土釘墻支護(hù)基坑實(shí)例分析

王蕊 陳敏 金凌志

摘要：只有提高土體的整體剛度和穩(wěn)定性才能有效確?；拥姆€(wěn)定，土釘墻支護(hù)不僅能夠充分利用土體的自承能力，并且還能按照一定的間距和長(zhǎng)度在土體中設(shè)置土釘，同時(shí)輔以鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層與土體來(lái)共同協(xié)作。由于采取土釘支護(hù)和挖土同時(shí)分層分塊施工的方式能夠有效發(fā)揮土體空間的支護(hù)作用，因此，在保證邊坡穩(wěn)定的情況下不僅能夠縮短工期，還能夠有效的降低成本。本文結(jié)合某基坑支護(hù)工程的實(shí)例分析，說(shuō)明采用土釘墻支護(hù)技術(shù)既能大大節(jié)約投資，又能解決基坑邊坡的強(qiáng)度及穩(wěn)定性問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：土釘墻支護(hù)土釘整體剛度穩(wěn)定性

繼撐式支護(hù)、排式支護(hù)以及連續(xù)墻支護(hù)和錨桿支護(hù)之后，土釘墻支護(hù)作為一項(xiàng)有效的支護(hù)技術(shù)，以其施工快捷和造價(jià)低廉的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中。為了確?；臃€(wěn)定[2]，必須提高土體的整體剛度和穩(wěn)定性，根據(jù)文獻(xiàn)[1]我們知道，按照一定的間距和長(zhǎng)度在土體中設(shè)置土釘并輔以鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層與土體協(xié)同工作來(lái)加固或同時(shí)錨固現(xiàn)場(chǎng)原位土體的細(xì)長(zhǎng)桿件。對(duì)于土釘支護(hù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)[3]：第一，由于土釘具有結(jié)構(gòu)輕和柔性大的特點(diǎn)，從而具有良好的抗震性和延性；第二，能夠?qū)ν馏w的自承能力進(jìn)行合理的利用；第三，由于施工過(guò)程不需要大型的機(jī)具和復(fù)雜的工藝，從而設(shè)備都比較簡(jiǎn)單輕便；第四，由于施工便捷快速，因此不需要占有單獨(dú)的場(chǎng)地；第五，造價(jià)低。據(jù)國(guó)內(nèi)外資料分析，與其他支護(hù)相比，土釘支護(hù)工程造價(jià)僅為其1/3-1/2。為了說(shuō)明土釘墻的設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)，我們通過(guò)一個(gè)實(shí)際的支護(hù)方案實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

1 工程概況

1.1 工程特點(diǎn) 本工程的總建筑面積為29100.06m2，由一個(gè)人防地下室和三棟住宅樓組成，其中三棟住宅的面積約為20800.06m2，地下室建筑面積為8300m2。場(chǎng)地地形呈現(xiàn)西高東低的坡狀，相對(duì)高差為1.5-4.5m，孔口標(biāo)高為155.81-160.47m，高差為4.66m，屬于漓江二階地與一階地過(guò)渡地帶地貌。圖1為基坑平面圖。

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1.2 工程地質(zhì)條件 由河流沖洪積層和人工填土共同組成了場(chǎng)地地層，由上到下分別為素填土、含圓礫粉質(zhì)粘土、含圓礫粉土、含粉質(zhì)粘土圓礫、粉質(zhì)粘土、粘土、灰?guī)r。表1為其物理力學(xué)性能指標(biāo)。

1.3 工程水文條件 根據(jù)鉆探結(jié)果，場(chǎng)地地下水主要為空隙潛水，主要賦存于第四砂卵石層中。通過(guò)大氣降水和地下水徑流補(bǔ)給，靜水水位為2.0-3.5m，取卵石層滲透系數(shù)k=20m/d。對(duì)于基坑施工，只有在雨期要采取相應(yīng)的排水措施。

2 基坑支護(hù)方案

本工程的基坑深度，只有局部為7.8m，大部分均為6.8m。根據(jù)本工程巖土條件同時(shí)結(jié)合基坑平面形狀復(fù)雜、開挖深以及作業(yè)范圍狹小的特點(diǎn)，在對(duì)整板邊坡進(jìn)行支護(hù)的時(shí)候采用鋼管土釘墻的方式。

2.1 基坑支護(hù)方案選型和設(shè)計(jì) 坡的東、南、北三面受到場(chǎng)地東西高差影響可以采用1：1放坡開挖，根據(jù)設(shè)計(jì)院土釘墻支護(hù)藍(lán)圖，對(duì)于西面深度6.8-7.8m長(zhǎng)度為120m深基坑的自南向北一段深7.8m長(zhǎng)33.6m的基坑采用方案一施工，如圖2所示，表2為土釘主筋規(guī)格和長(zhǎng)度；西面一段長(zhǎng)80.7m，深度6.8m的基坑采取圖3方案二，表3為土釘施工土釘主筋規(guī)格和長(zhǎng)度；此外，在西南轉(zhuǎn)角和西北轉(zhuǎn)角分別向東延伸土釘支護(hù)5m的長(zhǎng)度以增加西面土釘?shù)恼w穩(wěn)定性。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑土質(zhì)表面為填土，下層為含圓礫粉質(zhì)粘土。采用土釘墻噴錨混凝土支護(hù)方案對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，西面的基坑采用分層挖槽分層支護(hù)的方式，在提高土體抗剪切強(qiáng)度的時(shí)候主要依靠設(shè)置于坡體中的土釘被動(dòng)受力實(shí)現(xiàn)，此外，混凝土面層也起到了限制和約束基坑土體側(cè)向變形的作用。

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2.2 基坑支護(hù)工程施工方案 土釘墻施工要與基坑開挖緊密配合，協(xié)調(diào)施工，分層開挖的每層深度均不得超過(guò)1m?；右坏╅_挖，就必須在15天內(nèi)完成土釘和混凝土面板的施工，并且要在雨天對(duì)土坡和坡頂進(jìn)行遮蓋防雨。對(duì)土釘墻和灌漿錨桿做完抗拔試驗(yàn)后再進(jìn)行施工[4][5]，并且確保抽檢數(shù)量不小于1%同時(shí)不少于3根，抗拔（拉）力27KN/m。

根據(jù)場(chǎng)地地形，本工程的土釘墻支護(hù)在開挖時(shí)分三層進(jìn)行，一二層均為2.6m，第三層為1.6-2.6m。當(dāng)上層土釘墻支護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度后在對(duì)基坑下層進(jìn)行開挖。

進(jìn)場(chǎng)后首先開挖10m寬的土釘墻工作面，對(duì)其分為三步開挖，分別挖至室外地坪下-1.70m、-4.20m以及-6.20m。對(duì)于基坑中間的土方分兩步開挖，即第一步土方摘帽挖至-3.0m，第二步土方挖至槽底，并且槽底預(yù)留30cm土方隨挖隨用人工清槽。

第一，開挖邊坡。采用反鏟挖土機(jī)進(jìn)行開挖，為了確保土釘成孔機(jī)械鉆機(jī)的工作面，除了預(yù)留20-30cm的人工修坡以及開挖至土釘孔位以下50cm外，還要確保10cm以上的開挖寬度。第二，邊坡修整。為了確保噴射混凝土面層的平整性，除了采用人工清理外還需要對(duì)此工序采用掛線定位。對(duì)于土層含水量較大的邊坡，為了便于排走噴射混凝土面層后的積水，在支護(hù)面層背部應(yīng)當(dāng)插入排水管包濾網(wǎng)（長(zhǎng)度為400-600mm且直接不小于40mm），間距2m且外端伸出支護(hù)面層。第三，定位放線。采用長(zhǎng)30cmΦ8的鋼筋，由測(cè)量人員按照設(shè)計(jì)圖紙將每一個(gè)土釘?shù)奈恢梅懦鰜?lái)。第四，成孔。除了局部成孔采用人工洛陽(yáng)鏟外，其余均采用機(jī)械螺旋鉆機(jī)。鉆孔后要進(jìn)行及時(shí)的清孔和檢查，對(duì)于孔中出現(xiàn)的局部滲水塌孔或掉落松土等現(xiàn)象，除了立即進(jìn)行壓漿處理外還要及時(shí)安裝土釘鋼筋和注漿。第五，土釘?shù)闹谱骱桶卜拧Ｔ谥谱魍玲數(shù)臅r(shí)候，按照設(shè)計(jì)一般采用長(zhǎng)度為6m、8m以及12m的Φ80的鋼筋。為了避免主筋偏離土釘中心，在鋼筋上每隔2m就要焊接一個(gè)中支架。將注漿管和鋼筋捆綁在一起放置鋼筋，此外，還需要保證注漿管到孔底有0.5m左右的間距。第六，造漿和注漿。造漿采用攪拌機(jī)且嚴(yán)格控制其水灰比為W/C=0.5。注漿采用注漿泵，在拔導(dǎo)管的時(shí)候應(yīng)當(dāng)保證緩慢均勻，但是為了保證能夠全部排出孔中的氣體，應(yīng)當(dāng)始終保持出漿口位于孔中漿體表面之下。第七，掛網(wǎng)和錨頭安裝。采用插入土中的鋼筋來(lái)固定鋼筋網(wǎng)片，并且保證其與坡面的間隙為3-4cm但是不得小于3cm。綁扎的時(shí)候采用上下左右一根對(duì)一根搭接的方式，不僅要保證搭接長(zhǎng)度不小于30cm，還要保證其不少于兩點(diǎn)點(diǎn)焊；為了將鋼筋網(wǎng)片焊接成一個(gè)整體，可以借助鋼筋井字架和土釘外端彎鉤來(lái)實(shí)現(xiàn)。第八，噴射混凝土。噴射混凝土的順序可以根據(jù)底層情況采取先錨后噴或先噴后錨的方式。在噴射過(guò)程中，不僅要保證空壓機(jī)風(fēng)量不小于9m3/min以及噴頭水壓不小于0.15Mpa外，還應(yīng)當(dāng)保證氣壓處于0.2-0.5Mpa之間以及噴射距離控制在0.6-1.0m之間。對(duì)于混凝土的初凝和終凝時(shí)間，可以通過(guò)添加速凝劑將其控制于5-10min之間，此外，還應(yīng)當(dāng)保證噴射厚度不小于100mm。第九，養(yǎng)護(hù)。及時(shí)安排專人澆水養(yǎng)護(hù)澆注完的混凝土，且保證連續(xù)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間不低于七天。

3 內(nèi)力計(jì)算

3.1 基本參數(shù) 在本項(xiàng)目中，基坑深度為6.8m，基坑內(nèi)外地下水深均為15.0m?；觽?cè)壁重要性系數(shù)、土釘荷載分項(xiàng)系數(shù)、土釘抗拉拉力分項(xiàng)系數(shù)以及整體抗滑分項(xiàng)系數(shù)分別為1.0、1.25、1.3和1.3。土釘拉力在滑面上產(chǎn)生的阻力折減系數(shù)、圓弧滑動(dòng)坡底截止深度以及圓弧滑動(dòng)坡底滑面步長(zhǎng)分別為0.5、0.0m和1.0m。噴射混凝土的面層厚度為100mm，強(qiáng)度為C20。水平和豎向配筋均為Φ6@100，配筋計(jì)算和荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為15mm和1.2。土釘墻計(jì)算寬度為7.0m，墻后地面傾角、墻背傾角以及土與墻背的摩擦角分別為0°、80°和10°。墻趾距離坡腳0.0m，墻底地基承載力為140kpa，土與墻底的摩擦系數(shù)、抗水平滑動(dòng)安全系數(shù)以及抗傾覆安全系數(shù)分別為0.3、1.3和1.6。

3.2 計(jì)算結(jié)果 通過(guò)理正深基坑支護(hù)計(jì)算軟件F-SPW計(jì)算可得如表4、5所示計(jì)算結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程分三層來(lái)進(jìn)行基坑的開挖支護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境和地質(zhì)條件，本工程的基坑邊坡支護(hù)采用土釘墻方式的同時(shí)還加強(qiáng)了監(jiān)測(cè)。雖然相應(yīng)的工期由于受到雨季的影響從計(jì)劃工期的27天延長(zhǎng)到了30天，但是整體的基坑支護(hù)工況完好，不僅沒(méi)有損害周圍的建筑物、道路以及地下管線，同時(shí)也成功的解決了基坑邊坡的強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題，因此，在保證施工安全的同時(shí)還具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)計(jì)算，對(duì)支護(hù)體系的穩(wěn)定性和變形進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，由于各項(xiàng)安全系數(shù)均滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到了預(yù)期的效果。

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