基坑在土釘支護(hù)下坑底隆起分析及處理*

王成鋒 高向陽

在建筑工程施工時，很多情況下要在土體中進(jìn)行基坑開挖，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和土體的彈塑性的存在，必然會帶來基坑的穩(wěn)定問題和隆起問題。基坑坑底隆起有幾個方面原因:1)豎向自重應(yīng)力減小，原來被壓縮的土體因彈性性能在基坑底面產(chǎn)生一定的向上隆起;2)土體松弛和蠕變，使得解除豎向約束的土體向上隆起;3)基坑開挖后所用的擋土墻墻體在背后土側(cè)壓力作用下向基坑方向位移，擠推墻腳前的土體而造成局部隆起;4)基坑外土體在水壓力作用下發(fā)生塑性變形，造成坑內(nèi)土體的隆起;5)施工過程中基坑積水，造成細(xì)粒土吸水后體積增大形成隆起。

基坑隆起量的大小成為判斷基坑穩(wěn)定和變形的重要依據(jù)。在基坑開挖之前如何方便、準(zhǔn)確地預(yù)測基坑隆起量是我們關(guān)注的問題。

1 土釘支護(hù)的基坑開挖后卸載狀態(tài)

1.1 土釘復(fù)合墻失穩(wěn)

一個典型的土釘墻結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。最常見的破壞模式是土體沿著最危險滑動面發(fā)生滑動。但在軟土中只要土坡加固得足夠穩(wěn)定，破壞不再沿著如圖1所示最危險滑動面向下滑動，而是發(fā)生基坑土體隆起破壞。

此時，土層開挖，應(yīng)力釋放，基坑土體發(fā)生的是由地基豎向承載力不足所導(dǎo)致的剪切破壞，土坡下陷，基坑土體不斷從坡腳處隆起。由于土釘是打在基坑上部的土體中，對基坑底部土體沒有任何的約束和抗隆起作用，顯然再加密加長土釘都只能造成浪費(fèi)。

1.2 土釘基坑的隆起破壞面可視為圓弧滑動面

工程實(shí)踐中常采用圓弧滑動穩(wěn)定性分析法對由于地基承載力不足導(dǎo)致的基底隆起進(jìn)行定性分析。該方法假設(shè)土體隆起破壞的滑動面呈圓弧狀，采用瑞典條分法或者Bishop法進(jìn)行圓弧滑動安全系數(shù)的驗(yàn)算，以確定基坑的抗隆起穩(wěn)定性是否達(dá)到要求。這種將驗(yàn)算地基承載力通過圓弧滑動假設(shè)轉(zhuǎn)化成驗(yàn)算圓弧滑動安全系數(shù)的方法在工程實(shí)踐中得到廣泛運(yùn)用，并取得較好的效果。

認(rèn)為復(fù)合土釘支護(hù)基坑隆起滑動面可以用一個近似的圓弧代替，并利用瑞典條分法計算圓弧滑動的安全系數(shù)。如果在地表有大面積均布荷載Q作用，則滑動力Fi用瑞典條分法的計算式為:

其中，c，φ分別為土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，即內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。

1.3 回彈量的計算

1.3.1 卸荷比表示法

研究表明，當(dāng)卸荷量達(dá)到一定數(shù)量時，才會有較大的回彈變形量。取pmax為最大預(yù)壓荷載或初始上覆荷載，pi為卸荷后上覆荷載，則基坑卸荷量可以表示為 pmax-pi，簡單計算時可以用挖去土的自重表示。

用卸荷比Rh表示卸荷水平:

（7）綜合防治措施不到位。大部分牧區(qū)對于傳染疾病的防治僅停留在免疫注射的領(lǐng)域，對于綜合防治措施的認(rèn)識還不到位，牧民的基本消毒設(shè)施不完善，對于傳染疾病的認(rèn)識水平和管理水平都不高，無法進(jìn)行科學(xué)合理的疫情管理，除患病牦牛不能得到好的醫(yī)治外，病死牦牛的處理方式不完善，病菌就有機(jī)會進(jìn)行繼續(xù)擴(kuò)散。部分牧民會對牦牛進(jìn)行私自出售和引進(jìn)，而且忽視了對于產(chǎn)地的檢疫，這也在另一方面增大了疾病傳播的機(jī)會。

參照壓縮沉降有關(guān)概念，得到回彈模量:

其中，emin為最大預(yù)壓荷載或初始上覆荷載下的孔隙比;ei為對應(yīng)于卸荷后上覆荷載下的孔隙比。

比照壓縮變形理論，我們可以得到回彈量的計算公式:

其中，卸荷比Rh，回彈模量 Er可根據(jù)壓縮回彈試驗(yàn)得到;m為土體分層數(shù)。

1.3.2 分層總和法

采用上述兩種近似計算方法，可以簡便地估算出坑底隆起是否會造成基坑事故，從而采取有效的預(yù)防和控制措施。

2 垂直土釘抗隆起措施

我們根據(jù)以往工程豎向土釘處理基坑事故中的應(yīng)用情況，研究認(rèn)為采用垂直向土釘可以有效處理基坑坑底隆起的問題。

2.1 基坑上口周邊垂直土釘

在要進(jìn)行處理的垂壁基坑坡段上口周邊，擊入兩排或幾排豎向土釘。如果土釘周圍土質(zhì)較差，可再配合擊入方法將花管擊入地層，進(jìn)行注漿。漿體在注漿壓力的作用下，順著沿花管徑向分布的注漿孔擠入土體，使密排的垂直土釘及其間的土體形成一個堅固的連續(xù)整體。垂直土釘與普通土釘結(jié)合起來便形成一種特殊的復(fù)合土釘形式(見圖2)，共同起抗滑擋墻作用，用以加固土釘周圍的滑坡體滑面及其以下的土體。

2.2 基坑坡腳垂直土釘

密布在基坑邊坡滑體上穿過滑動面嵌入坑底土層成為錨固樁(見圖3)，利用型鋼等土釘材料的較大的抗彎剪能力，對滑體產(chǎn)生支擋作用，增加抗滑力。布置在基坑即在基坑周邊沿開挖線設(shè)置豎向土釘。主要是通過豎向土釘?shù)闹?、增阻、擋墻和止水作用對基坑裂縫、滲水和失穩(wěn)等進(jìn)行處理，以達(dá)到治理的目的。

2.3 基坑坑底垂直土釘

土釘花管注漿形成樹根狀錨固體，漿液凝固時具有粘聚性，將坑底隆起土體和不動地基土體形成一個連續(xù)狀的整體，利用土釘材料強(qiáng)大的抗拉能力形成增阻作用，使欲隆起土的性質(zhì)得到改善，提高了回彈隆起處巖土體的豎向穩(wěn)定。

以上三種情況下的垂直土釘，通過水泥漿體的充填擠密使巖土體密度加大、孔隙減少、滲透系數(shù)減小。在地下水豐富時，可以阻止地下水壓力向坑內(nèi)滲入擠壓，減小土的塑性變形;在周圍土層條件為砂土層的基坑工程中，還可以減少基坑積水以及地下水向坑內(nèi)滲入。

3 結(jié)語

土釘支護(hù)下的基坑，不能避免起因復(fù)雜的坑底隆起問題。借用上述簡便計算方法評估隆起程度后，可以利用垂直土釘?shù)墓ぷ魈刭|(zhì)，把垂直土釘和普通土釘配合起來，并可聯(lián)合花管注漿措施，從不同角度改善坑底土體隆起對工程造成的危害。

[1] 孫亞琦，楊曉軍，余志偉.軟粘土中土釘支護(hù)基坑隆起分析[J].科技通報，2005(2):35-37.

[2] 張云軍，宰金珉，梅國雄.基坑開挖的若干簡化計算方法[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版)，2005(1):12.

[3] 殷德順，王保田，王云濤.不同應(yīng)力路徑下的鄧肯—張模型模量公式[J].巖土工程學(xué)報，2007(2):9.

[4] 劉國彬，侯學(xué)淵.軟土的卸荷模量[J].巖土工程學(xué)報，1996(1):11.

[5] 陶西貴，于 江，梁龍喜.豎向土釘在基坑事故處理中的應(yīng)用[J].安全與環(huán)境工程，2008(2):3.

[6] 周書東，王小霞，張志民.軟土地區(qū)基坑工程設(shè)計統(tǒng)計分析[J].山西建筑，2008，34(2):131-132.