【文章內容簡介】 塊。 10 西華大學畢業(yè)設計說明書 現場工程概況 四川省美術館新館位于成都市天府廣場北側 ，其基坑開挖深度 7 米。上層為雜填土， 18?? ， kPa? /KN m? ? ，厚度 米以內，下 層為沖粉質粘土， ?? ， kPa? ， ?? 3/kNm ，地基承載力標準值 ? ? 280kPa? ? 。 11 西華大學畢業(yè)設計說明書 3 降水及土釘墻支護結構 降水設計 降水井結構與技術要求： 降水井采用內徑為 300mm 的鋼筋混凝土井館。井結構為：每口井上部 7根井壁管，下部 3 根濾水管（注： 每根井管長度均為 ）。成井時要求井孔應圓切垂直，井孔直徑 600mm。井管焊接牢固，安裝垂直。填礫采用規(guī)格6~12mm 礫石。洗井采用活塞和空壓機聯(lián)合洗井，確保洗井質量，達到出水含砂率小于 1/20210，最終抽水設備正常運行群井出水含砂率小于 1/10000. 抽水設備選擇 根據計算結果和設計降深，降水時選擇 QS 型潛水泵，流量 60m2/h，揚程40m。 降水，排水方案 （ 1） 基坑開挖前完成抽、排水系統(tǒng)安裝。排水主管口徑 22cm，支管口徑12cm，均為鐵管。 （ 2） 根據現場條件在適當的位置設置 3 個沉沙池。 沉沙池長 ，寬 ，高 ，中間設兩道隔墻。井內抽出的地下水經過沉砂池沉淀后流入業(yè)主指定的排水口。地表排水系統(tǒng)保證無泄漏。 （ 3） 出水口設在南邊大門處（東，西側各一眼 ）和西華門街基礎東北角。 （ 4） 降水期間，現場安排專人看守，負責降水、排水系統(tǒng)的正常運轉、臺班記錄及日常維護。 基坑降水對周邊的影響評價 基坑降水對周邊影響，主要表現在兩個方面，其一，地下水位下降會引起地基土有效應力增加，使土體產生附加壓縮變形，但這種變形應具備的條件是基底以下有效厚的常處于地下水位以內的高壓縮性土 。根據本場地巖土工程勘察報告表明，地基土為地壓縮性的沙卵石土層，因而基坑降水引起的土體有效應力增加產生的地基土附加變形非常小，可忽略不計。 12 西華大學畢業(yè)設計說明書 其二，地下水位的降低 在基坑附近形成較大的水力坡度，致使地層中的細小顆粒將隨水流流失，產生潛蝕嗯和管涌現象，引起地面沉降變形。本工程設計最大降深 （位于井內，基坑以外地下水位逐漸抬高），降水產生的水力坡度較大，但只要控制好降水井施工質量（特別是濾料質量及填礫厚度），確保降水井出水含沙率滿足規(guī)范要求就能消除因降水導致臨近地基土下沉現象 。 土釘墻支護結構 土 釘墻概述 土釘墻（土釘支護、噴錨支護）是由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴射混凝土面層及必要的防水系統(tǒng)組成的，是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結構。土釘則是采用土中鉆孔，置入變形鋼筋（即帶助鋼筋）并沿孔全長注漿的方法做成。土釘依靠與土體之間的接口粘結力或摩擦力，使土釘沿全長與周圍土體緊密連接成為一個整體，形成一個類似于重力擋土墻結構，抵抗墻后傳來的土壓力和其它荷載，從而保證開挖面的安全。其典型結構如圖 31（ a）所示。 土釘主要作用是約束和加固土體，從而使土體保持穩(wěn)定和整體性。土釘也可用鋼管、角鋼等采用直接擊入的方法置入土中。 土釘墻是用于基坑開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術。由于其經濟可靠且施工簡便快捷，已在我國得到廣泛應用。 (a) (b) 圖 31 土釘墻與重力式擋土墻 13 西華大學畢業(yè)設計說明書 土釘分類及土釘墻的特點與適用范圍 土釘分類 土釘主要可分為鉆孔注漿釘與打入釘兩類。 鉆孔注漿釘是最常用的土釘類型。即先在土中鉆孔，置于鋼筋，然后沿全長注漿，為使土釘鋼筋處于孔的中心位置，周圍有足夠的漿體保護層，需沿釘長每隔 2~3m 設對中支架。土釘外露 端宜做成螺紋并通過螺母、鋼墊板與配筋噴射混凝土面層相連，在注漿體硬結后用扳手擰緊螺母，使在釘中產生約為土釘設計拉力 10%左右的預應力。 打入釘，在土體中直接打入角鋼、圓鋼或鋼筋等，不再注漿。由于打入釘與土體間的粘結摩阻強度低，釘長又受限制，所以布置較密，可用人力或振動沖擊鉆、液壓錘等機具打入釘。打入釘的優(yōu)點是不需預先鉆孔，施工快速，但不宜用于礫石土和密實膠結土，也不宜用于服務年限大于 2 年的永久支護工程。 土釘墻的特點 與其它支護類型相比，土釘墻具有以下一些特點或優(yōu)點： （ 1）能合理利用土體的自承能 力，將土體作為支護結構的不可分割的部分。 （ 2）結構輕型，柔性大，有良好的抗震性和延性。 1989 年美國加州 級地震中，震區(qū)內有 8 個土釘墻結構估計遭到約 水平地震加速度作用，均未出現任何損害現象，其中 3 個位于震中 33km 范圍內。 （ 3）施工設備簡單，操作簡便，土釘的制作與成孔不需復雜的技術和大型機具。 （ 4）施工不需單獨占用場地，對于施工場地狹小，放坡困難，有相鄰地層建筑或堆放材料，大型護坡施工設備不能進場時，該技術顯示出獨特的優(yōu)越性。 （ 5）有利于根據現場監(jiān)測的變形資料，及時調整土釘長度和間距。一 旦發(fā)現異常不良情況，能立即采取相應加固措施，避免出現大的事故，這就能提高工程的安全可靠性。 14 西華大學畢業(yè)設計說明書 （ 6）工程造價低，經濟。據國內外數據分析，土釘墻支護工程造價比其它支護類型的工程造價低 1/3 左右。 （ 7）防腐性能好。土釘由低強度鋼材制作，與永久性錨桿相比，大大地減少了防腐的麻煩。 （ 8）施工速度快，基本不占用施工工期。 土釘墻的適用條件 土釘墻適用于地下水位元以下或經人工降水后的人土填土、粘性土和弱膠結砂土的基坑支護或邊坡加固。 土釘墻宜用于深度不大于 15m 的基坑支護或邊坡維護，當土釘墻與有限邊坡、預應 力錨桿聯(lián)合使用時，深度可增加。 土釘墻不宜用于含水豐富的粉細砂層、沙礫卵石層和淤泥質土，不得用于沒有自穩(wěn)能力的旖旎和飽和軟弱土層。 土釘墻的構造 （ 1）土釘墻可用于高度 15m 以下的基坑和邊坡，常用高度為 5~12m，斜面坡度為 60176。 ~90176。，土釘墻墻面坡度不宜大于 1： 。 （ 2）土釘墻均是分層分段開挖，每層開挖高度一般為 ~，常與土釘豎向間距相同。每層開挖的縱向長度，由施工方案確定，常用 10m 長。 （ 3）土釘的長度由計算確定，一般情況下注漿式土釘長度為 ~，打入式土釘為 ~。 （ 4）土釘經常均勻布置在坡面中，間距宜為 1~2m， 土釘的傾角一般為 5186。~20176。 （ 5）土釘鋼筋宜為Ⅱ級以上變形鋼筋，鋼筋直徑在 16~32mm 之間，常用25mm；鉆孔直徑一般為 70~120mm，常用 100mm。 （ 6）注漿材料宜用 1： 水泥漿，強度等級不宜低于 M10，可加入各種外加劑。 15 西華大學畢業(yè)設計說明書 （ 7）噴射混凝土面層厚度一般為 80~200mm，常用 100mm，噴射混凝土強度不宜小于 C15。面層中宜配置直徑 6~10mm 的鋼筋網，間距宜為150~300mm。 （ 8）為保證土釘與噴射混凝土面層的連接和 錨固，常采用設置承壓墊板和焊接鋼筋骨架等方法，墊板下常配置分布鋼筋和加強連接鋼筋，以分散噴射混凝土面層的應力。 （ 9）沿土釘長度應設置定位器，定位器件距宜為 1~2m。 （ 10）土釘可為臨時性土釘和永久性土釘。對永久性土釘來說，要做好防腐工作，因此其構造與臨時性土釘有所不同。打入式土釘一般用于臨時性工程，其端頭構造與注漿土釘相似。其典型的構造如圖 32 所示。 土釘鋼筋注水泥漿噴射混凝土墊板鋼筋網螺母鉆孔定位器注漿管 （ a）臨時性土釘構造 第一層噴射混凝土水泥注漿鋼筋網第二層噴射混凝土墊板螺帽土釘塑料套管（內空距50mm ）套管定位器（間距2m)注漿管鉆孔 （ b）永久性土釘構造 圖 32 土釘的典型構造 16 西華大學畢業(yè)設計說明書 土釘支護原理與方案設計概則 土釘支護原理 在非支護與支護條件下土體單層、多層及整體穩(wěn)定性分析、校核基礎上，通過逐層下挖基坑，逐層進行土釘超前支護，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度，變土體荷載為支護結構體系的一部分，最終達到安全、經濟的圍護深基坑邊壁整體穩(wěn)定性之目的。 假設一般土層是由較均勻、疏松的各向同性介質所構成?；?開挖產生臨空面后，非支護條件下的邊壁土體隨后產生變形直至滑移破壞、其破壞模式為圓弧型。層狀結構巖體穩(wěn)定主要受層面結構面控制，可能產生平面或崩塌破壞模式。節(jié)理裂隙巖體的穩(wěn)定主要受裂隙結構面所控制，可能產生契形破壞模式等。 實驗研究證明，圓弧滑移面的最終形成有一個萌生 — 發(fā)展 — 完成的演變過程，它受控于介質物理學性質，并與掘支方法及效率、基坑空間尺度、水患條件、施工質量和管理水平等密切相關。 由地幔形成機制及地層地質歷史差異的原因，任一深基坑邊壁幾乎都不是由某單一介質所構成。但坑壁的穩(wěn)定主要為某一層或某幾層相對最軟 弱介質的穩(wěn)定所制約，故任一深度基坑邊壁均可以該介質為基礎進行近似的偏于安全的穩(wěn)定性分析。 在某一開挖深度條件下，坑壁產生滑移具有某種隨機性，即可能出現滑移線簇。但最危險和最先產生的滑移線只有一條，稱之為優(yōu)勢滑移線，相應的滑移面稱為優(yōu)勢滑移面。 如圖 33： 17 西華大學畢業(yè)設計說明書 H優(yōu)勢滑移線y 圖 33 滑移線簇 優(yōu)勢滑移線隨基坑下挖而轉移，因而在不同開挖深度上具有不同的優(yōu)勢滑移線，從而形成優(yōu)勢滑移線簇。但任一確定深度的基坑邊壁之最先產生、也是最危險的優(yōu)勢滑移線只有一條，稱之為優(yōu)勢滑移 控制線，相應的滑移面稱為優(yōu)勢滑移控制面。如圖 34： k優(yōu)勢滑移控制線優(yōu)勢滑移線簇y 圖 34 優(yōu)勢滑移線族 滑移體實際下滑以優(yōu)勢滑移控制面的最終形成為前提。優(yōu)勢滑移控制面產生初期，以地面出現滑移性裂縫和區(qū)間高變形速率為先導，并以一定的變形速率發(fā)展變化。采用具有足夠“縫合強度”的土釘（管、索、栓）逐次超前“縫合”優(yōu)勢滑移控制面，則此滑移面將不會萌生，或不致發(fā)展和形成（如圖）。 如圖 35： 下圖是由優(yōu)勢滑移線簇與土釘（管、索、栓）共同組成的一張網格圖，稱為經緯圖。 18 西華大學畢業(yè)設計說明書 k土釘（管、索、拴）優(yōu)勢滑移控制面的(n 1)次超前縫合y 圖 35 經緯圖 穩(wěn)定性分析是做出工程支護參數設計及典型經緯圖的基礎。穩(wěn)定分析要考慮單層、多層和整體穩(wěn)定性，前者依次為后者所包容。多層穩(wěn)定和整體穩(wěn)定均須考慮（ n1）次超前縫合效應。 監(jiān)控是深基坑土釘支護法不可或缺的組成部分。監(jiān)控的目的是驗證設計的科學性和合理性，以及施工的可行性和可靠性。其綜合目標是達到基坑邊壁滿足設計要求的整體穩(wěn)定性，以便必要時進行設計、施工修改。 檢測參數有多種：支護結構應力、應變、土體壓力、邊壁變形以及臨近建筑物傾斜等。其中邊壁變形是控 制性的。依參照點設在地面或坑內，理想的變形時程曲線有對稱的兩支，如圖 36（ a）所示。否則就是反常的或不收斂的，如圖 36（ b）所示。對此，需引起設計施工人員充分注意。 0（ a )收斂地面坑內t( b )不收斂t0 圖 36 理想（反常）變形時程曲線 19 西華大學畢業(yè)設計說明書 土釘方案設計的必要條件 工程地質及區(qū)域地質勘察數據 它包括 ~ 倍基坑深度范圍內各類巖、土層的物理力學性質，主要是介質類別、巖性、天然含水量（ W）、天然密度（ ρ）、飽和度（ St）、孔隙比（ e）、液限（ Wl）、塑限（ ωp）、塑性指數（ Ip）、液性指數（ Il）、壓縮模量（ Es）、粘聚力（ c）、內摩擦角（ φ）、波速（ vs）、標準貫入（ N）、地下水狀況及其滲透性、巖石結構面充填狀況及其性質、區(qū)域地震的震級及地震烈度資料等。這些是方案設計的最基本集料。 工程條件及周圍環(huán)境 它包括： ① 基坑幾何尺寸或特征尺寸； ② 地下管線分布情況（尺度、埋深、距邊壁的距離等）； ③ 鄰近已建高層建筑物或民房分布狀況及相應基礎形式； ④ 鄰近市政工路等級，最大車載及其它特殊建筑如鐵塔、高壓電線桿、橋墩等的情況； ⑤ 鄰近山體或江河湖泊條件等。 確定擬建工程基坑邊壁破壞模式 不同的介質、不同的工程環(huán)境及地下水條件，可產生不同的邊坡破壞模式。不同的破壞模式決定不同的穩(wěn)定分析方法和不同的支護參數設計。因此，在方案設計之前，須認真分析并確定相應的邊壁（坡）破壞模式。 工程保養(yǎng)期 工程保養(yǎng)期由投資方根據擬建工程需要提出。保養(yǎng)期與支護參數密切相關。保養(yǎng)期愈長，支護參數一般應愈強，因而造價愈高?；舆叡诒ｐB(yǎng)期一般較短，為 3~6 個月，最長不宜超過 12 個月。邊坡保養(yǎng)期一般較長，通常是永久性的。這是基坑邊壁與巖土邊坡支護的重要區(qū)別之一。 基坑邊壁最大允許變形量 一般城建管理部門對基坑邊壁最大允許變形量有明確要求，特殊情況下，投資方可根據本身工程需要提高或放寬這一要求，已達到特定目的或獲得更 20 西華大學畢業(yè)設計