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综合管廊基坑复合土钉墙支护技术研究

发表时间：2020/2/27 来源：《防护工程》2019年19期作者：魏超德

[导读] 随着我国经济不断的增长，城市的不断的建设，城市地下管线错综复杂，难以管理维修，也对今后城市改建带来难题。

魏超德
        中铁十四局集团有限公司山东青岛 266000
        摘要：随着我国经济不断的增长，城市的不断的建设，城市地下管线错综复杂，难以管理维修，也对今后城市改建带来难题。为统一管理市政管线，集约化利用城市地下空间资源，城市地下综合管廊的建设显得尤为重要。而综合管廊的建设往往是在城区交通繁忙的地段，就必须要求做好综合管廊基坑防护措施，确保基坑安全。现下就以黄岛区江山路与前湾港路城市地下综合管廊基坑支护为例，共同探讨如何做好综合管廊基坑防护，及相关施工要点。
        关键词：基坑支护；综合管廊；预应力锚杆


        1.工程概况
        江山路与前湾港路立交桥，位于黄岛区，采用全苜蓿叶互通立交方案。江山路主线管廊长度约652m，前湾港路综合管廊主线管廊长度约756m。主线管廊采用两舱及三舱断面形式，过路支廊采用单舱形式。管廊总长度约1620m，宽度3.6～10.7m，埋深5～9m。管廊基坑开挖深度5.4～10.1m，基坑支护长度约3300m。
        管廊基坑支护根据场地条件及地质环境等因素因地制宜采取坡率法、复合土钉墙支护体系等支护方案；在地下水位较高或含水量丰富的地段采取双排水泥搅拌桩止水帷幕进行止水；坡面采用挂钢筋网片、喷射混凝土进行护坡。
        2.地质概况
        2.1地层岩性
        根据地表调查和钻探揭露，场地地层主要有第四系全新统填土层及燕山晚期侵入岩层。岩土特征自上而下分述如下：
        ①-1压实填土（Q4ml）：灰黑色～黄褐色，干～饱和，密实，上部0.60m左右为沥青混凝土层；下部为压实填土，主要成分为砂状岩石风化物及粘性土。
        ①素填土（Q4ml）：黄褐色，稍湿，松散～稍密，主要以砂状、碎块状花岗岩风化物为主，有少量粘性土。
        ②中细砂（Q4al+pl）：灰黑色～灰白色，饱和，松散，主要成分为石英、长石，磨圆度较差，级配较好，含有5%～10%的淤泥，味腥臭，局部混有部分粘性土。
        ③粉质粘土（Q4al+pl）：灰黄色～黄褐色，可塑～硬塑，刀切面较光滑，韧性中等、干强度中等。
        ③-1中粗砂（Q4al+pl）：黄褐～灰白色，饱和，稍密～中密，级配较差，磨圆度较差，主要成分为长石、石英。
        ④全风化闪长岩（γ53）：黄褐～灰绿色，稍湿～饱和，密实，块状构造。岩石坚硬程度为软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
        ⑤强风化闪长岩（γ53）：黄褐色～灰绿色，饱和，密实。块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育。主要矿物为钾长石、石英，次要矿物为黑云母。
        ⑤-1强风化花岗岩（γ53）：灰白色～浅肉红色，饱和，密实。中粗粒花岗结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育。主要矿物为钾长石、石英，次要矿物为黑云母。
        ⑥中风化闪长岩（γ53）：灰白色～灰黑色，块状构造，结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，主要矿物为钾长石、石英，次要矿物为黑云母。
        ⑥-1中风化花岗岩（γ53）：灰白色～肉红色，中细粒花岗结构，块状构造，结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，主要矿物为钾长石、石英，次要矿物为黑云母。岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
        2.2水文地质条件
        地下水按赋存方式分为第四系松散堆积层的孔隙水和基岩风化裂隙水。孔隙水与基岩风化裂隙水水力联通，具自由水面，为潜水。中细砂、中粗砂、全风化基岩、强风化基岩为主要含水层，粉质粘土、中风化基岩为相对隔水层。大气降水为主要补给源，以侧向径流排泄和蒸发方式排泄。勘察期间为本地区丰水期，野外实测的稳定水位埋深0.2～3.5m；稳定水位标高2.5～5.35m，历年最高水位3.5～6.5m。根据区域水文地质资料，地下水位年变幅为1m。
        2.3不良地质作用
        根据地表调查和钻探揭露，本场地及其附近，未发现滑坡、崩塌、泥石流及地面沉陷等对建筑物有影响的不良地质作用。
        3.基坑支护设计
        3.1坡率法
        对于基坑开挖位于场地空旷，周边没有其他构筑物影响，并且地质情况良好的地段，从经济上考虑优先使用放坡开挖的办法。充分利用岩土体的自稳性能保证基坑的安全。
        放坡开挖需要注意的是坡面的稳定，尤其是在雨季施工，因此，常在坡面层挂钢筋网片并喷以混凝土护坡。并在其表面以一定比例设置泄水孔，保证坡内积水能顺畅排泄。
        3.2复合土钉墙支护体系
        综合管廊基坑多采用垂直开挖，常采用复合土钉墙支护体系进行支护，即在基坑两侧打入排桩，并用腰梁连接，通过预应力锚杆锚固腰梁，使钢管桩与预应力锚杆形成一个整体，起到联合支护的目的。
        3.2.1施工工艺
        首先进行钢管桩施工，钢管桩采用潜孔锤钻机成孔、高压清孔，钢管安装完成后压力注浆。开挖到一定位置之后进行预应力锚杆施工，预应力锚杆同样采用潜孔锤钻机成孔，15.2mm钢绞线，0.5水泥浆注浆。在这同一高程位置浇筑一道腰梁，等预应力锚杆及腰梁的强度都满足要求之后进行张拉，使钢管桩和锚杆起到共同支护作用。
        3.2.2施工要点及注意事项
        保证钢管桩垂直度，钻杆过程中必须使用定位卡，如发现钻杆倾斜，要及时调整钻杆的垂直度。
        钢管桩及锚杆清孔均利用高压空气清除孔内余渣，清孔时注意遮挡，避免污染周围环境。
        钢管桩及锚杆均采用孔底反向注浆的方式，注浆管一定要深入到孔底，然后浆液从注浆管向内灌入，空气直接排出；注浆结束标准为排出的浆液浓度与灌入的浆液浓度相同，且不含气泡时为止。
        ④预应力锚杆要求顺直，杆体自由段设置套管，杆体处露于结构物或岩土体表面的长度应满足冠梁、腰梁尺寸及张拉锁定的要求。清孔完成后尽快地安设预应力锚杆，以防止钻孔坍陷。
        ⑤锚杆的张拉顺序应考虑邻近锚杆的相互影响，千斤顶进行整排锚杆的正式张拉时宜采用跳拉法或往复式拉法，以保证钢绞线与横梁受力均匀。
        4.预应力锚杆验算
        4.1选定参数
        选取管廊基坑4剖面为验算对象；该段基坑深度为6m，拟采用双排预应力锚杆。杆体均采用2?s15.2钢绞线，截面积为280mm2，承载力设计值为240KN，锚杆水平间距3m。锚固体抗拔安全系数1.8，锚杆杆体抗拉安全系数1.6，锚固段5m。
        4.2杆体和锚固体截面面积计算

        ；锚杆截面积满足要求
        Kt—锚杆杆体的抗拉安全系数；
        Nt—锚杆的轴向拉力设计值（KN）；
        fptk—钢绞线的抗拉强度标准值（Kpa）；
        4.3锚固段长度计算


        取较大值：；锚固段长度满足要求
        K—锚杆锚固体的抗拔安全系数；
        Nt—锚杆的轴向拉力设计值（KN）；
        La—锚杆的锚固段长度（m）；
        fmg—锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值（kpa）；
        fms—锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值（kpa）；
        D—锚杆锚固段的钻孔直径（mm）；
        d—钢筋或钢绞线的直径（mm）；
        —采用2根或2根以上钢筋或钢绞线时，界面的粘结强度降低系数；
        —锚固长度对粘结强度的影响系数；
        n—钢筋或钢绞线根数。
        结束语
        综合管廊基坑支护措施要因地制宜，结合施工场地地质情况合理采取支护措施。在保证安全的前提下优化施工方案，做到设计合理，施工可行。
        参考文献：
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        [3]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家标准.建筑边坡工程技术规范     GB50330-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013
        [4]黄涛.联合支护体系在复杂深基坑工程中的应用[J].铁道建筑技术，2016（9）：105-108.
        [5]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家标准.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范GB50086-2015[S].北京：中国计划出版社，2015


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        图4 不同锯切速度对应的端部组织
        Fig 4 The end structure of different saw cutting speeds
        由上述数据分析可知，随着锯片进给速度提高（锯切效率提高），钢材端部硬化层的深度明显减少。为进一步确保交货材料的质量，交货前又安排一道端部轻微倒角的工序，倒角的宽度可达到≥0.10mm，通过倒角工艺，可以有效消除材料端部角部处的马氏体层，如图5所示。工艺参数改进后，目前55Cr3已稳定向该客户供货，并再无此类质量异常反馈。

        图5 倒角示意图
        Fig 5 Chamfering diagram
        4.结论
        ⑴客户在使用55Cr3棒材进行银亮工艺扒皮处理时，刀具在车削过程中会异常损坏，常规位置处的金相组织及硬度均未见异常，端部组织发现有马氏体硬化层存在，硬脆的马氏体组织是造成刀具损坏的直接原因。
        ⑵提升锯切效率可有效减少锯切时产生的热量，分别进行不同锯切效率的锯切试验，结果发现随着锯切进给速度的提高，端部的硬化层深度明显减少，当锯片线速度为85m/s、锯片进给速度为41mm/s时，端部马氏体层深度降至0.06mm。
        ⑶交货前对锯切棒材再安排一道轻微的倒角工序可进一步消除棒材端部角部处的马氏体层。




        参考文献：
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