土釘錨桿支護(hù)體系變形特性研究

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長,城市向空間、地下立體化發(fā)展,因而高層建筑、地鐵、地下倉庫以及多種地下工業(yè)與民用設(shè)施等大量涌現(xiàn)。與之相適應(yīng)深基坑工程(H≥7m)越來越多,開挖越來越深,由此而產(chǎn)生了大量深基坑工程,其規(guī)模和深度不斷加大。近年來,以土釘支護(hù)為主,輔以其它補(bǔ)強(qiáng)措施以維持和提高土體邊坡穩(wěn)定性的復(fù)合支護(hù)形式得到了廣泛的應(yīng)用,國內(nèi)許多學(xué)者對其進(jìn)行了廣泛的研究。
　　
　　1復(fù)合土釘支護(hù)
　　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展,全國各地大量的深基坑不斷涌現(xiàn),而基坑支護(hù)工程作為一項(xiàng)臨時(shí)性工程,很多建設(shè)單位不希望投入大量的資金,而造價(jià)相對低廉的土釘支護(hù)方法卻存在著不適合深基坑,以及基坑側(cè)壁變形過大的弊端。隨著基坑支護(hù)理論的提升,國內(nèi)基坑設(shè)計(jì)的方法已經(jīng)逐漸由“強(qiáng)度控制理論”向“變形控制理論”轉(zhuǎn)變[1],這種新的基坑支護(hù)概念不允許基坑出現(xiàn)較大的位移。而錨桿支護(hù)同樣作為一種造價(jià)比較低的支護(hù)手段恰好填補(bǔ)了土釘支護(hù)的這一缺陷,其強(qiáng)大的預(yù)應(yīng)力可以有效的控制坑壁位移,從而保證了基坑的安全和穩(wěn)定。
　　土釘錨桿支護(hù)體系是復(fù)合土釘支護(hù)的一種形式,陳肇元對復(fù)合土釘支護(hù)的定義描述為:復(fù)合土釘支護(hù)就是把土釘與其它支護(hù)形式或施工措施聯(lián)合應(yīng)用,在保證支護(hù)體系安全穩(wěn)定的同時(shí)滿足某種特殊的工程需要,如限制基坑上部的變形、阻止邊坡土體內(nèi)水的滲出、解決開挖面的自立性或阻止基坑底面隆起等。土釘錨桿支護(hù)體系具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)。
　　(1)造價(jià)低廉。土釘錨桿支護(hù)相當(dāng)于將土釘支護(hù)中一部分土釘改成錨桿,材料用量都很少,造價(jià)低,都不需要大型機(jī)械和復(fù)雜工藝。
　　(2)施工速度快。由于施工工藝相似,除了需要施加預(yù)應(yīng)力外,在施工方法上和施工場地、施工機(jī)械方面幾乎與土釘完全相同,沒有特殊的要求,大大縮短了工期。
　　(3)土體變形小,支護(hù)效果好。由于錨桿的預(yù)應(yīng)力,減小了土體的變形,正好彌補(bǔ)了土釘支護(hù)土體變形大的缺陷。可以有效地控制基坑變形,可用于深度較大的基坑,及基坑周圍存在建筑物和地下管線而對位移控制比較嚴(yán)格的基坑。
　　(4)在土釘錨桿支護(hù)體系中,錨桿主動受力,土釘被動受力,土釘和錨桿受力互補(bǔ),這種互補(bǔ)性對于基坑的穩(wěn)定有著非常重要的作用。
　　
　　2土釘錨桿支護(hù)體系監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　2.1 基坑監(jiān)測的目的和意義
　　基坑開挖過程中,基坑內(nèi)外的土體必然會發(fā)生受力狀態(tài)的改變,由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動和主動土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變,即使采取了支護(hù)措施,由此也會引起基坑土體內(nèi)力變化并產(chǎn)生一定數(shù)量的變形。基坑內(nèi)力主要包括:土壓力,樁內(nèi)力,土釘錨桿軸力等;基坑的變形包括:基坑側(cè)壁及周圍土體的豎向位移(沉降)和側(cè)向位移(水平位移),基坑坑底土體的隆起。
　　雖然一定程度上的內(nèi)力和變形是允許的,但是當(dāng)內(nèi)力和變形超出了一個(gè)范圍后,將會對基坑本身以及周圍環(huán)境造成破壞性的影響。因此開展基坑監(jiān)測,對基坑支護(hù)體系,基坑周圍土體以及周圍環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的綜合的監(jiān)測,對于確?；娱_挖工程順利有序進(jìn)行具有十分重要的意義。
　　2.2 基坑監(jiān)測的內(nèi)容和手段
　　基坑監(jiān)測的內(nèi)容包括三個(gè)方面,基坑變形監(jiān)測,基坑周圍環(huán)境監(jiān)測和基坑內(nèi)力監(jiān)測。
　　(1)變形監(jiān)測主要有水平位移觀測,豎直位移(沉降)觀測,深層水平位移監(jiān)測。
　　(2)周圍環(huán)境監(jiān)測包括基坑周圍建筑物、構(gòu)筑物、管道線路水平位移和豎直位移觀測,地下水位監(jiān)測,基坑周圍地面裂縫觀測等。
　　(3)內(nèi)力監(jiān)測有基坑土壓力監(jiān)測,支護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測,土釘內(nèi)力監(jiān)測,錨桿內(nèi)力監(jiān)測等。
　　《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ120―99)根據(jù)安全等級,規(guī)定了應(yīng)測、宜測、可測項(xiàng)目,具有強(qiáng)制性和指導(dǎo)意義。
　　
　　3工程實(shí)例
　　3.1 工程概況
　　本工程場地位于濱州市鄒平縣三八街52號院內(nèi)。該工程占地面積147×97m2?；A(chǔ)埋深為12.5m,基坑支護(hù)形式為土釘錨桿支護(hù)形式。場地位于鬧市區(qū),周邊有交通主干道及地下管線較多,南側(cè)基坑邊線距六層住宅樓約5.0m;東側(cè)基坑邊線距六層住宅樓約6.0m;北、西側(cè)基坑邊線距公路最近約3.0m。
　　場地原為房屋,現(xiàn)已拆除。鉆孔孔口標(biāo)高為49.97m～50.46m,相對高差0.49m。本場地地貌單元為山前平原。
　　為了能充分檢測基坑的變形情況,在基坑的周圍每相隔10m設(shè)置一個(gè)位移觀測點(diǎn),在支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部布置了16個(gè)位移觀測點(diǎn),對基坑周圍的16個(gè)位移觀測點(diǎn),既觀測水平位移,也觀測豎直位移,確?；娱_挖過程中,基坑邊坡及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。
　　3.2 基坑監(jiān)測方法和儀器
　　基坑沉降觀測所采用的儀器為德國天寶公司生產(chǎn)的Dini12數(shù)字水準(zhǔn)儀,測量精度為:每公里往返測高差中誤差0.3mm/km,最小讀數(shù)0.01mm。采用條碼水準(zhǔn)尺,感應(yīng)條碼尺反射的可見光即可測量。先進(jìn)的感光讀數(shù)系統(tǒng):只需讀取條碼尺30cm范圍的條碼即可測量,如遇遮擋,則處于一定時(shí)間的等待狀態(tài),遮擋物移開后,立即進(jìn)行測量。只需一根尺即可進(jìn)行不同遠(yuǎn)近距離的水準(zhǔn)測量,勿需換尺。儀器自動記錄讀數(shù),并能自動進(jìn)行平差計(jì)算,減少了人為讀數(shù)和人為記錄的誤差。
　　基坑水平位移觀測采用視準(zhǔn)線法,在基坑的四個(gè)陰角點(diǎn)位置,布置四個(gè)固定點(diǎn),以四個(gè)固定點(diǎn)為基準(zhǔn)線,利用全站儀在精密鋼板尺上的讀數(shù),來測量變形觀測點(diǎn)與視準(zhǔn)線之間的距離,兩次距離之差,即為水平位移量。水平位移觀測所采用的儀器:瑞士徠卡的TC702全站儀,測角精度為:2″,測距精度為:2mm+2ppm。
　　3.3 監(jiān)測成果及分析
　　齊星名都豪園基坑工程變形監(jiān)測,從2009年6月18日開始布置沉降觀測點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn),6月19日進(jìn)行第一次觀測,到2010年1月12日沉降觀測結(jié)束,共計(jì)觀測50次。
　　(1)沉降觀測的監(jiān)測過程及結(jié)果分析。
　　本項(xiàng)目對于基坑邊坡15個(gè)沉降觀測點(diǎn)的觀測,每次觀測時(shí)每一個(gè)閉合線路的閉合差都控制在1mm以內(nèi),最大閉合差為+0.97mm。最小閉合差為+0.01mm。
　　從基坑邊坡頂部15個(gè)變形點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)來看,最大的沉降點(diǎn)是S14,沉降量為-7.60mm,最小的沉降點(diǎn)是S2,沉降量為-3.14mm。沉降點(diǎn)S1、S2和S5的沉降量在-4mm以內(nèi),其余的沉降點(diǎn)的沉降量都在-5.0mm～-8.0mm之間。沉降變形數(shù)據(jù)比較一致,一方面說明了基坑的沉降變化均勻;另一方面,說明觀測精度較高,數(shù)據(jù)可靠。
　　從沉降曲線上看,在基坑開挖初期(2009年6月初至2009年7月20日),由于基坑內(nèi)部土體的變動,使基坑邊坡頂部的沉降觀測點(diǎn)略的上浮的現(xiàn)象。從2009年7月底以后,基坑邊坡頂部開始下降,但沉降量較小,最大的只有-2.51mm,基坑北側(cè)和東側(cè)變形較大,西南方向變形較小,與基坑的開挖順序一致(當(dāng)時(shí)先開挖的是北側(cè)和西北方向的土體),之后整個(gè)基坑基本上是平穩(wěn)變化,沒有突變的過程發(fā)生?；娱_挖至2009年11月份以后,基坑支護(hù)完成,基坑處于穩(wěn)定狀態(tài),沉降變形較小,基坑穩(wěn)定。
　　(2)基坑邊坡水平位移監(jiān)測結(jié)果分析。
　　本項(xiàng)目基坑水平位移觀測點(diǎn)與沉降觀測點(diǎn)共用,從水平位移觀測數(shù)據(jù)來看,累積位移量最大的水平位移為3mm,最小的只有0mm,也就是沒有累積變化量,從整個(gè)基坑的水平位移曲線來看,變化有正有負(fù),也就是說基坑邊坡頂部的水平位移,有時(shí)向基坑內(nèi)側(cè)移動,有時(shí)向基坑外側(cè)移動,這一方面說明了基坑邊坡頂部的變化與土體的開挖過程有關(guān),另一方面說明基坑頂部的水平位移變形很小,并與沉降觀測數(shù)據(jù)的降浮相一致。但基坑水平位移的總趨勢是向基坑的內(nèi)側(cè)位移較大。與基坑的開挖過程相一致。從水平位移曲線來看,基坑邊坡頂部的水平位移,總體變化不大,累積位移量只有安全域的25%,整個(gè)基坑一直處于穩(wěn)定和安全狀態(tài),基坑至2009年10月以后水平位移曲線平緩,水平位移發(fā)展趨勢緩慢,基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　
　　4結(jié)語
　　從觀測過程及觀測數(shù)據(jù)來看,在基坑施工的整個(gè)過程中,由于土釘錨桿支護(hù)形式的技術(shù)方案可靠,使基坑基本處于穩(wěn)定狀態(tài),保證了基坑開挖和主體建筑施工的安全。其次,土釘錨桿支護(hù)體系作為復(fù)合土釘支護(hù)形式的一種,由于錨桿的預(yù)應(yīng)力對基坑土體的作用,可以有效控制基坑的橫向變形,適合應(yīng)用于周圍場地環(huán)境復(fù)雜的基坑工程中。