淺析土釘墻支護(hù)最優(yōu)坡率的選擇

楊曉鵬 楊麗娜 周小松

摘要：土釘墻支護(hù)作為西北黃土地區(qū)基坑支護(hù)的一種重要手段，以其造價(jià)低廉、工藝簡(jiǎn)單、施工快速的優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了基坑邊坡支護(hù)的大半市場(chǎng)。本文以工程總投資為指標(biāo)，計(jì)算了在相同的安全系數(shù)前提下，采用不同的土釘墻坡率對(duì)工程總投資的影響，從而確定土釘墻支護(hù)的最優(yōu)坡率。

關(guān)鍵詞：土釘墻；土方開(kāi)挖及回填；造價(jià)；最優(yōu)坡率

引 言

土釘墻是一種原位土體加筋技術(shù)，即通過(guò)注漿加筋桿體穿入自然土層與噴射砼面層相結(jié)合，提高邊坡土層的被動(dòng)抗剪切作用，并形成一個(gè)類(lèi)似重力式擋墻來(lái)抵抗墻后的土壓力。土釘墻在黃土地區(qū)應(yīng)用非常廣泛，一般采用洛陽(yáng)鏟在坡面鉆傾斜孔，再在孔內(nèi)置入鋼筋并注入水泥砂漿形成桿體，最后與面層的鋼筋網(wǎng)連接用噴射混凝土封閉防水。土釘墻工藝充分發(fā)揮了土體自身的抗剪強(qiáng)度及側(cè)摩阻力，以抵抗土方開(kāi)挖后坡體的水平荷載，具有造價(jià)較低，工藝簡(jiǎn)單、施工快速的優(yōu)點(diǎn)。土釘墻面層坡率不宜小于1：0.1，作為一種被動(dòng)的土體原位支護(hù)體系，坡頂變形產(chǎn)生裂縫不可避免，并且不能承受坡頂較大的附加荷載。

在開(kāi)闊場(chǎng)地中的土方開(kāi)挖，不受周?chē)h(huán)境的影響，場(chǎng)地排水條件好，土方開(kāi)挖的邊坡坡率不受限制，采用土釘墻支護(hù)時(shí)尤為經(jīng)濟(jì)。一般情況下，開(kāi)挖的邊坡坡率越大，產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力會(huì)越小，土釘墻支護(hù)造價(jià)的費(fèi)用就會(huì)越低。但是，采用大坡率的邊坡又會(huì)造成土方開(kāi)挖及回填量的增加。在這種情況下，土釘墻支護(hù)的費(fèi)用與土方開(kāi)挖及回填的費(fèi)用之和最低時(shí)的開(kāi)挖坡率，就是我們要選擇的最優(yōu)坡率。

1 計(jì)算公式及方法

土方開(kāi)挖及回填費(fèi)用計(jì)算比較容易，可推導(dǎo)出準(zhǔn)確的計(jì)算公式；土釘墻費(fèi)用計(jì)算變量較多，需要以具體的工程為例進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算方法及過(guò)程如下。

1.1 計(jì)算公式

設(shè)基坑底開(kāi)挖尺寸為 ，開(kāi)挖深度為 ，放坡坡率為 ，基坑底距建筑結(jié)構(gòu)外皮外放尺寸為 ，土方開(kāi)挖綜合單價(jià)為 ，土方回填綜合單價(jià)為 。則土方開(kāi)挖工程量 、土方回填工程量 ，以及土方開(kāi)挖和回填總費(fèi)用 計(jì)算公式為：

2）設(shè)定土釘墻施工總費(fèi)用為 ，則支護(hù)費(fèi)用的綜合單價(jià) 及工程量均為變量，具體與土方開(kāi)挖深度 ，邊坡各土層厚度 、容重 、粘聚力 、內(nèi)摩擦角 ，設(shè)計(jì)荷載 ，安全系數(shù)K等參數(shù)相關(guān)：

（4）

因此，我們借助基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件，以具體工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，求出 與開(kāi)挖坡率 的關(guān)系，最終取 時(shí)的 值即為最優(yōu)坡率。

1.2 支護(hù)及費(fèi)用的計(jì)算條件

為全面計(jì)算分析不同環(huán)境下的基坑施工總費(fèi)用，對(duì)基坑支護(hù)及開(kāi)挖方案進(jìn)行以下設(shè)定。

將土釘墻坡率劃分為1：0.1、0.2、0.3、0.4四種情況，暫不考慮基坑周?chē)欠裼蟹牌聴l件；

將基坑的坡頂設(shè)計(jì)荷載按常規(guī)15kPa考慮；

土釘墻在不同坡率下和荷載的作用下重要性系數(shù)和設(shè)計(jì)的安全系數(shù)相同；

工程費(fèi)用的計(jì)算單價(jià)以2006年陜西省建筑工程消耗量定額為準(zhǔn)；

將土方開(kāi)挖及回填中，將土方運(yùn)輸分為場(chǎng)內(nèi)倒運(yùn)和場(chǎng)外（運(yùn)距19km）兩種情況。

2 巖土工程條件

以西安市北郊某工程為例，擬建工程場(chǎng)地位于西安市未央?yún)^(qū)鳳城四路，基坑開(kāi)挖長(zhǎng)度約450m，寬度約250m，開(kāi)挖深度為10m。場(chǎng)地地貌單元屬渭河Ⅱ級(jí)階地，基坑深度影響范圍內(nèi)土層自上而下分別為：① 層素填土、厚度約0.20～2.80m；② 層黃土（粉質(zhì)粘土）、厚度約3.80～7.50m，層底埋深6.00～8.40m；③ 層黃土（粉質(zhì)粘土）、厚度約4.10～8.30m，層底埋深11.40～15.30m；勘察期間實(shí)測(cè)地下水穩(wěn)定水位埋深為18.10～19.80m，可不考慮地下水對(duì)本工程影響。

其中基坑支護(hù)方案計(jì)算中采用的各層土體力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

3 數(shù)據(jù)匯總與分析

根據(jù)以上預(yù)設(shè)條件及公式，對(duì)不同開(kāi)挖坡率的基坑進(jìn)行土方量和支護(hù)方案的技術(shù)，具體工程量及計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

計(jì)算中，土方場(chǎng)內(nèi)倒運(yùn)價(jià)按：10.82元/m3，土方回填價(jià)按：11.49元/m3，土方外運(yùn)價(jià)按：29.92元/m3。

計(jì)算結(jié)果顯示，坡率越大相對(duì)支護(hù)費(fèi)用越低，但增加了土方的開(kāi)挖及回填量，因此 存在。 與坡率k的函數(shù)曲線(xiàn)見(jiàn)圖3、圖4。

在此我們引入比價(jià)系數(shù)N = 支護(hù)總費(fèi)用/土方總費(fèi)用，其中當(dāng)土方內(nèi)倒時(shí)，N = 0.218；當(dāng)土方外運(yùn)時(shí)，N = 0.081。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）根據(jù)目前的西安地區(qū)的市場(chǎng)情況，一個(gè)項(xiàng)目的基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖、土方回填分別由不同的施工單位來(lái)完成，這樣不利于施工方案的整體經(jīng)濟(jì)性比較。經(jīng)本文分析可知，在場(chǎng)地許可的條件下，最優(yōu)坡率的選擇與比價(jià)系數(shù)N密切相關(guān)，當(dāng)N值越大時(shí)宜選擇較大開(kāi)挖坡率（1：0.2～1：0.3），反之宜選擇較小的開(kāi)挖坡率（1：0.1～1：0.2）。

（2）本文以總投資作為優(yōu)化土釘墻坡率的唯一指標(biāo)尚存在不足，同時(shí)還應(yīng)考慮到采用小坡率開(kāi)挖時(shí)減小了支護(hù)放坡所占的平面面積，增加了其他工種的施工操作空間，提高了工效；以及增減工程量對(duì)總工期的影響等其它無(wú)法計(jì)算的非經(jīng)濟(jì)因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.（Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[M]. Beijing，China Architecture，1999.）

[2] 2006年陜西省建筑、裝飾工程消耗量定額[M]. 陜西：陜西省科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：

楊曉鵬（1978–），男，陜西安康人，長(zhǎng)安大學(xué)本科，從事巖土工程設(shè)計(jì)與施工工作。