超前微型鋼管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)在高邊坡中的應(yīng)用
[關(guān)鍵詞]超前支護(hù)；高邊坡；噴錨；微型鋼管樁；監(jiān)測
一、工程概括
廣州國際羽毛球培訓(xùn)中心工程場地位于山麓附近，地勢較高，大部分位置被山體覆蓋，局部地段經(jīng)人工挖填，地貌單元屬山前剝蝕地貌。項目由運動員公寓和體育館組成，其中運動員公寓B區(qū)段平面呈長方形，樓高五層；C區(qū)段平面呈“S”形，樓高三層。B區(qū)段的坡底絕對高程為35.00m，C區(qū)段的坡底絕對高程為44.30m，兩區(qū)段高差9.30m（二層），C區(qū)段基礎(chǔ)高度1.60m,實際高差達(dá)10.90m，且兩區(qū)段平面僅設(shè)置10㎝寬的變形縫，高邊坡支護(hù)的穩(wěn)定性對C區(qū)段建筑物的結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要�！ �
二、工程地質(zhì)
本工程場地內(nèi)殘積土由燕山期花崗巖風(fēng)化而成，土性為砂質(zhì)粘性土，粘性較差，殘積土具遇水軟化、崩解的特性；風(fēng)化巖為燕山期花崗巖，按其風(fēng)化程度不同可分為全風(fēng)化、強風(fēng)化和微風(fēng)化三個巖帶，全風(fēng)化及強風(fēng)化巖的巖芯呈半巖半土狀，手捏易散且?guī)r質(zhì)遇水軟化、崩解的特性。廣州地區(qū)花崗巖中“球狀風(fēng)化”現(xiàn)象發(fā)育，場地內(nèi)見較多“孤石”露頭。孤石的存在對基礎(chǔ)施工及樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性均影響較大。
三、邊坡支護(hù)方案選擇
邊坡支護(hù)的方案有放坡、護(hù)坡樁、錨桿、噴錨等，各種方案有其優(yōu)點和局限性，因此，合理選擇支護(hù)方案是保證邊坡支護(hù)工程質(zhì)量和施工安全的關(guān)鍵。本工程在深入掌握和研究已有工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多種方案的分析，論證與優(yōu)化。
1、多方案比較
依據(jù)工程地質(zhì)狀況和現(xiàn)場實際情況，本邊坡支護(hù)可采用三種不同的支護(hù)方式進(jìn)行選擇，即①放坡—噴錨；②沖孔樁—錨桿；③超前微型管樁—噴錨。三種支護(hù)方式經(jīng)濟、技術(shù)對比如下表：
多方案經(jīng)濟、技術(shù)比較表
支護(hù)方式 放坡—噴錨 沖孔樁—錨桿 超前微型管樁—噴錨
技術(shù)比較 C區(qū)段部分處于懸空狀，對于主體結(jié)構(gòu)要求高。 場地內(nèi)見較多“孤石”，施工周期長。 采用MGJ-50型錨固鉆機，穿透能力強。
經(jīng)濟對比 41萬元 125萬元 62萬元
綜合評價 對于后續(xù)主體工程的施工影響大。 費用昂貴，施工周期長。 造價合理，施工速度快。
由于C區(qū)距離邊坡較近且邊坡陡而且高，如采用沖孔樁—錨桿進(jìn)行支護(hù)，因場地內(nèi)見較多“孤石”，使沖孔樁施工周期長。同時施工場地狹小，邊坡陡而且高現(xiàn)場無放坡可能。因此綜合考慮各種不利因素后選擇超前微型管樁—噴錨進(jìn)行高邊坡的支護(hù)。超前微型管樁—噴支護(hù)技術(shù)除符合現(xiàn)場條件且具有安全穩(wěn)定性好、節(jié)省投資的優(yōu)點外，由錨桿、鋼管微樁、噴射混凝土面層及預(yù)應(yīng)力共同形成的一種新的支護(hù)體系還具有以下優(yōu)勢：①增加鋼管樁能增強邊坡的整體穩(wěn)定性，有效控制邊坡的沉降變形；②能夠控制C區(qū)基礎(chǔ)及主體期間的邊坡穩(wěn)定，防止局部邊坡土體坍塌；③能夠有效分散個別錨桿失效而產(chǎn)生的集中應(yīng)力，形成整體支護(hù)效應(yīng)。
2、超前微型管樁—噴錨的支護(hù)技術(shù)
超前微型管樁—噴錨的支護(hù)技術(shù)是在高邊坡支護(hù)工程中，通過首先預(yù)置小直徑樁即微型樁，以達(dá)到限制噴錨開挖過程中的土體變形目的，然后通過對微型樁及噴錨墻面層施加預(yù)應(yīng)力作用，提高護(hù)坡面的表面剛度，使整個邊坡形成一個整體，它對控制坡面位移、地面沉降、防止土方開挖過程中局部出現(xiàn)坍塌以及控制每層開挖到支護(hù)前這段時期內(nèi)的位移、抗傾覆方面都有重要的作用，達(dá)到限制噴錨支護(hù)體系總體變形較大的目的。在場區(qū)條件對支護(hù)體系變形要求較嚴(yán)格而又不具備做樁錨支護(hù)的實際工程環(huán)境中被廣泛使用�！�
四、超前支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
1、計算依據(jù)
超前支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎必須滿足下式：
超前支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗剪強度必須滿足下式：式中：
Mc:當(dāng)施工開挖至第i層土釘位置時，該處土的水平土壓力Pmi作用于超前支護(hù)結(jié)構(gòu)上引起的彎矩；
�。寒�(dāng)施工開挖至第i層土釘位置時，該處土的水平土壓力Pmi作用于超前支護(hù)結(jié)構(gòu)上引起的水平剪應(yīng)力；
Sc：超前支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平間距；
hxi：第i層土釘?shù)膽铱崭叨取?/p>
2、計算實例
以本工程邊坡支護(hù)的3-3剖面超前支護(hù)計算為例，為簡化計算，以錨桿受力反向考慮土壓力。其中受力最大的是第二層的預(yù)應(yīng)力錨桿P＝170kN，錨桿間距d＝1.5m，超前微型樁的間距Sc＝0.75m，懸空高度為hx2＝1.2m。
則每延米水平土壓力為：Pmi＝Pcos15。/d＝170×cos15。/1.5＝110kN/m則
超前微型樁采用Φ114×3的鋼管，超前支護(hù)抗彎由鋼管和混凝土共同承受，需要考慮鋼管內(nèi)部的混凝土，因外壁鋼管對內(nèi)部混凝土的束縛作用，可以將其看成是圓形鋼筋砼結(jié)構(gòu)受彎，其受彎承載力根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)7.2.6計算：
�。�1）
�。�2）
其中：
A：圓形截面面積；
As：全部縱向鋼筋的截面面積；
r：圓形截面半徑；
rs：縱向鋼筋重心所在的圓周半徑；
1:系數(shù)，取1=1.0
：對應(yīng)受壓區(qū)混凝土截面面積與全部縱筋的圓心角與2π的比值，取1/3，即受壓區(qū)為迎土側(cè)的半圓；
t：縱向受拉鋼筋截面面積與全部縱向鋼筋截面積的比值，取1/3；
綜合（1）(2)可求得：[Mc]＝7.8kN.m>Mc
超前支護(hù)受剪是鋼管承受，抗剪不用考慮鋼管內(nèi)部的混凝土：
[]=fvA＝125×3.14×（1142-1112）/4＝66.3kN>
綜上，鋼管受力滿足要求。
五、超前微型管樁—噴錨支護(hù)的施工
1、超前微型管樁
超前微型管樁通過機械成孔，經(jīng)清孔后，安裝沖孔鋼管，再在孔中插入注漿管道，按設(shè)計所要求的水泥漿液進(jìn)行壓力注漿所形成的樁。
微型樁的施工一般按以下工序進(jìn)行：定位和校正垂直度→成孔→清孔→安放鋼管→注漿成樁。結(jié)合本工程實際，簡述超前微型管樁的施工。
�、俪拔⑿蜆队勉@機成Φ150的孔，成孔間距為750，成孔垂直偏差不大于1%，用水清孔，直到孔口返出清水后，在孔內(nèi)灌注42.5R純水泥漿，水灰比為0.5～0.55。
②灌漿后在孔中內(nèi)置Φ114×3的鋼管。一次注漿初凝前（約4～8小時）進(jìn)行二次補漿，將水泥漿收縮部分填滿。
�、鄢拔⑿蜆杜c錨桿或加強筋焊接，以形成牢靠的整體。若因施工偏差難以焊接的和已施工的微型樁，則必須與加強筋焊接。
�、苊绷褐饕拐麄�邊坡及微型鋼管樁形成一個整體。
2、噴錨
�、馘^桿采用焊接，單面焊接12d，雙面焊接6d。網(wǎng)筋采用搭接，則搭接長度為40d；
②錨桿采用HRB335鋼筋，成孔直徑為130mm,采用干鉆成孔；
③注漿體強度不低于20MPa，注漿壓力為0.5～0.8MPa，水泥標(biāo)號為42.5R普通硅酸鹽水泥；水灰比為0.45～0.55；
④鋼筋網(wǎng)采用雙層A8@200×200，加強筋采用B16，鋼筋網(wǎng)A8鋼筋采用綁扎連接，加強筋及加強筋與錨桿的連接采用焊接；
�、輶炀W(wǎng)噴射砼層厚為200mm，砼強度為C20；
�、掊^桿錨固體強度達(dá)到設(shè)計強度的70%后，方可進(jìn)行下一層的開挖；
�、咤^頭處理：本工程為永久邊坡支護(hù)，所有錨頭鋼筋不得外露，必須包裹鋼筋（絲）網(wǎng)，并采用C25細(xì)石混凝土覆蓋，覆蓋厚度≥50mm。
六、邊坡變形監(jiān)測
監(jiān)測是邊坡支護(hù)設(shè)計中的重要組成部分。通過監(jiān)測可隨時掌握周邊環(huán)境的變化以及支護(hù)土體的穩(wěn)定狀態(tài)、安全程度和支護(hù)效果，為設(shè)計和施工提供信息。通過信息反饋體系，可及時修改支護(hù)參數(shù)，改善施工工藝，預(yù)防事故發(fā)生。同時，監(jiān)測資料還可作為檢驗和評價支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的依據(jù)。因此在邊坡支護(hù)工作中對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)測就顯得特別重要。
本工程在邊坡土方開挖階段進(jìn)行持續(xù)的邊坡變形監(jiān)測，采用視準(zhǔn)線法測定支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移量。在支護(hù)結(jié)構(gòu)邊沿縱向上埋設(shè)位移觀測點，利用原先埋設(shè)的三個測量控制點，控制點之間的距離及觀測點與相鄰的控制點間的距離大于30m，點位的標(biāo)志要牢固、明顯。每次觀測前，先對所使用的控制點進(jìn)行復(fù)核檢查，以防止其自身變化。觀測選在成像清晰、穩(wěn)定時進(jìn)行，以保證測量的精度和準(zhǔn)確性。及時整理分析觀測數(shù)據(jù)，繪制位移曲線圖，以便直觀地反映邊坡變形情況。
七、監(jiān)測結(jié)果與分析
1、監(jiān)測結(jié)果
超前微型管樁—噴錨支護(hù)垂直支護(hù)方案在工程實際的施工生產(chǎn)中完全達(dá)到了預(yù)期的效果。邊坡安全在經(jīng)過雨季得到很好的檢驗，最大水平位移控制在1‰～2‰左右，小于預(yù)期的3‰～4‰。
2、監(jiān)測分析
�、龠吰挛灰齐S邊坡開挖深度增加逐步加大，屬于土體內(nèi)應(yīng)力釋放過程。至2009年4月25日邊坡土方開挖完成，支護(hù)結(jié)構(gòu)頂面水平位移總體趨于穩(wěn)定。
�、诟饔^測點最終位移量規(guī)律性比較明顯，呈現(xiàn)出中間大，兩端小態(tài)勢，趨向于正態(tài)分布。
八、結(jié)論及展望
1、結(jié)論
本工程由于場地開挖深度較大，場地西北部形成較高的邊坡，該邊坡開挖后，坡頂至坡腳出露坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘土、全風(fēng)化巖和強風(fēng)化巖等，且殘積土及風(fēng)化巖體具遇水易軟化、崩解的特性，邊坡開挖后，將導(dǎo)致坡腳應(yīng)力集中，在南方天氣的降雨（特別是突發(fā)性大暴雨）的作用下，孔隙水壓力增大，邊坡自重增加，將產(chǎn)生由于坡腳應(yīng)力集中和巖土強度不足的坍滑變形或圓孤形滑動變形，對邊坡穩(wěn)定是不利的。采用超前微型管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)方案對高邊坡進(jìn)行護(hù)坡施工達(dá)到了預(yù)期的效果。
2、超前微型管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)前景的展望
超前微型管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)作為一種經(jīng)濟可靠且快速簡便的支護(hù)技術(shù)，在本工程中得到了成功的運用。它具有施工工藝簡單，不需大型機械設(shè)備、污染少、施工進(jìn)度快等諸多優(yōu)點。當(dāng)在一些邊坡支護(hù)現(xiàn)場情況無法滿足采用普通放坡—噴錨支護(hù)技術(shù)的要求時，工程技術(shù)人員可考慮采用超前微型管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)，且該支護(hù)技術(shù)比采用灌注樁方案節(jié)約成本。相信，隨著工程技術(shù)人員對該技術(shù)的了解和其在工程中的成功應(yīng)用，超前微型管樁—噴錨支護(hù)技術(shù)必將在邊坡支護(hù)乃至基坑支護(hù)工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
