1. 工程概况 永南路是连接南三环和南四环的扩建道路,凉水河桥是在旧桥的东、西两侧新建的跨河桥。旧桥基础埋深约4m,扩建桥基础埋深约8m,比旧桥基础深4m,并且基础水平距离较近(东西两侧桥基开挖基坑与旧桥基础水平距离分别为2.8m、0.8m),旧桥在施工期间还要承担交通导流任务。因此对新桥基坑靠旧桥一侧的边坡进行支护,即对旧桥的东南、东北、西南、西北四角进行土钉墙支护,总护坡面积为320m2。旧桥两侧有高压线和多条通信电缆,且其东侧悬挂一Dg300上水管道。
1. 工程概况
永南路是连接南三环和南四环的扩建道路,凉水河桥是在旧桥的东、西两侧新建的跨河桥。旧桥基础埋深约4m,扩建桥基础埋深约8m,比旧桥基础深4m,并且基础水平距离较近(东西两侧桥基开挖基坑与旧桥基础水平距离分别为2.8m、0.8m),旧桥在施工期间还要承担交通导流任务。因此对新桥基坑靠旧桥一侧的边坡进行支护,即对旧桥的东南、东北、西南、西北四角进行土钉墙支护,总护坡面积为320m2。旧桥两侧有高压线和多条通信电缆,且其东侧悬挂一Dg300上水管道。
2. 工程地质及水文情况
(1)填土层:主要为杂填土,局部为淤泥和素填土,平均厚度约3.2m,C=13kPa,φ=10o,γ=18kN/m3;
(2)第四纪沉积的中砂,中密,平均厚度约4.2m,C=0,φ=35o,γ=22kN/m3;
(3)第四纪沉积的卵石,中密,平均厚度约3.9m,C=0,φ=40o,γ=22kN/m3。
地下水的影响不大,故不考虑。
3. 设计方案分析
3.1方案选择:原道路的交通属于单行线,且承担木樨园通往四环路的交通要道,旧桥的桥宽为17m,桥的西侧人行道下布有多条通信电缆,东侧护栏下悬挂Dg300上水管道,上面4m高有高压电线5条。因此方案需要保证旧桥上正在运行的各类市政设施。
地下连续墙、桩基护坡需占用一部分交通道路,且噪声大,用电用水量大而无法实现。常规的喷锚护壁的倾角最多只能达到60o~70o,现场的场地不能提供这样的放坡,要想满足基坑要求,开挖倾角必须达到85o以上,因而也不能实现。
土钉墙方案是建筑工程施工中常用的一种护坡形式。它广泛地用于高层建筑基槽开挖的施工中。它具有安全可靠、开挖倾角大、施工设备尺寸小、噪音低、占用空间小、用电用水量少及投资省等优点。因此采用土钉墙支护技术。
3.2原理:方案采用Bishop圆弧滑动法设计。
3.3土钉抗拔力计算:按锚杆设计原理,滑裂面内的土钉长度为Lz,滑裂面外的土钉长度为Lm,依靠有效锚固段Lm的锚固力来阻止土体下滑。土钉抗拔出安全系数k=DπτLm*cosα/paSxSy;D---土钉孔直径,τ---土钉有效锚固段周边土层的抗剪强度,α---土钉倾角,pa---土钉位置处的主动土压力强度,Sx、Sy---土钉的水平、垂直间距。
3.4土钉墙整体稳定性计算:用Bishop条分法进行边坡整体稳定性分析。整体稳定性安全系数
3.5计算结果:
坡面放坡85o,土钉间距:旧桥桥基下为1.3*1.2m(垂直、水平方向),其它部位为1.5*1.4m(垂直、水平方向),土钉孔径110mm,倾角10~150,地面超载取15kN/m2。经计算,结果如下:
自然开挖时,边坡的整体稳定性安全系数为0.67~0.71,土钉墙加固后的整体稳定性安全系数为1.40~1.45,单根土钉的抗拔出安全系数均大于1.5。
4. 施工工艺
4.1工艺流程:
4.2挖土
土方开挖需与土钉施工密切配合,为本工程重要的环节,直接制约着土钉支护施工的质量和周期。挖土自上而下分步进行,要求旧桥桥基下每步挖土1.3m,其它部位每步挖土1.5m。为确保开挖边坡的稳定,边坡应挖成斜面以保证自稳,如在砂、卵石层处边坡自稳性较差,挖土时坡面可预留30~50cm,成孔注浆后采用人工削坡修整麻面至设计要求。面板施工完毕并达到一定强度后方可挖下步土,现场设专人负责挖方与土钉施工的协调。
4.3土钉墙施工
4.3.1成孔。采用洛阳铲人工成孔,终孔验收后进入下道工序,孔位可根据现场条件并经设计同意适当调整。
4.3.2插筋、灌浆。钢筋选用螺纹钢1Φ20,每隔2m设置一定位器,以确保钢筋在孔内居中,土钉端头预留出坡面8cm;低压灌浆,浆体强度不低于20MPa。
4.3.4喷射砼。面板砼强度等级为C20,砼最大骨料不大于1.5cm,喷层厚度为8cm,误差±2cm;分两次喷射,第一次厚度为3cm,第二次厚度为5cm。
4.3.5施加预应力。对于相桥桥基下第一排土钉,待其面板及土钉体均达到一定强度后,施加预应力,然后在开挖下一步土。
4.3.6冬季施工需采取防冻措施,如砼面板中加入防冻剂,砂石料中不得混有冻块,喷射完后盖上防寒草垫。
5. 应用效果
5.1土钉墙的成孔和注浆及喷锚部分由北京中兵岩土工程公司施工,现场土钉抗拔试验数据记录表(单根土钉的抗拔力)。变形出现4~6mm的滑裂缝属于安全范畴,可以作为设计荷载校核。
5.2土钉墙护坡技术在凉水河桥的应用,确保施工期旧桥的安全运行,为永南路一期的顺利完成起到保障作用。土钉墙护坡技术在桥梁加固应用是成功的,效果良好。