土釘與錨桿聯(lián)合支護的設計和施工

1、土釘與錨桿聯(lián)合支護的設計和施工    1、工程概況    該工程位于北京大學校園內，擬建建筑為24層框架結構塔樓，附設4層結構裙樓，24層塔樓基坑深度為地面以下11.3m，裙樓基坑深度為地面以下7.88m.場地地層主要有人工填土、第四紀沖洪積成因的粘性土、粉土等組成，依上而下為：    （1） 人工堆積層（厚約2.0m）    （2） 砂質粉土、粘質粉土層（厚約2.0m）    （3） 粉質粘土、重粉質粘土層（厚約1.0m）  

2、;  （4） 粉質粘土、粘質粉土層（厚約5.0m）    （5） 砂質粉土、粉砂層（厚約2.0m）    （6） 粘質粉土、砂質粉土層（厚約5.0m）    2、工程設計    本工程由主樓和裙樓組成，并要求在基坑四周保留一個循環(huán)車道?；又ёo設計采用了土釘墻和樁錨相結合的方案。裙樓全部采用常規(guī)土釘墻施工方案；在主樓的西南角設置16根護坡樁，其余地方采用土釘與預應力錨桿相結合的設計方案。    （1） 降水方案：采用大口徑管井和砂井相結

3、合的降水方案。    主樓井深26.0 m，井距為9.00 m.自滲砂井孔深24.0 m，孔距為3.00m。    裙樓井深16.0 m，井距為9.00 m.自滲砂井深14.0 m，井距為3.00m。    （2） 基坑支護設計方案    a） 樁錨設計方案    樁頂位于地表處，樁徑：600，樁長：16.00 m，樁中心間距：1.2m；    主筋： 725622，采用級熱軋鋼筋，通長不均勻配筋； 

4、60;  加強箍筋：142000；螺旋箍筋：6200；    樁身使用C25砼，鋼筋保護層厚度50mm；    錨桿位置：地面下4.50 m；    錨桿布置按“兩樁一錨”，即錨桿間距2.4 m；    錨桿體自由段長度為：5.0 m；    錨桿錨固段長度為：17.0 m；    錨桿總長度為：22.00 m；    錨桿體選用d15普通松弛鋼絞線，配置3 d15鋼絞線；鋼絞

5、線抗拉強度標準值：fptk1570N/mm2；    樁頂設置圈梁，圈梁為 600×400，配主筋為622，在距西南角西側和南側各3m處設置600×400斜梁，斜梁配筋為1222。砼強度為C25。    b） 主樓土釘墻設計方案    基坑按1：0.1放坡。    第一排土釘在地面以下1.50的位置。    第一排土釘水平間距為1.2m，其余各排土釘水平間距為1.5m，土釘垂直間距為1.5m，土釘傾角15°，土釘主筋

6、為22。    第二、三排采用預應力錨桿，第二排預應力錨桿的鎖定荷載為60KN.第三排預應力錨桿的鎖定荷載為100KN。    面層加強鋼筋為14，土釘成孔直徑不小于100mm，面層混凝土厚度不小于100mm，土釘（錨桿）的具體長度如下：    第1排土釘長9.00 m    第2排錨桿長12.00 m    第3排錨桿長12.00 m    第4排土釘長9.00 m    第5排土釘長

7、7.00 m    第6排土釘長6.00 m    第7排土釘長6.00 m    c） 裙樓土釘墻設計方案    基坑按1：0.1放坡。    第一排土釘在地面以下1.50的位置。    第一、二排土釘水平間距為1.2m，其余各排土釘水平間距為1.5m，土釘垂直間距為1.5m，土釘傾角15°，土釘主筋為22.土釘的具體長度如下：    第1排土釘長8.00 m &#

8、160;  第2排土釘長8.00 m    第3排土釘長7.00 m    第4排土釘長6.00 m    第5排土釘長5.00 m.    3、工程施工    （1） 降水    a） 主樓的降水井較深，已經進入了卵石層，而裙樓的降水較淺，沒有進入卵石層。降水井點施工完成以后，經過抽降，發(fā)現(xiàn)主樓降水井的自滲效果較好，即使在不抽水的情況下，其水位也穩(wěn)定在地面以下16m左右。而裙樓的降水井幾乎沒有自滲作用，接

9、電抽水以后，經過幾分種水泵即斷流，說明降水井的補給供不上水泵的流量；但停泵以后，經過一段時間降水井的水位又回升上來了。    b） 經過開挖檢驗，發(fā)現(xiàn)基槽底部沒有滯水，說明降水效果良好。但在土釘錨桿施工過程中，主要是第三排錨桿和第四排土釘施工時，隨著土釘深度的增加，土釘施工過程中所帶出的土體由潮至濕、到最后成為稀泥，有的孔在土釘錨桿施工以后，有水從孔中流出，有的孔出水太大甚至無法注入水泥漿。在土釘墻施工完成以后，仍有5-6個錨桿孔流水，有的孔中的水流還帶有壓力，一會兒水量大，一會兒水量小，怎樣會出現(xiàn)這種情況，經分析認為主要是由于土體的不均勻性、土體中存在裂隙所引起

10、的，土釘錨桿施工時遇到了地下滲水途徑很可能引起這種情況。    （2） 支護施工    a） 由于錨桿較長（22 m），其長度超過了降水的有效范圍，在錨桿施工過程中，當錨桿長度超過9m以后即有稀泥流出。為了保證施工質量，確保錨桿的鎖定荷載，為此采取了一定措施：對設計方案作了適當修改，由原來的兩樁一錨改為一樁一錨，把錨桿的鎖定荷載相應降低；確保從孔底注漿，注漿時用清水把泥漿從孔底頂出，并把孔壁泥漿破壞，然后從孔底注入素水泥漿；在素水泥漿中加入適量膨脹劑，以充分破壞孔壁泥漿，確保施工錨桿能滿足張拉鎖定荷載的要求。  &

11、#160; b） 在土釘墻施工時，一定要把鋼筋網片位于噴射混凝土的中間，特別對于第二、第三錨桿來說更為重要，因為錨桿需要施加預應力，如果不把鋼筋網片居中，錨桿張拉鎖定時，噴射混凝土面層會被壓裂。    c） 在土釘和錨桿的施工時應做好保護架的綁接、焊接工作。在降水后的土釘墻支護施工中，由于降水效果及降水有效范圍的影響，土釘（錨桿）孔中往往有水及泥漿，如果土釘（錨桿）的保護架間距太大或制作不合理，往往會造成土釘（錨桿）的保護層不夠，甚至根本沒有保護層，土釘直接放在泥漿中，對土釘墻施工質量造成嚴重不良影響。    4、出現(xiàn)問題的解決

12、60;   （1） 施工過程中出現(xiàn)的問題    在主樓西南角的護坡樁施工完成以后，即開挖土方，開始土釘墻支護施工。按設計方案及施工要求，一切均順利進行，至5月31日裙樓的第四排土釘已經完成，主樓的第五排土釘也已施工完成，經過變形觀測沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形。在主樓第五排土釘墻施工時，由于土體的裂隙很發(fā)育，清土錨噴時出現(xiàn)了一定的坍塌，對此采取了一定的措施，通過減少開挖工作面，加快錨噴施工速度，使坍塌的地方及時得到了處理，并保證噴射面層的后面沒有空洞存在。這時候的變形觀測結果表明西側邊坡只有5mm的變形，南側的變形較大，約有13 mm。 

13、60;  1998年6月1日下了一場大雨，雨量太大，工地四周的雨水管道都滿了。由于現(xiàn)場雨水較多，土方無法開挖，到6月3日才開挖西側下一步土方，施工主樓第6 步土釘墻。為了防止土方開挖以后土體坍塌，連夜進行噴射施工，到凌晨 2 時才完畢。6月4日早晨6時，基坑西側邊坡外1.5 m處出現(xiàn)裂縫，和西側邊坡平行，從護坡樁附近一直到裙樓處，而且發(fā)展速度較快，到8時裂縫已很明顯，經過經緯儀器測量發(fā)現(xiàn)，這時候西側變形已有30mm左右，但沉降量更大，最大處約有100 mm左右，距離護坡樁約1.5 m的部位沉降和變形最大，向裙樓方向逐漸減少，且以4 mm/h的速度發(fā)展。經過8個小時左右的觀測，發(fā)現(xiàn)變形

14、速度減少了，但變形并沒有穩(wěn)定，最后于6月4日下午3時用挖掘機把這部分回填至地面以下6m的位置。    （2） 處理措施    事情發(fā)生后有關單位的專家對工程進行了分析討論，認為應采取以下措施：用挖掘機把這部分進行回填，確保不出現(xiàn)惡性安全事故；對西側兩排錨桿重新進行鎖定，以檢驗在如此大的變形情況下錨桿是否破壞。經過重新張拉鎖定，發(fā)現(xiàn)西側兩排錨桿完好如初，沒有發(fā)生破壞。    根據現(xiàn)場破壞情況及錨桿的檢驗情況，認為破壞是由于某種原因造成土釘墻局部下座、土釘墻體剛度不足以抵抗下挫力造成的。故采取了如下加固措施：

15、    a） 在第二排錨桿與第三排錨桿之間及第三排錨桿下40cm，增加兩排9m的土釘，土釘間距為1.2m.在護坡樁附近沉降變形最大的部位，在第二排錨桿上部40cm處增加15根土釘，并用加強筋將其連接。土釘鋼筋用32，加強鋼筋用22。    b） 上述兩排土釘施工結束后，在原第五排每兩個土釘孔的中間加一個長6 m、直徑2英寸的鋼管型土釘。    c） 在施工完上述鋼管型土釘后，用加強筋將其連接。然后分段向下開挖，剪開先前所掛鋼筋網，清除浮土，并填實，重新掛網噴射混凝土。   

16、d） 在原第六排土釘與第七排土釘之間加打一排6 m長的土釘，土釘水平間距為1.2 m。土釘鋼筋用22。    加固方案施工完畢以后，6月14日開挖最后一步土釘，經過變形觀測發(fā)現(xiàn)，土方開挖完畢以后又有10mm左右的變形。但支護施工完成以后，觀測沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形，這和預先分析的結果比較一致。    （3） 原因分析    一般情況下土釘墻支護結構的變形及破壞有以下幾種：在非預應力土釘墻支護結構中，在預定的滑裂面附近出現(xiàn)裂縫，這是土釘墻施工中的正常情況；土釘墻局部發(fā)生破壞，這可能是由于噴射混凝土面層滑落造成的

17、，也可能是由于加強鋼筋焊接不牢引起的；土釘墻整體破壞，這可能是由于土釘設計過短或別的原因引起的。但象本工程發(fā)生的破壞形式還很少見。在分析事情發(fā)生的原因時，存在著很大的爭議，矛盾的焦點集中在支護模式上：一種意見認為土釘和錨桿相結合的模式在理論上行不通，土釘是非預應力的，錨桿是通過施加預應力來限制其變形的，兩者是矛盾的；而且土釘（22鋼筋）是剛性的，錨桿（鋼絞線）是揉性的。這些是引起事故的主要原因。    筆者認為巖土工程特別是基坑支護是一門實踐性很強的學科，經驗對工程設計和施工很重要。實踐是檢驗真理的唯一標準，模式的正確與否應由實踐來檢驗。筆者也考慮到土釘和錨桿受力

18、原理的差異，在施工中盡可能把錨桿張拉的時間向后放，以便土體有一定的變形，土釘有一定的受力后，再進行張拉，而且第二排錨桿張拉的荷載較小，第三排錨桿張拉的荷載較大，當施工到地面以下 6.0 m時才進行了兩排錨桿的張拉鎖定。在同一工地，使用同一設計方案、同一施工工藝，南側邊坡完整良好，西側邊坡出現(xiàn)了這種破壞，筆者認為土釘和錨桿相結合的模式不是造成基坑西側邊坡下座的主要原因，在以后的施工中也證實了筆者的觀點?；又ёo完成以后，施工單位在硬化基坑四周的環(huán)形路面時發(fā)現(xiàn)，在基坑西側沉降變形最大的地方附近有一個雨水井，主管道一側是通的，和別的雨水井相連，另一側堵死了，有一個小管道直接通向基坑邊坡。這種情況發(fā)現(xiàn)后，筆者作了認真分析，認為雨水的大量灌入是造成事情發(fā)生的主要原因。在基坑西側1.5m以外地下有一道磚墻，可能是原先某一結構的外墻，其