。

根据数值模拟计算,得出的土钉轴力沿长度的分布是不均匀的,见图5。

模拟结果中,每排土钉轴力最大值自上而下逐渐向面层方向偏移。上部第1排土钉的轴力最大值基本上在土钉的中部,而最后1排土钉最大轴力出现在快接近基坑边壁的地方。

上部土钉(土钉1和3)轴力一般表现为中间大两边小的规律,呈枣核状,随着土钉所处深度的不同,土钉轴力最大值的位置有所变化,呈现端头轴力最大,沿土钉方向逐渐减小的抛物线状分布(土钉5,7和9)。上述规律实际上是土钉工作性能的反映,从土钉与基坑连接处向土体深部,土钉与土体界面摩阻力趋向于把土钉从土体中拔出。随摩阻力增大,土钉轴力逐渐增大,在某一位置达到最大值。此后摩阻力方向改变,倾向于阻止土钉的拔出,土钉轴力逐渐减小。

2)从图5中可见,位于基坑较深位置的土钉7的轴力最大值明显大于其他土钉,说明第4)步开挖引起土钉的变形较大,该结果与不平衡力的分析结果相同,此范围开挖对稳定性影响较大。

3)预应力锚杆最大轴力值在自由段,且在自由段轴力相同,在锚固段逐渐减小,锚杆末端的轴力很小,几乎为零,见图6。

由图6可知,预应力锚杆第2排轴力最大为118.3 kN,而第6排轴力最大达127.1 kN,但仍小于锚杆的抗拉强度设计值150 kN。

4结语

1)在基坑支护过程中,锚杆(土钉)与岩土体相互作用。本文采用FLAC数值方法,通过选择能够反映开挖特点的土体本构关系、开挖支护模拟过程和锚杆单元(cable structure),来模拟锚杆(土钉)支护的施工过程是较为合理的。2)预应力锚杆+土钉支护后基坑的边壁变形,在水平方向上表现为鼓出状分布,最大水平位移发生在基坑侧壁的中下部,本工程最大的沉降量不是基坑开挖边线处,基坑顶部最大垂直位移位于距离基坑边部14 m处。3)预应力锚杆+土钉支护结构的土钉轴力呈中间大两头小的枣核形或抛物线状,预应力锚杆最大轴力值在自由段,且在自由段轴力相同,在锚固段逐渐减小,锚杆末端的轴力很小。

摘要：结合某基坑实例,采用FLAC(快速拉格朗日数值分析)建立了基坑锚杆(土钉)支护模拟模型,对基坑开挖支护过程进行了动态模拟分析,得到了锚杆(土钉)支护的轴力分布变化规律以及基坑的位移特征。

关键词：锚杆(土钉)支护,基坑,FLAC数值模拟

参考文献

[1]丁秀丽.预应力锚索锚固机理的数值模拟试验研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(7):28-29.

[2]国际岩土锚固与灌浆新进展[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.

锚杆(土钉)支护 第2篇

地基处理、锚索、锚杆、土钉及挂网喷砼面施工合同

发包人： 承包人：

根据甲方本工程的需要，甲方委托乙方承包施工，XXXX工程地基处理、锚索、锚杆、土钉及挂网喷砼面的分部分项工程。根据《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国建筑法》及其他有关法律法规，遵循平等、自愿、公平和诚实信用原则，为明确双方责任、权利和义务，保证施工任务顺利进行，本着互相协作，结合本工程的具体情况，经双方协商签订如下合同条款，共同遵守。

一、工程名称：XXXX工程

二、工程地点：XXXX

三、承包范围及内容：

1．XXXX工程，基坑内的锚索、锚杆、土钉及挂网喷砼面层施工。

2．内容：施工分项工程所用的人工、设备和辅助用工机具、周转料具及现场安全、安全所需的防护用品。

四、承包价款：（清包）

1．锚索施工75元/米。（包机械成孔、锚索制作、注浆、张拉脚手架等）

2．锚杆、土钉施工30元/米。（包机械（或人工）成孔、锚杆、土钉制作、注浆、脚手架等）3．挂网喷砼面层50元/㎡。（包机械、人工、脚手架等）4．挂网制绑430元/T。（包机械、工具、人工、脚手架等）

五、施工技术要求：

根据施工现场的总体布署，分层开挖土方，分层进行加固网喷。

六、质量要求：符合所施工分部分项的技术和施工规范要求，同时满足地下室开挖和边坡开挖，稳定需要。

七、工期：

分层开挖，每层具备施工时间为10天。

八、工程款支付：按工程进度款支付。

分层施工每完一层项目部验收完后支付工程进度款的70%。全部完成后付到工程进度的90%，剩余10%待地下室主体完成周边土方回填完后付清。

九、双方责任

1．甲方责任：

1）甲方提供临时宿舍及生活用水电。

2）甲方提供必要的施工场地，保证乙方工作顺利进行。

3）需要时挖掘机配合乙方施工。

4）按乙方的材料计划（书面）及时供给各种材料。2．乙方责任：

1）工人进场向甲方提供施工人员花名册及身份证复印件。

2）乙方应服从甲方管理人员的指挥与管理。如不能履行自己的职责，甲方有权不给予结算或以实际完成的工作量按分项单价的1/2结算。

3）乙方负责工地所需的劳保用品：如安全帽、手套、口罩、安全带、工作服等防护用品。

4）杜绝有女工、家属工及带儿童进驻工地，禁止在宿舍内非法用电。

5）安全及事故处理：按施工安全规范的规定和采取预防事故的措施，确保施工安全和第三者的安全。在施工工程中，乙方应严格执行安全施工的有关规范，并承担由于自身安全措施不力，造成事故的责任和发生的费用，乙方负责其所属员工的社会保险费用。

6）加强对施工工人的安全文明教育及施工管理，遵守甲方工地内的各项管理制度。各级作业人员必须持证上岗，（所持证件必须符合国家、地方相关规定，且能经得业主、监理、法检、安检等单位验收合格的原件）。

十、本合同经双方签字（盖章）后生效，至本工程完工办理结算，付清款后自行失效。

十一、本合同一式五份，甲方四份，乙方一份，均具有同等效力。

发包方代表：

承包方代表：

经办人：

经办人：

合同签订时间：

锚杆(土钉)支护 第3篇

【关键词】深基坑;喷锚支护;应用

一、喷锚(土钉)支护技术

喷锚(土钉)支护技术是一种利用经加固后的原位土体来维护基坑边坡主体稳定的支护方法,它是由土钉、钢筋网、喷射混凝土面板和加固后的原位土体等部分组成,该支护结构轻型,具有施工简便、快速及时、机动灵活、实用性强、随挖随支、安全经济等特点,施工操作方便,是一种较有前途的深基坑边坡支护方法,适用于地下水位以上或经降水后的黏性土或密实性较好的砂土地层,开挖深度一般不大于15m。

二、基坑支护的类型

根据工程项目的具体情况,目前在基坑支护中支护的形式大体可分为两类,即支挡型和加固型。其中支挡型又可分为悬臂式和斜梁支撑,后者造价相对较高;加固型通过对基坑四周土体的加固,利用其自身重力挡墙原理,可满足主动土压力要求,其特点是造价低,施工方法简单。

三、基坑支护方式的选择

选择的出发点是安全、经济。所有的方案,在保证安全的前提下必须达到最大的经济效益。在基坑支护工程的设计和施工过程中,一定要做到以下几点:

1、基坑设计阶段,要根据基坑所在场地的工程地质报告、土工试验结果、土层含水量、区域地层参数的取值经验等综合选取; 2、在分析支护结构受力和变形时,应充分考虑施工的每一阶段支护结构体系和外部荷载的变化,同时要考虑施工工艺的变化,挖土秩序和位置的变化,支撑和留土时间的变化等; 3、基坑施工过程中应该制定完备的监测方案。 4、基坑工程的施工必须完全按照设计文件的要求去做。 5、对不同深基坑工程的设计施工,必须因地制宜,采取不同的技术方案。

四、喷锚(土钉)支护技术应用实例

以下结合昆明市南过境立交桥工程基坑支护的实例对喷锚(土钉)支护技术在深基坑支护中的应用进行阐述:

(一)施工准备——材料

1.1 锚杆制作与要求

(1)锚杆的杆体采用普通钢管,其外径为48mm,壁厚不宜小于3.5mm。(2)锚杆的端部采用圆锥头形状,其大头直径应大于锚杆直径。(3)锚杆的管壁应设置出浆孔眼。

1.2 水泥应采用普通硅酸盐水泥,若地下水对混凝土有侵蚀性,可采用抗硫酸盐水泥。细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂。不得使用污水,不得使用PH值小于4的酸性水。

1.3钢筋的型号、规格、加工必须符合设计及规范要求,原材料及焊接必须经实验合格方可使用。

(二)施工工艺流程：喷锚(土钉)支护按以下流程施工:挖土→修坡→土钉孔定位→成孔→制安土钉→配制、灌注砂浆→绑扎钢筋网片→焊接加强筋及井字钢筋→配制混凝土→喷射混凝土→下层挖土。

(三)降水及排水：本工程地处盘龙江以西,并且紧邻盘龙江,因此地下水较为丰富,施工时除要考虑正常的防排地表水、雨水措施外,还必须考虑对盘龙江水的防渗漏和基坑底下渗水的排水措施。根据本工程项目的特点及地理位置情况,施工时在适当位置设置了6个降水井进行基坑排水,并根据基坑开挖后的实际情况,在基坑周围适当位置设置了集水坑抽排基坑积水。

(四)土方开挖及修坡

1. 土方必须分层开挖。2. 每层开挖深度按设计施工方案进行,并视现场土质条件决定,一般情况下按一层锚杆的垂直间距进行开挖; 3. 开挖要到位,不得欠挖,严禁超挖。4. 机械开挖后,应及时对壁面进行人工修坡,以保证平整、无浮土,并符合设计规定的坡角。

(五)锚杆施工

1. 锚杆用锚杆机强力打入被支护土层中,外露长度以25cm为宜。 2. 锚杆倾角严格按设计要求的15°进行施工控制。 3. 锚杆加长连接时,对接接头要焊牢,并在接头处绑焊3根φ16,长15cm的钢筋,并全长焊满。

(六)挂网

1. 钢筋网格为正方形,尺寸为20×20cm,允许偏差不得大于1cm。 2. 根据施工作业面分层分段铺设钢筋网,可用短钢筋将网片固定在坑壁上,距壁面的距离不宜小于4cm。 3. 网片间的搭接可采用绑扎,绑扎搭接的长度应不小于一个钢筋网格。 4. 边壁上的钢筋网需延伸至地表面,并与地锚焊接牢固。 5. 用φ16钢筋作为加强筋,沿锚杆水平、垂直或斜线方向焊接在锚杆上压紧钢筋网片。 6. 加强筋的搭接长度应符合要求。

(七)注浆

1. 水泥使用普通硅酸盐水泥,其标号选用42.5级。 2. 注浆的水灰比采用0.40～0.45,加入0.03%的三乙醇胺促进早凝。 3. 采用水泥浆(压力0.4MPa)注浆填满,管口设置浆塞。 4. 每次向管内注浆时,应记录注漿用量,以确认注浆的充实度,实际注浆量必须超过管的体积。

(八)喷射砼

1、喷射砼的碎石最大粒直径一般不大于15mm,标号采用C20,配合比严格按设计要求进行拌制。砼中加入3%的速凝剂。2、混合料应搅拌均匀,随伴随用。 3、喷射时喷头处的工作风压应保持在0.15～0.2Mpa,喷头与受喷面应尽量垂直,并保持0.8m～1.2m的距离。4、喷射顺序应自下而上,按螺旋式轨迹一圈压半圈均匀缓慢的移动。5、喷射砼时,给料须均衡连续,宜少不宜多。6、喷射砼的搭接,水平方向一般为45°搭接,垂直方向一般以水平加强钢筋为界,至少留一个钢筋网格与下一层钢筋网片相连。7、采用两次喷砼时,初喷厚度一般为3cm。8、喷射砼后2小时应浇水养护,养护期不少7天。

(九)主要安全技术措施

1、施工前应认真进行技术交底,施工中应明确分工,统一指挥。2、张拉设备应牢靠,试验时应采取防范措施。3、机械设备的运转部位应有安全防护装置。4、锚杆钻机应安设安全可靠的反力装置。5、在有地下承压水地层钻进,孔口必须设置可靠的防喷装置。6、锚杆与钢筋网的连接要牢靠,严防发生脱扣现象。

五、基坑喷锚(土钉)支护技术的几点思考

通过在昆明官南路立交桥D匝道工程中对基坑喷锚(土钉)支护技术的施工应用,在此提出以下几点思考:

1. 填土、淤泥计算参数及支护结构整体稳定系数取值的探讨。

(1)填土、淤泥计算参数：工程地质勘察报告往往无杂填土、素填土、淤泥等支护结构计算所需的重度(γ)、粘聚力(c)、内摩擦角(φ)参数,我们统计了大量的γ、c、φ参数后,得出昆明地区的经验数据,经注浆加固处理后,上述土层的c、φ值提高10～30%,以杂填土c值提高最明显。(2)整体稳定系数：按条分法作稳定分析,整体稳定系数取K=1.2～1.3为妥,基坑深、土质差取高值,反之取低值;基坑支护施工期受大气降水、地下管道渗漏水及土体徐变等不良因素作用,设计时整体稳定系数宜增加0.1～0.2。

2. 空间效应在喷锚支护技术中的应用

空间效应广泛应用在基坑支护技术中,在以往的喷锚支护施工中我们也应用了时空效应,对基坑安全、节约支护结构用材,降低成本起到良好效果。 (1)改变基坑空间形状,缩短基坑边长,增加基坑角点,减少变形量。如将矩形改成八角形,减少支护工作量,减少长边变形(图1)。(2)在场地条件许可下,改一级放坡为二级台阶式放坡开挖,减少土压力,减少支护工作量,降低工程造价(图2)。

3. 无天然粘(内)聚力的杂填土加固处理 ：无天然粘聚力的松散状杂填土,其破坏往往没有征兆,会突然塌下来,喷锚支护在杂填土中发生塌跨事故屡见不鲜,所以对杂填土需先加固处理后开挖。

4、基坑降排水：(1)浅层潜水型地下水面埋深浅(埋深一般<1.5m)主要受大气降水补给,在市区在浅部往往有地下管道中渗漏出的生活用水补给,可采用注浆法组成防渗帷幕减少浅层地下水漏入基坑中,在基坑底布置排水沟,将基坑水导入集水井,用水泵排至坑外。在坑壁每平方米设一个泄水孔,使土体中含水及早泄出,减少坑壁水压力,若施工期间适逢雨季宜在基坑四周做排水沟将雨水导至他处。 (2)深层微承压含水层(饱和状粉砂层等)采用井点降水,将地下水水位降至基坑底标高以下,对邻近建筑物应作回灌,达到动平稳,减少建筑物基础的沉降量。

六、结语

近几年来,在城市建筑工程项目中,虽然深基坑喷锚(土钉)支护技术得到了广泛的应用,但在部分工程应用基坑喷锚技术过程中,也曾发生过不少地面开裂、坑壁塌方、坑地土隆失稳、邻近地下管线破裂、破坏等事故,究其原因:主要是忽视了喷锚技术的局限性,不顾条件地使用喷锚支护。希望能通过这篇文章对喷锚(土钉)支护技术在深基坑支护中的应用、思考,对今后的类似工程施工有一定的参考作用。

参考文献

[1]王朱康.关于深基坑施工技术的探讨[J].四川建材,2009（6）.

[2]邹小明,杨仁文.深基坑工程存在的问题分析[J].山西建筑,2010,（8）.

[3]蔡群.深基坑施工浅析[J].江苏建筑2008（3）.

[4]李钟.深基坑支护技术现状及发展趋势(一)[J].岩土工程界,2001年01期

[5]李钟.深基坑支护技术现状及发展趋势(二)[J].岩土工程界,2001年02期

[6] 朱兵见，张维炎，潘国华，胡科技，软土地区基坑支护施工与监测实例分析 [J] 《铁道建筑》，2008年9期

[7] 吴福顺，办公楼基坑支护施工与要点探讨[J] 《中国新技术新产品》2010年17期

（作者单位：南宁市建设工程有限公司）

锚杆(土钉)支护 第4篇

1 工程概况

北京某研发楼工程, 主体结构为框架剪力墙结构, 地上4层, 地下2层, 基础为筏板基础, 埋深11.2 m~13.35 m, 建筑面积约45 800 m2。本场地表层土为人工填土层, 其下为新近沉积土层及一般第四纪沉积土层。拟建场区的地层自上而下情况如下:

表层为人工填土层:粘质粉土砂质粉土填土 (1) 层:黄褐色 (暗) , 松散~中密, 湿~很湿, 含少量砖渣、白灰渣、植物根、螺壳、角砾。本层厚度1.10 m~4.80 m。

新近沉积土层:粘质粉土砂质粉土 (2) 层:褐黄色, 中密~密实, 稍湿~湿, 含氧化铁、云母、树根、有机质, 属中高~中压缩性土层, 本层厚度0.40 m~2.10 m;粘质粉土砂质粉土 (3) 层:灰色, 密实, 湿~稍湿, 含氧化铁、云母、有机质, 局部夹粉砂透镜体, 属中高~中低压缩性土层;本层厚度0.20 m~9.90 m;粉质粘土重粉质粘土 (4) 层:灰色, 很湿, 可塑局部硬塑, 含氧化铁、云母、有机质, 属中高~中压缩性土层, 本层厚度0.80 m~6.20 m。

第四纪沉积层:粉质粘土重粉质粘土 (5) 层:褐黄色, 很湿~湿, 可塑局部硬塑, 含氧化铁、云母、姜石, 属中高~中压缩性土层;粉质粘土重粉质粘土 (6) 层:褐黄色, 很湿, 可塑局部硬塑, 含氧化铁、云母、姜石, 属中高~中压缩性土层;粉质粘土粘质粉土 (7) 层:褐黄色, 很湿, 可塑局部硬塑, 含氧化铁、云母、姜石, 属中~中低压缩性土层;粉质粘土重粉质粘土 (8) 层:褐黄色, 很湿, 可塑局部硬塑, 含氧化铁、云母、姜石, 属中~中低压缩性土层。

依据水文勘察报告, 在勘察深度范围存在两层地下水, 地下水类型分别为上层滞水和潜水。上层滞水水位埋深为2.19 m~4.60 m, 潜水水位埋深为7.10 m~8.10 m。降水施工采用管井井点降水, 管井为400无砂混凝土管, 井深25.0 m, 井点间距8.0 m。

2 基坑支护设计

根据地质条件和基坑深度较大, 周边环境及地质条件较复杂的具体情况, 本工程基坑采用支护施工。基坑安全等级为二级, 通过对多种支护方案的优化, 最终确定基坑支护方案采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉墙支护。1) 基坑深度为11.2 m部位, 采用土钉墙支护。土钉墙坡度1∶0.7, 布置8排土钉, 土钉支护设计参数见表1。土钉孔径110, 灌注M20纯水泥浆。面层为80 mm厚C20喷射混凝土, 钢筋网为双向6@250×250, 加强钢筋为Φ16 HRB335@1 500。2) 基坑深度为13.35 m部位, 采用预应力锚杆复合土钉墙支护。土钉墙坡度1∶0.7, 设置8排土钉和1排预应力锚杆, 其中第4排为预应力锚杆, 土钉支护设计参数见表2。土钉孔径110, 锚杆孔径150, 均灌注M20纯水泥浆。支护面层为80 mm厚C20喷射混凝土, 钢筋网为双向6@250×250, 加强钢筋为Φ16 HRB335@1 500。复合土钉支护剖面见图1。3) 预应力锚杆复合土钉墙支护稳定性验算, 采用稳定性分析方法对每步施工工况进行计算, 土层物理力学参数如表3所示, 坡顶荷载按20 k N/m, 距坑边2 m, 作用宽度6 m。预应力锚杆设计荷载200 k N, 锁定荷载100 k N, 计算中不考虑锚杆的预应力, 按土钉对待, 计算获得的不同工况稳定安全系数如表4所示。

3 预应力锚杆复合土钉墙施工

3.1 土钉墙施工工艺流程与施工方法

土钉墙施工随土方开挖进行, 基坑边坡开挖采用分层分段开挖。土方分层开挖深度由土钉竖向间距确定, 分段开挖长度为20 m~30 m。施工流程:抄平放线→开挖工作面→修坡→土钉钻孔→插筋→注浆→绑扎钢筋网→土钉与加强筋焊接、加垫块→喷射面层混凝土→养护→第二步支护重复上述流程→设置护顶、护脚。土钉成孔采用人工洛阳铲成孔, 成孔后及时插放钢筋, 并注浆;置筋前在钢筋上每隔2.0 m焊一定位支架, 以保证钢筋在孔中的位置, 注浆采用注浆泵孔底常压注浆, 水灰比为0.5左右。土钉支护面层C20喷射混凝土, 采用干式锚喷机喷射, 两遍成活;喷射混凝土配合比为:水泥∶水∶砂∶石=1∶0.6∶2∶2, 添加速凝剂3%~5%。

3.2 预应力锚杆施工工艺流程与施工方法

预应力锚杆施工流程如下:抄平放线→成孔、锚索加工→下锚索→注浆→养护、面层施工→张拉锁定。锚杆成孔采用立轴式地质钻机配螺旋钻具等工艺成孔;拉杆在现场制作, 每2.0 m绑一个支架, 将锚杆自由段套入注入油脂的套管中, 套管管段用工程胶布固定;采用BW200泥浆泵孔底压力注浆, 一次注浆待孔口溢浆, 即可停止注浆, 在滞水层与潜水层采用二次注浆, 注浆压力宜控制在2.5 MPa;面层养护达到15 MPa且锚固体强度大于15.0 MPa (约5 d) , 并达到设计强度70%后方可在面层上进行张拉锁定。锚杆正式张拉前, 抽取5%做试验。锚杆张拉使用液压电动张拉机, 锚杆张拉至设计值, 观察10 min后于设计值锁定。

4 预应力锚杆复合土钉支护现场监测

4.1 监测方案

本工程基坑支护监测包括预应力锚杆复合土钉支护坑边水平位移监测、锚杆水平位移监测、锚杆拉力监测、土钉支护坑边水平位移监测。坑边水平位移监测点布置在基坑坡顶, 每隔20 m设置一个观测点, 采用视准线法进行边坡水平位移监测, 坑顶水平位移报警值为60 mm;锚杆水平位移监测点设置在已张拉锚具上, 采用极坐标法使用Leica TCA1800全站仪进行观测。锚杆拉力采用MSJ-201型振弦式应变计进行锚杆轴力量测, 共设3个测点。

现场量测随着基坑开挖与支护施工分步进行, 分步开挖深度由土钉竖向间距确定。土方开挖前设置坑边水平位移观测基准点, 第一步土方开挖后, 在基坑四周复合土钉墙顶设置观测点, 监测频率为基坑开挖期间开挖深度小于5 m, 1次/2 d;开挖深度超过5 m到见槽底14 d内, 1次/1 d;14 d~28 d, 1次/2 d;28 d以后, 1次/3 d;经数据分析确认达到基本稳定后1次/月。

4.2 监测结果

基坑变形检测点沿基坑周边布置, 间距20 m, 选取位于基坑中部的测试点的现场量测数据进行分析:1) 水平位移分布。基坑开挖前设置测试水平位移基准点, 第一步支护完成后, 在支护顶部设置观测点, 进行水平位移初始值的量测, 以后随基坑的开挖情况进行量测, 每开挖一步后进行一次测量, 两步之间进行一次测量, 水平位移的分布曲线见图2。2) 锚杆拉力分布。锚杆张拉到设计锁定荷载后进行锚固, 测试锚杆拉力初始值, 以后每开挖一步和按计划监测频率进行量测, 锚杆拉力测试结果见图3。

5 结语

1) 本工程基坑支护采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉支护方案, 是一个成功的实用案例。实施过程中监测数据都在规范允许范围内, 该方案既经济实用, 又保证基坑支护安全。2) 坑顶水平位移随基坑开挖深度增加逐步增大, 前期增幅明显, 基坑开挖一定深度后渐趋稳定。3) 预应力锚杆复合土钉支护中, 锚杆是主动受力体, 对约束基坑壁水平位移起较大作用。4) 随着基坑挖深增大, 锚杆拉力增大明显, 到一定深度后拉力基本稳定。5) 若场地允许, 土钉墙设计坡度较小, 可以有效控制坑壁的水平位移。

摘要：结合北京某研发楼工程, 介绍了预应力锚杆复合土钉基坑支护结构的方案设计及施工方法, 通过基坑支护监测, 分析了基坑坑壁水平位移和锚杆拉力的分布情况, 指出采用土钉墙和预应力锚杆复合土钉支护可提高基坑的安全性。

关键词：基坑支护,复合土钉墙,预应力锚杆,水平位移

参考文献

[1]李亮辉, 曹笑肇.复合土钉墙在复杂地层条件下的应用[J].岩土工程学报, 2008, 30 (sup) :608-611.

[2]魏焕卫, 贾强, 孙剑平, 等.深基坑复合土钉墙的变形控制设计和施工[J].建筑技术, 2009, 40 (2) :147-150.

[3]贾金青, 张明聚.深基坑土钉支护现场测试分析研究[J].岩土力学, 2003, 24 (6) :413-416.

浅析锚杆支护工艺 第5篇

关键词：掘进巷道 锚杆支护 支护工艺

1 概述

锚杆支护的主要作用是控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，在锚固区内形成次生承载层，最大限度的保持锚固区围岩的完整性，避免围岩有害变形的出现，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。为此，应采用高强度、高刚度的锚杆支护组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度，要求锚杆具有较大的预紧力。锚杆支护是通过锚杆给围岩施加一定的压应力，改善围岩的应力状态，所以，锚杆支护不仅锚杆要有较大的破断力，更重要的是必须有科学的施工工艺，才能保证有较合理的预紧力。锚杆支护工艺及技术不规范，不达标，会导致锚杆的支护质量达不到设计要求，使顶板支护失效。

锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点，使得锚杆支护在井巷支护得到广泛应用。澳大利亚4E00系列四臂锚杆机，因其安全、高效，在神东及周边矿区广泛引用。但据笔者调查，发现几乎所有使用该型锚杆机的施工单位，没有能够正确掌握锚杆支护施工工艺，自然锚杆支护质量达标率低，顶板管理隐患大。

2 井巷掘进基本情况

神东矿区位于晋、陕、蒙三省区交界，位于鄂尔多斯大型聚煤盆地的东北部，均发育于鄂尔多斯盆地延安组，煤层顶板岩性多为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，有少量的泥岩及中粗砂岩，地质构造简单，岩层裂隙不发育，属于坚硬岩石类型。但矿区煤层埋藏浅，以薄基岩厚松散层为主要地质特征，具有松散层内含水局部较厚的水文地质特征，极易发生涌水溃沙事故，顶板管理困难。

由于神东矿区掘进及回采设备配套主要为进口美、德、澳等国，为实现高产高效，设备机型较大，为便于高效快速运输，掘进巷道宽度设计多为5-6m，巷道顶板支护主要选用锚杆锚固，特殊地段加设锚索钢带或网片支护。

3 神东哈拉沟煤矿锚杆支护问题

神东哈拉沟煤矿12煤102、103顺槽巷道宽为5.4m，巷高为2.4m，由于顶板破碎，设计支护方式为锚杆加钢筋网、锚索加钢带联合支护。巷道掘好放置一段时间后，多处锚杆出现在紧固螺母处断裂的现象，顶板支护严重失效，顶板有冒落下沉的重大安全隐患。

预应力锚杆结构由锚固段、弧拉段（自由短）和锚头组成。一般情况下锚固工程失事案例发生在锚头或张拉段（自由段）近端，从而易产生突发性破坏。但12煤现场捡获的锚杆断头实物，全部在螺母紧固根部断裂。12煤使用锚杆型号为MSGLW-235/16，材质为Q235，查验检验报告符合标准质量，问题主要应为支护工艺有疏漏。为了弄清锚杆断裂原因，消除由于锚杆安设问题而存在的安全隐患，对此问题进行了调研、测试、分析。

3.1 Barton和Choubey通过结构面抗剪强度测定模型试验，提出了计算结构面抗剪强度的经验公式（1）：

τ=σntan[∮b+JRClg（Jcs∫σn）] （1）

式中：τ为结构面抗剪强度（MPa）；JRC为结构面粗糙度系数；JCS为结构面两侧岩体的抗压强度（MPa）；σn为作用在结构面上的正应力（MPa）；∮b为岩体的内摩擦角（°）。

设锚固承载层的抗压强度为JCS1，锚固岩（土）体抗压强度为JCS2，承载层与锚固岩（土）体构成一个有机整体，其等效抗压强度为JCS=min（JCS1，JCS2） （2）

锚固承载层刚度较小，即JCS1=σn< JCS2时，JCS=σn，lg（Jcs∫σn） =0。

锚固承载层刚度较大，即JCS1=σn>JCS2时，JCS=JCS2，lg（Jcs∫σn） <0。

因此，预应力锚杆所施加的压力如果过大，不仅对承载层材料要求很高，而且在界面抗剪切能力反而减小，因此，应尽量小于岩土体的抗压强度。神东公司根据所属矿井的地质结构，及M16/5.6普通碳钢螺栓扭矩，测算规定，￠16锚杆的预紧力为100N.m。

3.2 根据走访调研该矿及周边矿井，所有使用四臂锚杆机的掘进队，均不清楚规范的支护工艺。各队存在共性问题为：①锚杆机普遍不完好。钻箱手动旋转减压阀损坏，压力表短缺。②钻箱手动减压阀压力调整不当，有的过大有的过小，没有一个合适的。③部分司机不清楚规范操作流程，使用自动打钻紧固螺母。④锚杆机压力表装设不规范，不能有效实时监测负载压力变化情况，指导司机操作。

3.3 根据现场实际检测，当自动打钻时，马达最大压力能达到160-180bar。当自动打钻压力为180bar时，实际预紧扭矩达到250N.m以上。根据测试情况及现场断裂情况分析，12煤锚杆断裂可能有以下原因：①利用自动打钻紧固锚杆时扭矩过大。4.8级的常用螺栓准用扭矩值为98N.m，而实际自动打钻时扭矩能达到250N.m，远远高于准用扭矩值，导致锚杆在预紧时丝杆损坏。②锚杆材质达不到要求，锚杆丝杆强度不够。③由于顶板破碎，凹凸不平，锚杆安装角度不正确，倾斜度过大，或托盘与锚杆不垂直，导致锚杆在紧固时，丝杆受剪切力较大，损坏丝杆，导致在顶板来压时提前断裂。（见表1）

3.4 马达的实际输出转矩T=ΔP*V/2π*ηm，式中ΔP为马达进出口压力差，V为排量（m3/s），ηm为液压马达的机械效率。可以看出，不同的马达，由于使用时间、制造精度（装配精度）、系统配合（回液管路及滤芯、其他回路的跑冒滴漏）等状况的差异，均会导致ΔP、ηm的不同，所以，不同的马达在相同的系统中运行，会有不同的输出扭矩。图1为该矿连采一队锚杆机手动打钻时，马达压力（bar）与实际预紧力（N.m）之间的曲线图，红线为1#钻机测试所得数据，粉线为2#钻机所得数据。

4 结语

提高锚杆支护强度，在很大程度上取决于锚杆支护的科学合理的支护工艺，根据以上分析，掘进队必须做到：

①重新修订锚杆机操作规程，必须是自动钻孔，手动紧固锚杆，并及时贯彻落实。要求操作规程详细描述操作流程，可操作性要强。②检修工要加强锚杆机日常检修维护，保证设备完好。尤其压力表能实时监测负载情况（压力表接在MSL孔上），将每个钻箱的压力与扭矩对照表张贴到锚杆机司机打钻时方便看到的地方，便于操作工及时掌握操作压力，对照测试扭矩表，能及时掌握锚杆扭矩，减少重复劳动，提高功效。③检修工每天矫正钻箱手动减压阀压力，确保锚杆紧固到位，预紧力合格，支护效果好。通过现场实测情况，建议压力调整在85-100bar（锚杆扭矩100-120N.m），但要根据不同钻箱情况，具体实际调整。

参考文献：

[1]文志杰.全长黏结型预应力锚杆受力特性研究.

[2]尤春安.全长粘结式锚杆的受力分析.

[3]温福跃.建井施工锚杆支护技术研究[J].中国高新技术企业，2010（10）.

作者简介：

锚杆(土钉)支护 第6篇

某高层建筑为24层框架结构塔楼, 附设4层结构裙楼, 24层塔楼基坑深度为地面以下11.3 m, 裙楼基坑深度为地面以下7.88 m。场地地层主要有人工填土、第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土等组成, 依上而下为:①人工堆积层 (厚约2.0 m) ;②砂质粉土、粘质粉土层 (厚约2.0 m) ;③粉质粘土、重粉质粘土层 (厚约1.0 m) ;④粉质粘土、粘质粉土层 (厚约5.0 m) ;⑤砂质粉土、粉砂层 (厚约2.0 m) ;⑥粘质粉土、砂质粉土层 (厚约5.0 m) 。

2工程设计

本工程由主楼和裙楼组成, 并要求在基坑四周保留一个循环车道。基坑支护设计采用了土钉墙和桩锚相结合的方案。裙楼全部采用常规土钉墙施工方案;在主楼的西南角设置16根护坡桩, 其余地方采用土钉与预应力锚杆相结合的设计方案。

(1) 降水方案。

采用大口径管井和砂井相结合的降水方案。主楼井深26.0 m, 井距为9.00 m。自渗砂井孔深24.0 m, 孔距为3.00 m。裙楼井深16.0 m, 井距为9.00 m.自渗砂井深14.0 m, 井距为3.00 m。

(2) 基坑支护设计方案。

①桩锚设计方案:桩顶位于地表处, 桩径:Φ600, 桩长:16.00 m, 桩中心间距:1.2 m;主筋: 7Φ25+6Φ22, 采用Ⅱ级热轧钢筋, 通长不均匀配筋;加强箍筋:Φ14@2 000;螺旋箍筋:Φ6@200;桩身使用C25砼, 钢筋保护层厚度50 mm;锚杆位置:地面下4.50 m;锚杆布置按“两桩一锚”, 即锚杆间距2.4 m;锚杆体自由段长度为:5.0 m;锚杆锚固段长度为:17.0 m;锚杆总长度为:22.00 m;锚杆体选用d15普通松弛钢绞线, 配置3d15钢绞线;钢绞线抗拉强度标准值:fptk≥1 570 N/mm2;桩顶设置圈梁, 圈梁为 600400, 配主筋为6Φ22, 在距西南角西侧和南侧各3 m处设置600400斜梁, 斜梁配筋为12Φ22。砼强度为C25;②主楼土钉墙设计方案。基坑按1:0.1放坡。第一排土钉在地面以下1.50的位置。第一排土钉水平间距为1.2 m, 其余各排间距为1.5 m;土钉垂直间距为1.5 m, 土钉倾角15°, 土钉主筋为Φ22。第二、三排采用预应力锚杆, 第二排预应力锚杆的锁定荷载为60 kN。第三排预应力锚杆的锁定荷载为100 kN。面层加强钢筋为Φ14, 土钉成孔直径不小于100 mm, 面层混凝土厚度不小于100 mm, 土钉 (锚杆) 的具体长度如下:第1排土钉长9.00 m;第2排锚杆长12.00 m;第3排锚杆长12.00 m;第4排土钉长9.00 m;第5排土钉长7.00 m;第6排土钉长6.00 m;第7排土钉长6.00 m;③裙楼土钉墙设计方案。基坑按1∶0.1放坡。第一排土钉在地面以下1.50的位置。第一、二排土钉水平间距为1.2 m, 其余各排土钉水平间距为1.5 m, 土钉垂直间距为1.5 m, 土钉倾角15°, 土钉主筋为Φ22。土钉的具体长度如下:第1排土钉长8.00 m;第2排土钉长8.00 m;第3排土钉长7.00 m;第4排土钉长6.00 m;第5排土钉长5.00 m。

3工程施工

3.1 降 水

(1) 主楼的降水井较深, 已经进入了卵石层, 而裙楼的降水较浅, 没有进入卵石层。降水井点施工完成以后, 经过抽降, 发现主楼降水井的自渗效果较好, 即使在不抽水的情况下, 其水位也稳定在地面以下16m左右。而裙楼的降水井几乎没有自渗作用, 接电抽水以后, 经过几分种水泵即断流, 说明降水井的补给供不上水泵的流量;但停泵以后, 经过一段时间降水井的水位又回升上来了。

(2) 经过开挖检验, 发现基槽底部没有滞水, 说明降水效果良好。但在土钉锚杆施工过程中, 主要是第三排锚杆和第四排土钉施工时, 随着土钉深度的增加, 土钉施工过程中所带出的土体由潮至湿、到最后成为稀泥, 有的孔在土钉锚杆施工以后, 有水从孔中流出, 有的孔出水太大甚至无法注入水泥浆。在土钉墙施工完成以后, 仍有5～6个锚杆孔流水, 有的孔中的水流还带有压力, 一会儿水量大, 一会儿水量小, 怎样会出现这种情况, 经分析认为主要是由于土体的不均匀性、土体中存在裂隙所引起的, 土钉锚杆施工时遇到了地下渗水途径很可能引起这种情况。

3.2 支护施工

(1) 由于锚杆较长 (22 m) , 其长度超过了降水的有效范围, 在锚杆施工过程中, 当锚杆长度超过9m以后即有稀泥流出。为了保证施工质量, 确保锚杆的锁定荷载, 为此采取了一定措施:对设计方案作了适当修改, 由原来的两桩一锚改为一桩一锚, 把锚杆的锁定荷载相应降低;确保从孔底注浆, 注浆时用清水把泥浆从孔底顶出, 并把孔壁泥浆破坏, 然后从孔底注入素水泥浆;在素水泥浆中加入适量膨胀剂, 以充分破坏孔壁泥浆, 确保施工锚杆能满足张拉锁定荷载的要求。

(2) 在土钉墙施工时, 一定要把钢筋网片位于喷射混凝土的中间, 特别对于第二、第三锚杆来说更为重要, 因为锚杆需要施加预应力, 如果不把钢筋网片居中, 锚杆张拉锁定时, 喷射混凝土面层会被压裂。

(3) 在土钉和锚杆的施工时应做好保护架的绑接、焊接工作。在降水后的土钉墙支护施工中, 由于降水效果及降水有效范围的影响, 土钉 (锚杆) 孔中往往有水及泥浆, 如果土钉 (锚杆) 的保护架间距太大或制作不合理, 往往会造成土钉 (锚杆) 的保护层不够, 甚至根本没有保护层, 土钉直接放在泥浆中, 对土钉墙施工质量造成严重不良影响。

4出现问题的解决

4.1 施工过程中出现的问题

在主楼西南角的护坡桩施工完成以后, 即开挖土方, 开始土钉墙支护施工。按设计方案及施工要求, 一切均顺利进行, 至5月31日裙楼的第四排土钉已经完成, 主楼的第五排土钉也已施工完成, 经过变形观测没有发现明显的变形。在主楼第五排土钉墙施工时, 由于土体的裂隙很发育, 清土锚喷时出现了一定的坍塌, 对此采取了一定的措施, 通过减少开挖工作面, 加快锚喷施工速度, 使坍塌的地方及时得到了处理, 并保证喷射面层的后面没有空洞存在。这时候的变形观测结果表明西侧边坡只有5 mm的变形, 南侧的变形较大, 约有13 mm。

施工当年6月1日下了一场大雨, 雨量太大, 工地四周的雨水管道都满了。到6月3日才开挖西侧下一步土方, 施工主楼第6步土钉墙。为了防止土方开挖以后土体坍塌, 连夜进行喷射施工。6月4日早晨6时, 基坑西侧边坡外1.5 m处出现裂缝, 和西侧边坡平行, 从护坡桩附近一直到裙楼处, 而且发展速度较快, 到8时裂缝已很明显, 经过经纬仪器测量发现, 这时候西侧变形已有30 mm左右, 但沉降量更大, 最大处约有100 mm左右, 距离护坡桩约1.5 m的部位沉降和变形最大, 向裙楼方向逐渐减少, 且以4 mm/h的速度发展。经过8个小时左右的观测, 发现变形速度减少了, 但变形并没有稳定, 最后于6月4日下午3时用挖掘机把这部分回填至地面以下6 m的位置。

4.2 处理措施

专家分析讨论认为应采取以下措施:用挖掘机把这部分进行回填, 确保不出现恶性安全事故;对西侧两排锚杆重新进行锁定, 以检验在如此大的变形情况下锚杆是否破坏。经过重新张拉锁定, 发现西侧两排锚杆完好如初, 没有发生破坏。根据现场破坏情况及锚杆的检验情况, 认为破坏是由于某种原因造成土钉墙局部下座、土钉墙体刚度不足以抵抗下挫力造成的。故采取了如下加固措施:①在第二排锚杆与第三排锚杆之间及第三排锚杆下40 cm, 增加两排9 m的土钉, 土钉间距为1.2 m。在护坡桩附近沉降变形最大的部位, 在第二排锚杆上部40 cm处增加15根土钉, 并用加强筋将其连接。土钉钢筋用Φ32, 加强钢筋用Φ22;②上述两排土钉施工结束后, 在原第五排每两个土钉孔的中间加一个长6 m、直径2英寸的钢管型土钉;③在施工完上述钢管型土钉后, 用加强筋将其连接。然后分段向下开挖, 剪开先前所挂钢筋网, 清除浮土, 并填实, 重新挂网喷射混凝土;④在原第六排土钉与第七排土钉之间加打一排6 m长的土钉, 土钉水平间距为1.2 m。土钉钢筋用Φ22。

加固方案施工完毕以后, 6月14日开挖最后一步土钉, 经过变形观测发现, 土方开挖完毕以后又有10 mm左右的变形。但支护施工完成以后, 观测没有发现明显的变形, 这和预先分析的结果比较一致。

4.3 原因分析

一般情况下土钉墙支护结构的变形及破坏有以下几种:①在非预应力土钉墙支护结构中, 在预定的滑裂面附近出现裂缝, 这是土钉墙施工中的正常情况;②土钉墙局部发生破坏, 这可能是由于喷射混凝土面层滑落造成的, 也可能是由于加强钢筋焊接不牢引起的;③土钉墙整体破坏, 这可能是由于土钉设计过短或别的原因引起的。但象本工程发生的破坏形式还很少见。在分析事情发生的原因时, 存在着很大的争议, 矛盾的焦点集中在支护模式上:一种意见认为土钉和锚杆相结合的模式在理论上行不通, 土钉是非预应力的, 锚杆是通过施加预应力来限制其变形的, 两者是矛盾的;而且土钉 (Φ22钢筋) 是刚性的, 锚杆 (钢绞线) 是揉性的。这些是引起事故的主要原因。

考虑到土钉和锚杆受力原理的差异, 在施工中尽可能把锚杆张拉的时间向后放, 以便土体有一定的变形, 土钉有一定的受力后, 再进行张拉, 而且第二排锚杆张拉的荷载较小, 第三排锚杆张拉的荷载较大, 当施工到地面以下 6.0 m时才进行了两排锚杆的张拉锁定。在同一工地, 使用同一设计方案、同一施工工艺, 南侧边坡完整良好, 西侧边坡出现了这种破坏, 笔者认为土钉和锚杆相结合的模式不是造成基坑西侧边坡下座的主要原因, 在以后的施工中也证实了笔者的观点。基坑支护完成以后, 施工单位在硬化基坑四周的环形路面时发现, 在基坑西侧沉降变形最大的地方附近有一个雨水井, 主管道一侧是通的, 和别的雨水井相连, 另一侧堵死了, 有一个小管道直接通向基坑边坡。这种情况发现后, 笔者作了认真分析, 认为雨水的大量灌入是造成事情发生的主要原因。在基坑西侧1.5 m以外地下有一道砖墙, 可能是原先某一结构的外墙, 其走向和基坑西侧边坡平行, 6月1日下雨以后, 雨水太大, 不断有雨水经管道沿砖墙渗入地下土体之中, 在雨水的浸泡之下, 土体被软化, 土体的凝聚力不断减小, 土体强度减小到一定程度, 即发生这种情况。

5结论

(1) 土钉墙支护的构造方法能有效发挥现场监控和信息化施工的优点, 可以根据现场挖掘和成孔过程中发现的土体实际情况与监控量测数据及时进行反馈设计并调整支护参数和施工方案。由于土体状况多变并难以准确预测, 土钉墙支护的这一优势使其具有相当高的安全可靠性。

(2) 在有降水的基坑支护中, 降水虽然能够保证基槽底部土层干燥、结构防水层顺利施工, 但不能把所有的滞水全部蔬干。故在土钉墙支护设计时, 应考虑降水效果, 留有足够的安全系数。

(3) 在土钉墙基坑支护施工中, 水的影响因素是很大的, 对基坑支护结构的安全性有重大影响。支护施工时应对基坑四周各种管道进行详细了解, 切实较少各种水源对基坑支护结构的影响。

(4) 本工程虽然出现了一些事情, 但这不能否定土钉墙与锚杆相结合的模式在土钉墙基坑支护中的应用。基坑支护完成以后, 经过重载及雨季的考验, 南侧边坡及西侧边坡都没有明显的变形, 工作状态良好, 这说明设计方案及所采用的加固方案是合理的、可行的。

参考文献

[1]陈肇元.土钉支护在基坑工程中的应用[M], 北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]曾宪明.土钉支护设计与施工手册[M], 北京:中国建筑工业出版社, 2000.

锚杆(土钉)支护 第7篇

近年来, 随着国民经济的快速发展, 高层建筑在城市建设中也越来越多, 为了能够满足建筑的需要, 地下室已成为不可缺少的部分之一, 因此, 基坑支护是基础工程施工中的重重之重。复合土钉支护是土钉支护在不良地质条件下的应用技术, 其优点是支护位移小、适用范围宽、安全经济等在基坑支护工程中得到广泛应用。

1. 复合土钉支护常见型式

根据近些年国内外工程实践, 复合土钉支护常见的结构型式如下:

1.1. 土钉与桩锚复合支护

常见的土钉与桩锚复合支护有两种形式:一种形式为上部一定深度采用土钉支护, 下部采用桩锚支护形式;另一种形式为沿基坑开挖线以一定间距设置桩锚支护, 桩与桩之间再设置土钉。

1.2. 土钉与预应力锚杆复合支护

预应力锚杆主要特点是通过施加预应力来约束边壁变形, 采用土钉与锚杆组合式支护技术, 可有效地控制基坑变形, 大大提高基坑边坡的稳定性。特别是在基坑比较深、地质条件及周围环境比较复杂, 而对基坑变形又有严格要求时, 这种联合支护型式更显示出它的优点。

1.3. 土钉与止水帷幕复合支护

采用止水帷幕结合土钉支护型式, 通常在基坑内降水, 基坑外不进行降水, 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。

1.4. 土钉与微型桩复合支护

超前微型桩以一定间距间隔布置, 主要作用是超前加固开挖面的局部土体, 不能止水防渗。对基坑没有防渗止水要求或地下水位较低, 不必要进行防渗处理, 可采用该复合支护型式。

1.5 土钉与止水帷幕、预应力锚杆复合支护

当环境条件不允许降水时, 基坑围护需设置止水帷幕, 止水后围护结构的变形一般比较大, 在基坑较深、变形要求严格的情况下, 需要设置预应力锚杆限制基坑变形。一般情况下设置1~2排搅拌桩、1~3排预应力锚杆。

1.6. 土钉与止水帷幕、微型桩、预应力锚杆复合支护

在这种支护型式中, 一般设置2~3排预应力锚杆, 施作搅拌桩或旋喷桩形成止水帷幕, 采用型钢桩或直径较大的微型桩。

1.7 土钉与止水帷幕、插筋、预应力锚杆复合支护

在搅拌桩或旋喷桩中插筋来加强支护结构的抗弯、抗剪性能, 在单排桩中常插入型钢, 在多排搅拌桩时插入多排钢筋或钢管, 形成配筋的止水帷幕墙, 再设置多排预应力锚杆。

2. 复合土钉支护结构的设计计算

2.1. 复合土钉支护结构整体稳定性分析

2.1.1. 普通土钉墙整体稳定性分析采用圆弧滑裂面计算, 安全系数Ks为

(1) 其中, Ks土钉墙整体稳定安全系数;ci为土体的粘聚力 (k Pa) ;φi为土体的内摩擦角 (°) ;Li为土条滑动面弧长 (m) ;Wi为土条质量 (k N) ;TNj为土钉的极限抗拉力 (k N) ;S为土钉的水平间距 (m) ;θi为滑动面某处切线与水平面之间的夹角 (°) ;αi为土钉与水平面之间的夹角 (°) ;ξ为折减系数, 根据经验取0.5。

2.1.2. 复合土钉支护结构的整体稳定性分析

也采用圆弧滑裂面计算, 计算中考虑止水帷幕、微型桩、预应力锚杆等的作用如图1所示。

其计算公式为

(2) 其中, Kp为复合土钉墙整体稳定安全系数;τs为搅拌桩、微型桩的抗剪强度设计值 (k Pa) ;As为搅拌桩、微型桩的面积 (m2) ;PNj为预应力锚杆设计承载力 (k N) ;SL为搅拌桩、微型桩的间距 (m) ;Sm为预应力锚杆的水平间距 (m) ;ξ为组合折减系数, 取值0.5~1.0;η为折减系数, 根据预应力水平在0.5~1.0之间选取, 其余符号同前。

对于施工阶段不同开挖深度和使用阶段不同位置分别计算, 保证各个阶段各个位置的安全系数均满足设计要求, 容许的安全系数可根据工程性质和安全等级在1.2~1.5之间选取。

2.2. 复合土钉支护结构的土钉抗拔力验算

复合土钉支护结构中土钉 (锚杆) 抗拔力验算与土钉墙相同, 如图2所示。

即

其中, KBj为第j个土钉 (锚杆) 抗拔力安全系数, 取1.5~2.0, 对临时性土钉墙工程取小值, 永久性工程取大值;TXj为第j个土钉 (锚杆) 破裂面外土体提供的有效抗拉能力标准值 (k N) , 破裂面与水平面之间的夹角取 (β+φ) /2;Sx、Sy为土钉 (锚杆) 水平 (垂直) 间距 (m) ;eaj为主动土压力强度 (k Pa) 。

3. 工程实例

3.1. 工程概况

该基坑周长约500m, 平面面积约15500m2, 地下1层, 地上5层裙楼和6~28层塔楼。基坑开挖深度在6.2~7.2m之间, 基坑内局部地方有大承台, 开挖深度8.65m, 建筑物采用<600管桩基础, 主要采用静压法施工, 局部用锤击法施工。

3.2. 地质条件

岩土工程地质特征按地层成因类型和岩土层性质, 场区内各地层自上而下分为:

3.2.1. 第四系人工填土。

素填土:灰黄、灰色, 稍湿、松散状, 成分以粘粒为主, 含砂, 平均厚度2.2m。

3.2.2. 第四系冲积层。

按其成分的不同分为如下两层:第一层淤泥:灰黑色, 饱和, 流软塑, 成分以粘粒为主, 富含有机质。层厚2.40~8.50m, 平均5.4m, 标贯击数1.5击, 含水量w=56.2%, 孔隙比e=1.527, 液性指数IL=1.47。第二层粉质粘土:部分钻孔缺失, 灰红色, 湿、可塑, 成分以粘粒为主, 含砂。厚度1.00~5.10m, 平均2.44m, 标贯击数8.7击, 含水量w=32.6%, 液性指数IL=0.37。

3.2.3. 第四系残积层。

砂质粘性土:灰黄、浅灰色, 湿、可塑~硬塑, 成分以粘粒为主, 含砂。层厚15~50m, 平均30m, 标贯击数18.1击, 含水量w=25.6%, 液性指数IL=0.16。

3.3. 水文地质条件

场区地下水主要分布于基岩裂隙及淤泥层孔隙中, 透水性能较差。

3.4. 周围环境

基坑周围地面相对平坦, 周边建筑物稀少, 四周为道路, 场地相对开阔, 无重要的地下管线。其中, 基坑南道路的另一边为一条河涌。

3.5. 基坑支护结构设计

3.5.1. 设计思路

根据该基坑的特点, 主要按极限状态方法设计, 考虑到基坑周边场地空旷, 无重要建筑物和管线需保护, 适当放松对支护结构变形的控制要求。结合该工程的地质条件、周边建筑物以及管线的分布和基坑开挖深度、基坑周边场地使用需要, 采用复合土钉作为该基坑的支护结构, 进行直立开挖, 用双排搅拌桩作为超前支护。根据地质资料, 基坑的地质条件以东北角最好, 西南角最差, 中间处于过渡状态, 淤泥层最深处有10.5m, 比基坑开挖深度大3.5m。考虑到地质条件的差异, 基坑各处的开挖深度不同, 对支护结构分区分段进行设计。

3.5.2. 设计方案

搅拌桩采用双排<500@300, 采用32.5R普通硅酸盐水泥, 水泥掺入量为15%, 设计桩长9~11m, 要求至少穿过淤泥层1m。锚杆采用<22钢筋, 倾角30°, 要求至少穿过淤泥层3m, 注浆体强度等级M20。根据计算确定各区段的锚杆参数, 分别设置3~6层锚杆, 锚杆长度12~24m, 水平间距1.10~1.30m。喷射混凝土强度等级为C20, 厚度120mm, 钢筋网采用<6@200×200, 水平加强筋为2<16, 处理范围为坡面和坡顶1.0m范围内。

3.5.3. 计算分析

对支护结构的整体稳定性分析计算, 并考虑基坑内大承台深开挖对整体稳定性的不利影响, 不计搅拌桩的作用。设计地面超载在材料堆场处30k Pa, 其它地方取20k Pa。要求整体稳定安全系数不小于1.20, 设计锚杆力取95k N。通过对各区段边坡稳定分析计算结果可知, 整体稳定安全系数均不小于1.20, 所以满足要求。

3.5.4. 施工结果监测分析

在基坑周边共布置10个测斜孔, 根据测量结果, 基坑各边最大的水平位移为11~65 mm。对监测资料进行比较分析, 基坑的侧向变形具有以下特征: (1) 基坑侧壁和基坑外一定距离处土体的侧向变形的形态有所不同:基坑侧壁处位移是上部和下部小中间大;基坑外10m处土体的位移是上部大下部小。 (2) 基坑外10m处土体最大侧向位移量与基坑侧壁最大侧向位移大约相差20%~30%。 (3) 在相同开挖深度的情况下, 淤泥层厚度越深, 基坑的侧向变形越大。

结论

复合土钉支护是土钉支护的改进和发展, 尤其是在国内发展了土钉支护在不良地质条件下的应用技术, 保持了传统土钉支护的许多优点, 又具有支护位移小、适用范围宽、安全经济等特点, 在基坑支护工程中具有广阔应用前景。

采用复合土钉支护技术, 施工过程中应坚持动态设计、信息化施工的原则, 根据对地质情况、支护结构和周边构筑物的各种观测、试验数据, 及时反馈设计, 发现问题及时采取有效补救措施。

复合土钉支护是将主动支护型式和被动支护型式联合应用, 柔性支护与刚性支护相结合, 其作用原理归纳为分担荷载作用、止水抗渗作用、传递荷载作用、局部稳定作用和超前加固作用。

参考文献

[1]秦四清, 王建党.土钉支护机理与优化设计[M].北京:地质出版社, 2002.

[2]张明聚.复合土钉支护及其作用原理分析[J].工业建筑, 2004 (增刊) :60-68.

锚杆(土钉)支护 第8篇

土钉和锚杆均属于土工加筋技术。应用锚杆的喷锚网支护方式源于60年代初期出现的新奥法施工。这种施工方法将喷射混凝土技术和全粘结注浆锚杆结合起来用于硬岩中的隧道断面开挖,能迅速有效地控制洞体的变形。1964年,新奥法用于软岩开挖,以后就进一步试用于土体。

1972年,法国将新奥法隧道施工的经验推广于边坡开挖和保持稳定。从70年代开始,法国、德国各自独立开发了用于土体开挖和边坡稳定的一种新的支护技术,称之为土钉支护,并迅速在两国获得推广。我国80年代将其引入国内,主要应用于治理滑坡、隧道、煤矿巷道等岩土工程中。90年代开始应用于深基坑开挖工程。

目前,土钉与锚杆已在基坑支护工程中得到广泛应用。

2 概念及其适用性

土钉是一种基于新奥法原理,在天然边坡或开挖形成的边坡、基坑原位岩土体中近于水平设置加筋杆件并沿坡面设置混凝土面层,使整体土工系统的力学性能得以改善,从而提高边坡、基坑稳定性的原位加筋技术。

土钉适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土、粉土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固,不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土以及没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。在松散砂土、软土、流塑粘性土以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用该支护,必须与其它土体加固支护方法相结合使用。

锚杆是将拉力传至稳定岩土层的构件。当采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时,也可称为锚索。

锚杆广泛应用于地下结构的施工支护体系和作永久性建筑结构的承拉构件以及用作抗拔桩抵抗水的浮托力等,随着锚杆技术的发展与应用,可供锚固的地层不只限于岩石,在软岩、风化层以及砂卵石、土层中均得到广泛应用。在基坑锚杆支护结构中,土层锚杆较为多见。

3 分类及特点

土钉按置入方式不同可分为钻孔注浆型、打入型和射入型三类。支护体系由土钉体、.土钉墙范围内的土体和面层构成。其主要特点是:

①边开挖边支护,施工快捷;

②设备简单,施工场地小,材料用量小,工期短,造价低;

③土体位移小,信息化施工确保施工安全。

锚杆按控制变形的不同施工方法分为预应力锚杆和非预应力锚杆;按使用年限分为临时性锚杆和永久性锚杆。支护体系由挡土构筑物、腰梁及托架、锚杆三个部分组成,用以保证施工期间基坑稳定与安全。其主要特点是:

①提供开阔的施工空间,提高挖土和结构施工的效率和质量;

②用土锚代替钢支撑作为侧壁支撑,节省造价,减少土方开挖量;

③锚杆设计拉力由试验确定,保证安全度;

④锚杆可采用预应力,控制建筑物变形。

4 作用原理

土钉是由水平或近似水平设置于天然边坡或开挖形成的边坡中的加筋杆件及面层结构形成的挡土体系。土体的抗剪强度较低,抗拉强度几乎为零,但土体具有一定的整体性,在土体中放置一定长度与分布密度的土钉与土共同工作,起着箍束骨架的作用,形成复合土体,类似于重力式挡墙,靠其有效的密度与长度来改善土体的结构,充分利用了土体的自承能力,有效提高土体的整体刚度,弥补土体抗拉、抗剪强度的不足。通过相互作用,土体自身结构强度的潜力得到充分发挥,显著提高了整体稳定性,土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段,而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏,不会发生整体性塌滑。

土钉以新奥隧道法理论为基础,在加筋杆作用下把潜在滑裂面前的主动区的复合土体视为具有自撑能力的稳定土体,以阻止土体侧向位移,支承未加筋域土体的侧压力,保证土坡的整体稳定性。因此,土钉墙是一种主动的加固体系。土钉作用模型如图1所示。

锚杆是一种受拉杆件,一端与工程结构物或挡土桩墙联结,另一端锚固在地基的稳定土层或岩层中,以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力,它利用地层的锚固力维持结构物的稳定。在实际锚固工程中,以水泥砂浆灌浆锚杆占绝大多数。在喷锚支护中,灌浆锚杆指的是用水泥砂浆将一组钢拉杆锚固在伸向地层内部的钻孔中,并承受拉力的柱状锚体。它的中心受拉部分是钢拉杆,钢拉杆所承受的拉力首先通过拉杆周边的砂浆握裹力而传递到水泥砂浆中,然后再通过锚固段周边地层的摩阻力而传递到锚固区的稳定地层中。将库仑破裂面前的主动区作为荷载,通过锚杆传至破裂区后的稳定区内。随着拉力的增加,当锚固段内发挥最大粘结力时,就发生与土体的相对位移,随即发生土与锚杆的摩阻力,直到极限摩阻力。

锚杆是靠其对面层的锚拉,约束了土体的变形,而起稳定加固边坡作用的。因为锚杆相对稀疏,不能象土钉一样起到增强改善土体结构的目的。所以,计算时没有考虑土体本身的自承能力。由此可以看出,喷锚支护是一种被动地支护体系。锚杆作用模型如图2所示。

4 设计及构造要求

土钉主要设计步骤如下:

①确定土钉类型、直径、长度、间距、倾角等参数;

②确定注浆方式,进行注浆配方设计;

③设计喷射混凝土面层及支护顶防护措施;

④进行内部稳定分析、抗拔力验算以及外部稳定(抗滑稳定、抗倾覆稳定、基底承载力验算)分析;

锚杆支护体系主要设计步骤如下:

①确定锚杆的层数、间距、倾角等参数;

②计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力、轴力;

③计算锚杆的锚固段、自由段长度;

④计算桩墙与锚杆的整体稳定;

⑤计算锚杆锚索的断面尺寸及腰梁断面尺寸。

土钉与锚杆在构造要求上是有区别的:

①粘结长度:土钉在全长与土体完全粘结,而锚杆则可以在全长与加固体粘结,也可以只是端部的受力段与加固体粘结。

②安置密度:土钉采用高密度安置,一般为0.5～2.0 m2设一根,而锚杆的支护密度相对要小得多。

③长度:土钉长度与开挖深度之比一般在0.6～1.2范围内,一般中部大,上部和底部小,因此将土钉取成等长或顶部稍长、底部稍短;锚杆长度一般较长,在15～45 m范围内。

④间距:土钉水平间距和垂直间距一般为1.2-2.0m,交错排列,倾角一般0～20度。锚杆布置层数宜少,水平间距不小于1.5 m,垂直不小于2 m,间距大增大锚杆承载力,间距过小易产生群锚效应,倾角一般15～35度。

⑤制作材料:土钉的制作材料有钢筋、圆钢、钢管及角钢等。锚杆的制作材料有粗钢筋、钢丝束和钢铰线。承载力较小时一般采用粗钢筋,承载力较大时,一般选用钢丝束或钢铰线。土钉采用钢筋时,直径一般为18～32 mm的Ⅱ及以上螺纹钢;采用角钢时一般为L5×50×50角钢;采用钢管其直径一般为50 mm。

⑥注浆材料:土钉灌浆材料采用425号以上水泥,锚杆灌浆材料采用325号以上水泥。

⑦荷载:单根土钉荷载一般100 kN以下,而锚杆可承受荷载达400 kN以上。

6 施工要求

土钉施工包括基坑分层开挖、修坡,初喷混凝土,成孔,安放土钉,注浆,编钢筋网,喷第二层混凝土,设置排水设施。土钉一般不施加或施加相对很小的预应力,产生有限的位移,使摩阻力得到充分发挥。

土层锚杆施工包括钻孔、安放拉杆、灌浆、养护、安装锚头张拉锚固、二次灌浆。灌浆锚杆设置后施加预应力的目的是防止支挡结构产生位移。

7 试验及监测要求

对每排土钉选择进行原位抗拔试验,目的是为了确定土钉界面摩阻力的分布型式及土钉的极限抗拔力,在土钉上设置应变计以量测土钉中的应力分布与变化,在施工期间和建成后土钉墙和边坡的变形监测以验证和发展土钉的设计理论、计算方法,施工完成进行验收试验保证土钉质量可靠、工程安全。

锚杆现场试验,目的是为了判断施工的锚杆能否满足设计性能的要求,同时也为提高设计水平积累资料。现场试验包括施工前的极限抗拔力试验(必要时增加特殊试验包括锚杆群的张拉试验、多循环张拉试验、蠕变试验)以及施工后的张拉试验和确认试验。对于重要工程在完工后进行锚杆拉力、墙顶与构筑物地面位移的监测。

8 综合应用

随着深基坑工程不断发展,在岩土条件或环境条件复杂的情况下,由于变形、渗水等因素,复合土钉支护技术也随之诞生。它是将土钉墙与深层搅拌桩、树根桩及预应力锚杆等结合起来,通过各种组合而形成的新型复合基坑支护方法,它大大扩展了土钉支护的应用范围,表现出了较好的综合效益。就目前的应用经验来看,主要有“预应力锚杆(锚索)+土钉”支护、“搅拌桩+土钉”支护、“微型桩+土钉”支护、“止水帷幕+土钉”支护等几种类型。

针对“预应力锚杆+土钉”支护方法,主要是通过一定密度的注浆土钉和注浆锚杆以及钢筋网喷混凝土面层对边坡土体构成管箍作用,锚杆的预应力使边坡土体潜在的可能滑动部分受到挤压作用,提高了被加固土体的力学指标。

9 结论

土钉与锚杆在基坑工程中得到广泛的应用,均有各自的优点及不足之处,它们的结构形式、施工工艺十分相似,均以喷射混凝土面层为保护层,均为边开挖边支护,但两者的作用原理是不同的,在适用中应充分考虑工程实际,达到安全、合理、经济的目的。

参考文献

[1] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].中国建筑工业出版社,2002．

[2] JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社,1999．

[3] 林宗元.岩土工程治理手册[M].中国建筑工业出版社,2005．

[4] 晏仲华,史宇光.深基坑开挖土钉支护技术综述[J].建筑机械,1999(4) .

[5] 杜飞,等.土钉支护技术工程应用中若干问题分析及对策[J].施工技术,2000(1) .

锚杆(土钉)支护 第9篇

1.1 地应力测量

我国比较常用的方法是应力解除法和水压致裂法, 每一种应力测量技术都要扰动岩石, 以便产生能够进行现场量测的“量” (一般是量测位移值或应变值) , 再按一定的理论方式进行分析计算。如果误差控制在0.4MPa以内。

水压致裂地应力测量装置如图1所示, 该仪器由分隔器、注水阀门、水压管、流量计高压泵及记录仪等部件组成

1.2 巷道围岩强度测试

采用WQCZ 56型围岩强度测定装置进行井下围岩强度测试如图2所示, 由围岩强度测定仪、探头、手动泵、高压管、延长杆等部件组成。探头多4mm、测量深度30m, 尤其适合井下快速测量工作。岩体强度的测定在井下巷道围岩钻孔中进行。

通过对多组岩石试样同时用围岩强度测定装置及实验室压力机做了岩石单轴抗压实验。

2 煤巷锚杆支护设计方法与软件

2.1 动态信息设计法

2.1.1 按设备尺寸、通风要求和巷道围岩变形预留量, 设计合理的巷道断面形状与尺寸。

2.1.2 按巷道条件, 确定模拟范围、边界、模拟围岩和支护构件的力学模型。

2.1.3 确定包括不同锚杆支护密度、直径、长度、预紧力, 及有无锚索等支护模拟为了测定整个钻孔长度上岩层的抗压强度, 每隔200mm-300mm取一个测试剖面。

2.1.4 分析锚杆密度、直径、长度和预紧力等模拟方案对支护的影响, 确定最佳支护。

2.2 适合工程技术人员使用的设计软件

某煤矿煤巷锚杆支护设计软件由以下4个部分组成:

2.2.1 数据库系统:

包含设计巷道地应力、围岩强度、围岩结构、巷道使用特征等各个参数圆咨询系统:包含与煤巷锚杆支护有关的地质力学测试、设计方法、支护材料、施工机具和矿压监测仪器等内容。

2.2.2 设计系统:

按巷道参数进行锚杆支护设计。

2.2.3 绘图系统:

按设计系统提供的锚杆支护设计。

该煤巷锚杆支护设计软件系统提供的主要功能包括:查看各煤矿地质力学参数的图表和图形数据资料;提供煤巷锚杆支护技术咨询;设计巷道支护参数;打印输出巷道支护材料消耗清单和巷道支护三视图。

3 高强度树脂锚杆与锚索支护系统

3.1 锚杆杆体材料

我国煤矿原来主要使用Q235普通圆钢锚杆, 锚杆直径一般为14mm-16mm, 长度为1.4m-1.8m, 破断力仅为50-70k N。在复杂困难巷道中, 由于锚杆支护阻力不够, 导致巷道围岩变形剧烈。由于锚杆密度大, 巷道安装锚杆的数量多, 会影响巷道掘进速度。为改变锚杆支护落后的局面, 开发了锚杆专用钢材, 把杆体设计为左旋无纵肋螺纹钢筋, 确定杆体公称直径为18-25mm, 杆尾螺纹段采用滚压工艺加工。在锚杆杆体材质方面, 开发了基于材质和调质处理的两大类高强度锚杆杆体, 设计了3个级别的螺纹钢筋。对于直径为22mm的BHRB600型钢筋, 屈服力达235.6k N, 破断力达311.6k N, 是同直径普通圆钢的2.16-2.64倍。

3.2 树脂锚固剂

树脂锚固剂为高分子材料。我国在树脂锚固剂配方改进和生产技术上做了大量工作, 已形成系列产品, 锚固剂尺寸有多种规格, 从直径划分, 常用的有23mm、28mm、35mm;从长度划分, 常用的有300mm、330mm、350mm、450mm、500mm、600mm、660mm、750mm、880mm等。还有双速锚固剂, 即在一支锚固剂中, 前一段是快速或超快速, 后一段是中速, 方便在井下安装。

3.3 W型钢带

钢带是煤巷锚杆支护中的重要构件。它把单根锚杆联结起来组成一个整体承载结构, 提高锚杆支护的整体效果。钢带由薄钢板压制成坪型, 钢带上有钻孔, 钻孔形状为圆形或椭圆形。此外, 一些煤矿为节省钢材, 在适当的条件下来用钢筋托梁代替钢带, 也取得了较好的效果。

3.4 小孔径树脂锚固锚索

小孔径树脂锚固预应力锚索加固技术适合回采巷道特点。采用树脂药卷锚固, 能像安装普通树脂锚杆那样用锚索搅拌树脂药卷进行加长锚固。其安装孔径为28mm, 用普通单体锚杆机即可完成打孔、安装。树脂药卷固化时间短, 锚索可以及时、快速承载。小孔径锚索主要用在破碎、复合顶板巷道;放顶煤开采沿煤层底板掘进的煤顶巷道;软弱和高地应力巷道;及大跨度开切眼和巷道交叉点。其主要技术参数为:钻孔直径28mm;锚索直径15.24-18.96mm;索体破断力为260-400k N。锚杆支护已成为安全高效矿井必备的配套技术, 应用广泛。

参考文献

[1]郭奉贤, 席振修.煤矿开采与掘进[M].北京:煤炭工业出版社, 2008, 10.

关于深基坑工程土钉墙支护技术措施 第10篇

【关键词】深基坑；土钉墙；支护 ;技术措施

0.前言

随着我国经济的高速增长，城市化的发展出现了人口增长与土地使用相矛盾的问题。高层建筑物日益向高空中发展，向地下空间发展，深基坑的支护结构设计下是这种情况下的产物，深基坑支护结构常见的形式有五种：地下排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙和放坡等。在基坑施工过程中，由于未按土质情况设置安全边坡和做好固壁支撑，导致坑壁坍塌事故比例增大。因此，《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）将基坑施工列为一项安全检查内容，并要求对于较深的基坑必须进行专项设计和支护。目前，深基坑支护已经有多种较为成熟的技术，土钉墙支护是其中一种比较新颖的技术。下面主要介绍土钉墙支护技术在深基坑支护结构中的应用。

土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，它是将土钉安设或打入基坑边坡土体内，土钉与土体空间排列形成空间骨架，起约束土体变形的作用，并与土体共同承担外荷载；在土体进入塑性状态后应力重分布，土钉分担应力增加。该项技术形成于20世纪70年代， 20世纪90年代以来，我国有不少工程专家和学者对该项技术进行了深入的研究和应用，证实它是一种技术可行、安全可靠、经济效益可观的技术，并已将其成功地应用于非软土场地基坑支护。

在工作机理上，土钉墙是高强度土钉、网喷混凝土面层及原状土三者共同受力，增强了土体破坏延性，很好地改变了边坡突然塌方的性质，有利于安全施工；在工艺上，采用了边开挖边支护的方法，工作面不受限制，缩短了工期；在投资方面，因土钉利用了土体的自承载能力，使基坑周围土体转化为支护结构的一部分，经济效益可观。

土钉墙支护一般适合于地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通粘性土、粘性的砂土和粉土等较均匀土体边坡。近年来，该项技术在东南沿海地区的基坑开挖中得到迅速的发展，不仅在砂性土的基坑开挖中广泛应用，而且在填土和软弱土层中也得到成功应用。利用水泥土桩组合式土钉墙支护技术，使该项技术能够应用在下降水的高水位地层。当场地同时存在土层和不同风化程度岩体时，应用土钉墙支护特别有利。

1.工程概况

某工程,框架结构，占地面积2800m2 ,建筑面积5600m2 ,地下带一层车库,其西侧与原有职工宿舍相邻。

2.深基坑支护方案的确定

该基坑开挖深度范围内,以粉细砂为主,地下水位较深(对该工程没有影响),本工程基坑支护设计必须满足以下条件：

2.1保护边坡的安全与稳定

2.2保证边坡的位移不得危及周围建筑物和道路的安全及正常使用

2.3经济、快捷

根据以上情况,经济技术及经济分析、多方案比较后, 在确保工程自身及相邻建筑安全的前提下,决定采用土钉墙进行基坑支护较为经济,合理。因为其工期短,比桩墙式支护结构可节约费用30%～60%。

3.土钉墙支护结构设计

3.1支护条件

基坑开挖深度7.1 m,未见地下水,地面均布荷载q。= 20 kPa,基坑边坡角度75°。

粉土层: h =2.5mc=20 kPa<18°r=19kN /m3

粉细砂: h =4.3mc=6 kPa <32°r=20kN /m3

根據土质情况确定土与锚固体间的摩阻力为40kPa。

3.2土钉作用机理

土钉支护方法是逐层开挖基坑,逐层在边坡上以一定倾角将土钉(钢管) 打入土体内,之后向钢管内注浆,由于注浆时需施加压力(一般在015 MPa～018 MPa) , 浆液在压力作用下,从钢管壁的小孔(预先设置注浆孔) 内渗出,沿土体裂隙及毛细孔扩散,与土体粘结形成土钉体,随后在坡面挂钢筋网,并与土钉连接,最后在坡面上喷射混凝工。高强度土钉、原状土体与喷射混凝土面板层相结合,形成一个“复合结构”,可以充分利用原状土的自支撑能力,使土体整体抗剪强度提高、位移减小、实现加固、支挡和稳定的作用。

3.3支护设计

支护设计根据施工现场条件和施工经验进行:

3.3.1土钉抗拉强度验算

3.3.2抗拔力验算

3.3.3稳定性验算

通过对支护结构的内部和外部整体稳定性计算,得出整体稳定安全系数、抗滑移安全系数、抗隆起安全系数均满足规范要求。

3.4土钉墙整体稳定性验算

土钉加固形成的复合土体,使其在土钉加固范围内形成一个“土钉墙”它的作用机理类似重力式挡墙,因此,采用重力式挡墙的稳定性分析方法对土钉墙进行分析。求得其抗滑移安全系数为2.4> 1.3 (满足要求);抗倾覆安全系数为10.8>1.5 (满足要求) 。

4.土钉支护施工

4.1土钉及土钉墙施工

土钉为钻孔注浆型,采用梅花布置。土钉墙支护与基坑开挖同步进行,即基坑开挖完成土钉支护结束。对于刚开挖的基坑要先护坡,后成孔。

由于土层主要为粉细砂,其自稳能力差,土钉成孔难度大,所以,在成孔过程中要避免对周围土体的扰动,成孔后要缩短注浆时间,并在水泥浆液中添加减水剂,以提高锚固体的早期强度,待土钉锚固体强度达到设计强度70%以上时,方可挂钢筋网,喷射混凝土。具体操作流程如下：

4.1.1施工前应查清基坑周边地下管线的情况,核实地下管线的走向、位置与本次施工方案有无冲突,及时变更设计,成孔时避开,保护地下管线。

4.1.2基础加固。基坑东面的6层住宅,因与本基坑间距较小,并且基底标高为地平面以下4m ,所以在土钉施工前应先对此基础进行加固,根据实际情况,采用基础托换加固,此项工作完成后方可进行下道工序的开始。

4.1.3根据土钉支护施工特点,基坑采取分层、分段开挖,逐层、逐段交替作业进行施工,不允许超挖。遇到突发事件,及时采取措施,避免更大事故的发生。

4.1.4为保证基坑支护结构在开挖、支护和基础施工期间的安全与稳定,在基坑边坡顶、建筑物四周设置位移观测点,在每层开挖及支护后进行观测,同时注意基坑四周的裂缝观察,通过数据显示,基坑最大位移3mm ,建筑物安全稳定。

4.2质量控制

4.2.1注浆控制

注浆质量是保证土钉抗拔强度的关键,所以,将注浆管插至距孔底250～500mm处,采用逐渐加压、间歇的方式注浆。

4.2.2混凝土面层控制

混凝土面层为非主要受力构件,可按构造设置,所以其厚度取80mm,设计强度C20,分两层喷射。面层结构钢筋网片取<6@250×250,并在土钉端部与井字型钢筋(<-20,L=40mm)互相焊接。

5.结束语

土钉深基坑支护技术 第11篇

河南省济源市中水回用工程的清水池位于河南省济源市污水处理厂一期东邻, 基坑下口长51.5m, 宽19.1m, 上口长58.5m, 宽26.1m, 基坑深度7.5m。

1 场地地质条件

基层场地土层分析:1) 杂填土层, 平均厚度1.78m, 褐黄色, 土质不均匀, 局部夹薄层粉质粘土或粉砂;2) 粉细砂, 平均厚度1.64m, 主要成份为石英、长石, 局部为中砂, 偶含砾石;3) 粉质粘土, 平均厚度2.63m, 灰黄色以软塑状为主, 局部可塑或流塑, 偶含蜗牛壳, 局部粉粒含量较高;4) 粉土, 平均厚度0.97m, 灰黄色, 含较多小粒钙质结核, 局部夹薄层砂土;5) 粉质粘土, 平均厚度4.14m, 灰黄色, 可塑, 偶含钙质结核。地下水埋深4.5m, 基坑降水后埋深10m。

2 基坑周围环境

基坑东面5m为围墙, 北面距在建变配电间、送水泵房仅2m, 西面距5m为施工通道, 要通行重型混凝土罐车, 南面为拟建转盘式微过滤器池、紫外线消毒池。

3 支护方案

基坑北侧的变配电间、送水泵房距清水池开挖边线2m, 且变配电间独立柱基埋深仅1.5m, 西侧为重型施工车辆通道, 东南侧场地狭小, 不具备放坡条件, 根据工程地质、水文地质条件及地区实践, 经专家评审, 采用土钉支护方案。

3.1 土钉

土钉上下4排, 土钉间距1.5m1.4m, 土钉长度10.5m, 土钉配筋Φ22的螺纹钢, 孔径100㎜.

3.2 钢筋网

钢筋网按直径6㎜, 间距200, 纵横布置, 纵向钢筋一直拉到地面至坑边1.5 m范围内, 用12钢筋砸入地面下固定纵向钢筋, 网筋之间用扎丝扎牢, 挂于基坑上。

3.3 土钉加强筋

将土钉端部伸出孔口的一端弯折, 用Φ12的圆钢焊接。

3.4 喷锚混凝土

厚度为100㎜。

3.5 翻顶

混凝土面层应向上翻过边坡顶1.2 m, 并高出地面50㎜～100㎜。

4 土方开挖的要求

基坑土方开挖应分层开挖, 每层开挖深度不大于2m, 长度不大于20 m, 最大限度地减少对支护土层的扰动, 严禁边壁出现超挖或边壁土体松动, 坡面经机械开挖后采用小型机械或钢钎进行清破, 以使坡度及坡面平整度达到要求。

5 支护施工

土钉施工工艺流程:挖土修坡土钉定位成孔制安土钉配制、灌注砂浆绑扎钢筋网片焊接加强筋及井字钢筋配制混凝土喷射混凝土下层开挖。

土钉支护按设计要求自上而下分段分层进行, 逐层逐段开挖, 逐层支护。土方每层的开挖深度需与土钉布置深度相适应 (一般为土钉布置深度下0.5m) , 开挖坡面后加紧支护施工, 一层喷锚支护施工结束, 切忌立即向下开挖, 应养护1～2d才能向下开挖。

土钉成孔100㎜, 孔距纵向1.5m, 横向1.4m, 土钉成孔采用洛阳铲, 倾角1°。成孔后及时将土钉送入土中。推送土钉前, 应对孔进行检查, 若发现有碎土、杂物及泥浆及时清理, 推送过程中切勿转动土钉, 防止土钉插入孔壁土体。

注浆采用孔底注浆法。在距孔口200㎜～300㎜处设一止浆塞, 通过止浆塞上将注浆管插入到孔底250㎜～500㎜处, 边注浆边向孔口方向拔管, 直至注满或排气管停止排气为止。放松止浆塞, 将注浆管与排气管拔出, 用水泥浆填充孔口。注浆材料选用32.5水泥, 水灰比0.450.5, 注浆压力保持在0.4～0.6。

绑扎钢筋网, 钢筋按直径6间距200㎜纵横布置, 钢筋网片绑扎而成, 铺设钢筋网时每边搭接长度不小于200㎜。网于网之间用12钢筋 (长500㎜, 间距200㎜梅花状布置) 钉牢, 土钉钢筋通过井字加强筋直接焊接在钢筋网上。钢筋网与坡面之间要留一定的间隙 (一般为30mm) 。

喷射混凝土的配合比通过试验确定, 粗骨料粒径不大于12㎜, 喷射顺序应自下而上, 喷射时应控制用水量, 使喷射面层无干斑或流移现象。

为保证喷射混凝土厚度均匀, 在边壁上隔一定距离打入垂直短钢筋作为厚度标志, 喷射混凝土时, 喷枪应与受喷面垂直, 与受喷面间隔保持在1m～1.2m为宜, 防止因间隔过大而影响受喷面混凝土的密实度, 间隔过小而造成过多的骨料反弹而丧失。喷射机的工作风压为0.12～014MPa, 喷嘴处的水压为0.15MPa, 确保锚喷厚度100㎜。

喷射混凝土终凝2h后, 应喷水养护, 养护时间宜为3～7d。

6 排水设施的设置

水是土钉支护结构最为敏感的问题。在施工前即已作好基坑降排水工作, 沿基坑周围设六眼降水井, 并将喷射混凝土面层延伸到基坑周围地表, 构成喷射混凝土护顶, 防止近处的地表水向下渗透, 同时沿基坑边地面加高, 防止地表水流入基坑内。在基坑底部射排水沟, 将流到排水沟里的水通过集水井排到基坑外。

7 基坑监测

在基坑支护过程中, 建立了监测系统, 进行全过程跟踪监控, 每隔5m布设一个仪器检测点。施工监测内容包括水平位移监测、沉降观测、基坑隆起观测、外观巡视和裂缝观测。