桩锚支护结构在深基坑工程中的应用研究
摘要:文章结合深基坑支护工程实例,介绍了桩锚支护结构在深基坑工程中的应用,分析了该工程的重点与难点,决定采用桩锚支护结构方案,介绍了桩锚支护结构设计及施工注意事项,经实践证明,效果良好。
关键词:深基坑;桩锚支护;支护结构
1工程概况及地质条件
1.1工程概况
郑州大学第一附属医院新病房楼工程位于郑州市大学路与建设路交叉口处。工程总建筑面积约12万m2,地下3层,基坑开挖深度为12.9～13.4 m,基坑平面不规则,基底面积约6 500 m2,总土方量约8.5万m3。本工程基坑侧壁安全等级为一级。
1.2工程地质与水文地质条件
①工程地质条件。地貌单元属山前冲洪积倾斜平原, 地形平坦。根据岩土工程勘察报告,场地范围内的土层自上而下分别为:杂填土、粉土、粉土、粉土、粉土、粉土、粉土,其物理力学性质指标如表1所示。
②水文地质条件。场地地下水位类型为潜水,其补给来源主要为大气降水。地下水位埋深18.0～19.0 m,水位年变幅1～2vm,近3～5年最高水位15.0 m左右,历史最高水位14.0 m左右。
2工程重点与难点分析
基坑东侧为金水河,河岸顶边线距离基坑约26 m,金水河内河水在河岸顶面下约4.5 m,金水河河底位于河岸顶面下约5.4 m,河水水量变化大。在基坑开挖过程中,若河堤发生破坏,则河水会沿裂缝渗入或直接涌入基坑,造成工程事故。在该侧选择何种支护结构,如何考虑金水河对基坑的影响是本工程的一个难点。
基坑南侧的锅炉房距离地下室外边线仅5 m,且外侧要设置2 m宽的道路,放坡空间受限。锅炉房西侧的堆煤场地,堆煤高度可达3.0 m,应充分考虑其产生的地面荷载;锅炉房东侧的蒸发池,深约3.0 m,池内有水,为了不使水池产生裂缝而向坑内渗水,设计过程中应注意控制该处基坑侧壁的变形。本工程在施工期间恰好处于冬季,锅炉房会一直处于工作状态,保证基坑南侧的安全是本工程的一个重点。
3基坑支护方案与设计
3.1支护方案
本工程场地地质情况良好,且无地下水影响,为基坑工程的施工提供了良好的水文地质条件,根据基坑的开挖深度、工程地质条件、基坑周边环境条件、基坑侧壁安全等级,经过专家多方论证,并参照郑州地区同类工程经验,决定采用桩锚支护方案。
3.2支护设计
本侧基坑坑深12.9 m,桩顶上部2 m按坡度0.1放坡开挖,在-1.4m处施工排土钉,水平间距1.5 m,外挂φ6.5@250钢筋网,喷80 mm厚C20混凝土面层,坡底设置0.5 m宽平台。
荷载选取:坡顶有道路超载按20 kPa/m2,1号病房楼一层裙房荷载按15 kPa/m2,1号病房楼主楼基础底面处的荷载按150 kPa/m2,护坡桩冠梁平台处的施工荷载按10 kPa/m2。
①护坡桩设计。本工程护坡桩采用钻孔灌注桩,桩长19 m,桩径0.6 m,桩间距1.5 m,桩顶标高-2.4 m,嵌固深度8.1 m。主筋为12根长度19 m直径22 mm的Ⅲ级钢筋,沿桩身均匀配置,主筋在冠梁中的锚固长度为770 mm,主筋接长采用闪光对焊且接头间距不小于1 m。加强筋等级为Ⅱ级,直径16 mm,间距2 m。箍筋等级为Ⅰ级,直径8 mm,间距150 mm。桩身混凝土等级C30,桩身钢筋保护层厚度50 mm。②桩顶冠梁设计。桩顶冠梁截面尺寸800 mm×800 mm,浇注C30混凝土,配16根直径20 mm的Ⅱ级钢筋,冠梁沿护坡桩轴线形成封闭圈。③预应力锚索设计。
设计3排预应力锚索,为避免与1号病房楼桩基础冲突,减少锚索的长度,将该剖面的锚索成孔直径取较大值200 mm,锚索的主要参数见表2。④锚索其他设计要求。对第1、2、3排锚索施加的预应力分别为180 kN、150 kN、200 kN。锚索连梁采用2根25b槽钢,钢垫板尺寸250 mm×290 mm×25 mm,楔型钢板尺寸290 mm×78 mm×25 mm,双层钢板连接件尺寸150 mm×250 mm×15 mm。⑤桩间土保护。在两排锚索间施工土钉,成孔直径100 mm,间距1.5 m,土钉为直径16 mm的Ⅱ级钢筋,长度5m,挂φ6.5@250钢筋网,加强筋φ12与土钉连接,外喷80 mm厚C20混凝土。
4施工注意事项
4.1护坡桩施工
护坡桩通常于基坑开挖前15天左右施工完毕,护坡桩在施工中最主要控制的是桩位和桩的垂直度。桩位控制根据国内现有的施工机械,通常进行适当外放。桩的垂直度控制是施工中控制的关键,一般可控制在6‰左右,施工前应仔细检查钻机的性能。
4.2预应力锚索施工
预应力锚索施工与土方开挖是相互交叉的。一方面土方开挖要为锚索施工提供工作面;另一方面土方开挖必须在锚索等强张拉后才能进行施工。
锚索钻孔前应按设计定出孔位标高,尤其要注意同一排锚索尽量位于同一直线上,以便于后期的腰梁安装。否则,会导致腰梁无法进行整体安装,直接影响锚索的整体受力效果。
腰梁要求通长设置,在转角处尽量不断开,保证其受力的连续性。为保证腰梁与桩有效接触,将垫板放置在腰梁和护坡桩之间,使腰梁尽量保持在同一直线。腰梁安装要求高度一致,在水平方向尽量做到槽钢接头对应。锚索在通过槽钢腰梁中间时居中或稍偏离,不允许接触腰梁。
锚固段浆体强度达到设计强度等级的80%时,可进行预应力张拉。张拉时,宜采用隔一拉一法。正式张拉前,一般取设计拉力的10%～20%,对锚索进行预张拉1～2次,使其与锚具紧密接触,钢绞线完全平直。
5结语
本基坑工程面积和深度均较大且地质条件和周边环境复杂,采用了桩锚支护结构。施工过程中,对基坑进行了全程监测。施工结果表明,基坑周边的建筑物及管线均完好无损,基坑各观测点沉降量及护壁水平位移均满足变形控制指标要求。桩锚支护结构用于深基坑支护工程,是一种经济、可靠、环境适应性强的设计优选方案,只要条件适合,桩锚支护结构在深基坑中的运用必将有良好的发展前景。
参考文献:
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