軟土夾層中土釘墻實(shí)例及設(shè)計(jì)施工探討

程 劍

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

軟土夾層中土釘墻實(shí)例及設(shè)計(jì)施工探討

程 劍

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

通過(guò)對(duì)北京某軟土夾層區(qū)域土釘墻支護(hù)施工技術(shù)以及支護(hù)效果的介紹，著重研究了該工程施工中土釘墻支護(hù)體系出現(xiàn)的突發(fā)情況以及相關(guān)解決方法，根據(jù)對(duì)比分析擬建場(chǎng)區(qū)的地層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)以及采用相關(guān)專業(yè)軟件對(duì)不同部位的土釘墻支護(hù)體系重新進(jìn)行理論計(jì)算分析，推測(cè)土釘墻支護(hù)體系突變的原因，并針對(duì)土釘墻支護(hù)體系突變根源對(duì)軟土夾層區(qū)域中土釘墻支護(hù)體系的設(shè)計(jì)及施工提出相關(guān)建議，以確保軟土夾層中土釘墻施工安全性。

軟土夾層，土釘墻，整體穩(wěn)定，施工措施

0 引言

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)具有施工方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，在北京地區(qū)基坑工程中已廣泛應(yīng)用。根據(jù)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)[1]：土釘墻支護(hù)適用的基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)，單一土釘墻支護(hù)深度不得超過(guò)10 m，當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，應(yīng)采取降水或截水措施。同時(shí)根據(jù)土釘墻的施工工藝要求對(duì)土釘墻的水文地質(zhì)條件的適用性進(jìn)行了規(guī)定。

土釘墻的作用機(jī)制是采用土釘形成復(fù)合土體，在土體中通過(guò)土釘錨固體與土的摩阻力約束土體變形，穩(wěn)定土體。軟土夾層中土釘錨固體與土的摩阻力、土釘墻受力等與硬土有明顯差異，而工程設(shè)計(jì)往往按一般硬土地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，故在軟土夾層地區(qū)土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大位移較為常見(jiàn)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

本工程位于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)，包括16棟住宅樓及地下車庫(kù)，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的數(shù)據(jù)：本工程基坑深度主要為9.89 m，占地約6.9萬(wàn)m2。

依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)區(qū)主要地層情況如表1所示。

表1 土層基本參數(shù)

擬建場(chǎng)區(qū)水位地質(zhì)條件如表2所示。

表2 場(chǎng)區(qū)地下水情況

基坑深度范圍內(nèi)，共揭露3層地下水，為潛水、層間水(一)和層間水(二)。

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工情況

2.1 基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)

表3 復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)參數(shù)

考慮到本工程所處場(chǎng)地較為空曠，根據(jù)基坑形狀、面積、開(kāi)挖深度、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等情況，確定基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，主要采用復(fù)合土釘墻支護(hù)體系?；又ёo(hù)平面圖見(jiàn)圖1，復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。復(fù)合土釘墻支護(hù)剖面圖見(jiàn)圖2。

2.2 基坑支護(hù)體系施工情況

基坑工程施工過(guò)程簡(jiǎn)述：本工程從2014年6月初施工，受施工期間雨季影響，為避免雨水對(duì)坡面的沖蝕，土釘墻施工流程調(diào)整為：

土方開(kāi)挖→面層噴錨→土釘施工。2014年8月初基坑支護(hù)體系施工完畢，共歷時(shí)約2個(gè)月。

工程施工期間現(xiàn)場(chǎng)布置約70余組水平及豎向變形觀測(cè)點(diǎn)，除圖3所示區(qū)域外，其余部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，最大位移不超出30 mm。從施工整體看，基坑位移控制較好，對(duì)周邊環(huán)境影響也比較有限。

基坑監(jiān)測(cè)異常情況說(shuō)明：(一)～(三)：基坑土方開(kāi)挖至槽底以上30 cm處，第六步土釘墻面層噴錨當(dāng)天施工完畢，土釘尚未進(jìn)行施工，在沒(méi)有任何明顯征兆的情況下，第二天清晨發(fā)現(xiàn)基坑上口外2.0 m～3.0 m及5.0 m～6.0 m處突現(xiàn)寬度1.0 cm～2.0 m裂縫，土釘墻面層下口處出現(xiàn)較大位移，而在轉(zhuǎn)角部位則出現(xiàn)明顯撕裂(見(jiàn)圖4)。

基坑監(jiān)測(cè)異常區(qū)域處理措施：根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況：(一)～(二)區(qū)域進(jìn)行地面以下2.0 m土方卸載、鋼管樁超前支護(hù)處理措施，(三)區(qū)域采取增加坡頂?shù)劐^、坡腳堆土反壓的加固措施，處理完畢后基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定(見(jiàn)圖5)。

3 軟土夾層對(duì)土釘墻的影響分析

3.1 整體穩(wěn)定性核算及分析

運(yùn)用啟明星基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)監(jiān)測(cè)正常區(qū)及異常區(qū)域土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，地層參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 地層概化參數(shù)表

根據(jù)各開(kāi)挖工況的最危險(xiǎn)圓弧滑裂面的計(jì)算機(jī)程序分析結(jié)果：邊坡土質(zhì)較差的監(jiān)測(cè)異常區(qū)，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的最危險(xiǎn)滑弧面并不通過(guò)坡腳，而是從坡底下軟弱下臥層(③2層有機(jī)質(zhì)粘土～有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)粘土)底部通過(guò)(見(jiàn)圖6)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表5)、巖土工程勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，推測(cè)邊坡變形原因如下：第六排土釘施工工作面為③層粉質(zhì)粘土～重粉質(zhì)粘土、③2層有機(jī)質(zhì)粘土～有機(jī)質(zhì)重粉質(zhì)粘土，其中③2層物理力學(xué)性質(zhì)較差，在上部土體自重荷載作用下，一定時(shí)間內(nèi)的自穩(wěn)能力不能滿足原設(shè)計(jì)要求，在該排土釘施工前發(fā)生蠕變，產(chǎn)生側(cè)向位移，進(jìn)而引起上部硬土土層受力狀態(tài)突變，同時(shí)受該區(qū)域土釘墻整體穩(wěn)定性的影響導(dǎo)致邊坡整體水平位移突變。

表5 安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3.2 軟土夾層中土釘墻設(shè)計(jì)思路及相關(guān)措施

分析現(xiàn)階段土釘墻設(shè)計(jì)計(jì)算的多種計(jì)算方法，土釘墻設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中存在以下缺陷：

1)對(duì)于復(fù)雜的地質(zhì)條件下土釘墻在穩(wěn)定方面目前的分析方法尚未完善，位移分析方面更缺少可靠實(shí)用及較高精度的方法。

2)地下水的可能存在對(duì)土釘墻設(shè)計(jì)及施工具有極大影響，地下水可以通過(guò)物理和化學(xué)的作用改變土體結(jié)構(gòu)，影響地層物理力學(xué)性質(zhì)，還可以通過(guò)對(duì)土體孔隙水壓力的作用，使土體有效應(yīng)力減小、土體抗剪強(qiáng)度降低，故需處理好地下水對(duì)其的影響，否則不僅會(huì)給其施工造成極大困難，還會(huì)對(duì)土釘墻支護(hù)體系造成極大的破壞。

為最大可能規(guī)避設(shè)計(jì)缺陷對(duì)邊坡安全的影響，通過(guò)分析本工程土釘墻實(shí)例，對(duì)于存在軟土夾層區(qū)域的土釘墻建議可采用以下設(shè)計(jì)思路及相關(guān)措施：

1)最大程度上合理概化地層。

土釘墻設(shè)計(jì)計(jì)算前，尤其在可能存有軟土夾層的區(qū)域，應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查與地質(zhì)情況研究，包括周邊地區(qū)成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)，不能憑以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單的進(jìn)行地層概化，盡可能減小軟土夾層的存在對(duì)邊坡造成的安全隱患，避免緊急情況的發(fā)生。同時(shí)在進(jìn)行概化地層時(shí)應(yīng)當(dāng)將軟土夾層單獨(dú)劃分出來(lái)，分析沿軟弱面滑動(dòng)的可能性，以便在設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

2)土釘抗拔試驗(yàn)。

土釘墻的整體穩(wěn)定性與土釘抗拔力息息相關(guān)，如何合理確定軟土中土釘?shù)臉O限粘結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而確定土釘?shù)臉O限抗拔承載力，是保證土釘墻設(shè)計(jì)和邊坡安全的基礎(chǔ)。工程實(shí)踐中針對(duì)軟土夾層的土地的土釘抗拔試驗(yàn)尤為重要，不能憑施工經(jīng)驗(yàn)或套用其他試驗(yàn)結(jié)果。

3)下臥層計(jì)算。

軟土夾層區(qū)域的土釘墻計(jì)算除按規(guī)范要求驗(yàn)算土釘墻本身的安全系數(shù)外，必要時(shí)需對(duì)土釘墻軟弱下臥層本身穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇是否對(duì)軟弱土層進(jìn)行加固，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)下臥層滑移現(xiàn)象。

4)加大上部土釘長(zhǎng)度。

土釘在受力狀態(tài)下，必然會(huì)產(chǎn)生變形，進(jìn)而地表可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫一旦滲水，就可能引起更大的變形，通常情況下土釘墻的上部變形最大，故控制上部土釘?shù)拈L(zhǎng)度就顯得尤為必要，增加上部土釘?shù)拈L(zhǎng)度可以增加土體的強(qiáng)度和土釘?shù)目拱瘟?，減小墻體的水平位移和沉降變形。

5)減小軟土夾層中土釘間距。

按照土釘受力分析，土壓力與基坑開(kāi)挖深度成正比，下部土釘所受的土壓力較上部土釘大得多，在軟土夾層中宜減小軟土地層中土釘間距，加大土體中土釘錨固體與土的摩阻力，約束土體變形，穩(wěn)定土體。

6)增加超前支護(hù)結(jié)構(gòu)。

鋼管樁及其他類型的微型樁是常見(jiàn)的土釘墻超前加固結(jié)構(gòu)形式，其有助于開(kāi)挖前下部軟土夾層加固，改善土釘施工期間土體自穩(wěn)能力，同時(shí)可以促進(jìn)各層土釘?shù)膮f(xié)調(diào)工作，防止開(kāi)裂，較小位移。如槽底以下有軟弱夾層時(shí)，微型樁樁底應(yīng)超過(guò)坡底軟弱土層進(jìn)入相對(duì)較好土層，可較好限制軟土層側(cè)向位移。

7)預(yù)應(yīng)力錨桿的應(yīng)用。

對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制要求相對(duì)較高的工程，可以增加預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)置，減小土釘墻中土釘受力，有效控制土釘墻的位移。

8)針對(duì)性的施工措施。

軟土因其特殊的物理力學(xué)性質(zhì)：土體的低滲透率，常規(guī)的降水措施往往達(dá)不到預(yù)期效果，而土釘施工的水泥漿也很難與土體形成致密的結(jié)合體，造成土釘?shù)目拱瘟_(dá)不到設(shè)計(jì)要求，故有針對(duì)的選擇施工降水方法和注漿方式是保證土釘墻設(shè)計(jì)準(zhǔn)確及施工安全的重要措施之一。

9)良好的施工配合措施。

土釘支護(hù)要求快速施工，每一層從開(kāi)挖到支護(hù)完成的時(shí)間越短，地層變形就越小，邊坡的穩(wěn)定性就好。在軟土地區(qū)基坑的變形隨土釘施工時(shí)間的增加而增大，故嚴(yán)格控制土方施工順序，盡量減少邊坡的暴露時(shí)間，同時(shí)采取分段開(kāi)挖，在時(shí)間和空間上同時(shí)協(xié)調(diào)控制可有效減少基坑的變形。

10)針對(duì)性的監(jiān)測(cè)措施。

針對(duì)性的監(jiān)測(cè)措施是軟土夾層區(qū)域土釘墻設(shè)計(jì)及施工的重要補(bǔ)充手段，除常規(guī)的坡頂水平及豎向位移監(jiān)測(cè)外，可根據(jù)實(shí)際情況增加坡面的水平位移監(jiān)測(cè)、坡腳的豎向位移監(jiān)測(cè)以及深層水平位移監(jiān)測(cè)，確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及施工的安全性。

[1] DB 11/489—2007，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 張 斌，丁建華.軟弱土層基坑土釘支護(hù)事故分析與處理[J].江蘇建筑，2013(154)：87-91.

Inquiry on soil-nailing wall examples in soft soil interlayer and design construction

Cheng Jian

(BeijingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100038,China)

Through introducing soil-nailing support technology in the soft soil interlayer region of Beijing and its support effect, the article mainly studies engineering construction emergent conditions and relevant solving methods in the soil nailing wall support system. According to comparative analysis, it simulate field stratum physical stress parameters and applies relevant professional software, carries out theoretical computation analysis for various soil nailing wall support system, and induces emergent soil nailing wall system causes. In light of emergent soil nailing wall support system sources, it puts forward corresponding design and construction suggestions for soil nailing wall support system in soft soil interlayer area, with a view to guarantee soil nailing wall construction safety in soft soil interlayer.

soft soil interlayer, soil-nailing wall, integral stability, construction measures

2015-08-25

程 劍(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0064-04

TU447

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