土釘墻支護(hù)穩(wěn)定分析與施工技術(shù)探討

趙晨洋

（江蘇儀征蘇中建設(shè)有限公司江蘇儀征211400）【摘要】介紹土釘墻支護(hù)原理，結(jié)合工程實(shí)例，闡明關(guān)鍵工序的施工要點(diǎn)。通過(guò)基坑位移觀測(cè)和土釘?shù)目拱卧囼?yàn)，分析基坑穩(wěn)定原因，提出土釘墻施工若干問(wèn)題，對(duì)土釘墻設(shè)計(jì)和施工有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】土釘墻；施工要點(diǎn)；位移觀測(cè)；穩(wěn)定分析

【Abstract】The principle of soil nail wall shoring systems are introduced， and key points in main working procedure of construction are discussed according to engineering project. The reasons for base hole stability are analyzed on the basis of the observation for displacement of base hole and the experiment for the up-lift resistance of soil nail. What's more， some suggestions for the construction of soil nail wall are put forward， which may benefit from design and construction of soil nail wall.

【Key words】Soil nail wall；Key points for construction；Observation of displacement；Stability analysis

1. 引言

土釘墻是由天然土體通過(guò)土釘就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合，形成一個(gè)類(lèi)似重力擋土墻以來(lái)抵抗墻后土壓力的一種支護(hù)結(jié)構(gòu)。在工作機(jī)理上它是由高強(qiáng)土釘，網(wǎng)噴混凝土面及原狀土三者共同受力，來(lái)維護(hù)基坑邊坡的土體穩(wěn)定。土釘墻支護(hù)技術(shù)，很好地增強(qiáng)土體破壞延性，改變邊坡突然塌方的性質(zhì)，有利于安全施工。在工藝上，采用了邊開(kāi)挖邊支護(hù)的方法，工作面不受限制，與其它支護(hù)相比，施工速度快，工期可縮短50%以上，用料省、節(jié)約造價(jià)可達(dá)60%左右。因此它在公路交通，水利建設(shè)，建筑工程等行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

層，其地下室基坑采用土釘墻支護(hù)方案，基坑開(kāi)挖深度為6.15m。

2.1工程地質(zhì)情況。開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地質(zhì)特征分層描述如下：

①雜填土：灰黃色，以碎石塊、粘性土等組成；松散稍密；層厚0.2～1.5m，全場(chǎng)分布。

②粘土：灰褐色，含鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，少量腐植物碎屑，可～軟塑，層厚0.4～1.8m，局部缺失。

③淤泥：青灰色，含少量粉細(xì)砂，腐植物碎屑，零星貝殼殘片，土性呈流塑，層厚13.0～15.4m，全場(chǎng)分布。

以上各土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1：

2.2設(shè)計(jì)情況。計(jì)算軟件采用北京理正軟件研究所“理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件”F-SPWV4.33，基坑重要系數(shù) ，基坑周邊施工荷載 q0=15KPa，其土釘墻設(shè)計(jì)主斷面如圖1。

2.3.1土方開(kāi)挖。

（1）本工程土釘主斷面處土方開(kāi)挖分四個(gè)層次，第一層挖深1.3m，水平分段長(zhǎng)度不大于12m進(jìn)行跳挖，邊挖邊進(jìn)行支護(hù)施工。第一層支護(hù)完成后再進(jìn)行第二層土開(kāi)挖，第二層每段開(kāi)挖長(zhǎng)度不得超過(guò)10m，挖深2m。第三層土挖深2m，第四層土挖深0.85m，每段開(kāi)挖長(zhǎng)度不超過(guò)6m。

（2）當(dāng)土方開(kāi)挖至標(biāo)高-6.45m處，開(kāi)挖時(shí)采用“五邊”法，即邊挖土，邊鑿去工程樁上部多余樁長(zhǎng)，邊鋪片石基層，邊澆混凝土墊層，邊砌地梁和承臺(tái)磚胎模。這樣既能加快工期，又保護(hù)基坑土體不長(zhǎng)期暴露，有利于基坑穩(wěn)定。

2.3.2錨桿制作。本工程錨桿施工部位為淤泥土，機(jī)械成孔較為困難，故錨桿制作因地制宜。其制作方法：桿頭采用150鐵質(zhì)錐形擴(kuò)孔頭，桿身采用48×2.5焊接鋼管，在鋼管外壁上鉆3排梅花形直徑8mm的出漿孔，沿桿長(zhǎng)方向每300mm設(shè)一個(gè)。桿端1m處為自由段不開(kāi)孔，用止?jié){編絲袋隔開(kāi)，每孔前焊20mm長(zhǎng)10鋼筋頭，在錨桿壓入土體時(shí)減少淤泥土進(jìn)入桿內(nèi)，同時(shí)可增加握 窠力，錨桿長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)進(jìn)行斷料，管與管對(duì)接時(shí)外圍均布314，L=140mm單面焊接。（詳見(jiàn)圖2）

2.3.3錨桿注漿和砼墻施工。本工程注漿砂漿配合比為水泥：砂：水=1：0.3：0.5，每米錨桿注漿必須大于30Kg水泥，采用低壓（0.4～0.6MPa）方法注漿裹管。注漿分三段，第一段壓力注漿時(shí)應(yīng)用32高壓管直通入管底注漿；拔出注漿管3m，進(jìn)行第二段注漿，再拔出3m，進(jìn)行第三段注漿，直至達(dá)到注漿量與注漿壓力要求。土釘墻厚100mm，分二層施工，第一層厚70mm，在人工修整邊坡后，直接噴射在泥土側(cè)壁，之后鋪設(shè)6.5@250×250雙向鋼筋網(wǎng)及14骨架鋼筋，然后噴射厚30mm的第二層混凝土。

3. 土釘墻基坑穩(wěn)定分析

3.1支護(hù)觀測(cè)及失穩(wěn)處理。支護(hù)觀測(cè)主要內(nèi)容為支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的量測(cè)和肉眼觀察地表開(kāi)裂情況，本工程基坑周?chē)苍O(shè)23個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在基坑施工中，每天觀測(cè)一次，其第46次觀測(cè)位移累計(jì)數(shù)據(jù)如表2：

觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，最大位移發(fā)生在7#～9#點(diǎn)，最大水平位移達(dá)202mm，垂直位移364mm，已超出變形許可范圍，同時(shí)用眼觀測(cè)此段基坑周邊已出現(xiàn)裂縫，因此作如下處理：

（1）卸掉此段基坑周邊土，以減輕土體主動(dòng)土壓力。

（2）基坑內(nèi)壁堆積砂包，以減少側(cè)壁進(jìn)步位移。其它部位，部分位移雖然較大，但觀測(cè)時(shí)，變形已基本穩(wěn)定，地表無(wú)明顯裂縫，坑壁無(wú)坍塌，總體穩(wěn)定性良好，基坑圍護(hù)是安全的，可不作處理。

3.2錨桿抗拔試驗(yàn)。

（1）為檢測(cè)錨桿抗拔力，確保土釘墻質(zhì)量，選取一組三根（編號(hào)為S1#、S2#、S3#、）錨桿進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。

（2）參照基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程，CEC96：97的規(guī)定，采用以下方案進(jìn)行試驗(yàn)。

選用設(shè)備：加載設(shè)備利用上海千斤頂廠生產(chǎn)的QFZ450-25型的油壓張拉千斤頂，一只行程為50mm的位移計(jì)觀測(cè)錨頭的變位情況。加載壓力及位移觀測(cè)由武漢巖海技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司研制的RS-JYB靜載荷測(cè)試儀顯示與記錄。

（4）試驗(yàn)方法：分五級(jí)加載，每級(jí)荷載17/16KN，要求最大加載力為84KN，試驗(yàn)過(guò)程中每級(jí)加載后，第0，1，6，10min測(cè)讀一次變位數(shù)據(jù)，若同級(jí)荷載作用下1min與10min的位移增量小于1mm，即可施加下一級(jí)荷載；否則應(yīng)保持荷載不變繼續(xù)測(cè)15，30，60min的位變，若6min與60min的位移增量小于2mm，可進(jìn)行下一級(jí)加載，否則即為達(dá)到極限荷載。

（5）試驗(yàn)成果：綜合試驗(yàn)錨桿的荷載一位變一時(shí)間關(guān)系，匯總有關(guān)數(shù)據(jù)如表3～表5：

（6）從試驗(yàn)的結(jié)果分析，本次的S1#、S2#、S3#錨桿的抗拔極限力為68KN，均未達(dá)到最大極限植84KN。

3.3位變?cè)蚍治觥８鶕?jù)基坑位移觀測(cè)點(diǎn)位變偏大及抗拔試驗(yàn)極限承載力偏低的情況，分析其原因如下：

3.3.1設(shè)計(jì)原因。

3.3.1.1土釘抗拔承載力基本要求： Tuj1.25γ0Tjk

3.3.1.2本工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，按相關(guān)規(guī)范取 γ0=1.00

3.3.1.3土釘抗拉荷載設(shè)計(jì)值： Tuj=1rsπdnj∑qsikli

3.3.1.4受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值： Tjk=ζeajksxjszj/cosαj

3.3.1.5第j根土釘位置的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

eajk=[q0+∑rihi+∑r'ih'i]×tg2（45°-φk2）

ζ=tgβ-φk2[1 tgβ-φk2 -1 tgβ ]/tg2（45°-φ2）

式中：

rs ——土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取為1.3；

dnj——第j根土釘錨固體直徑；

qsik ——土釘穿越第j層土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

li——第j根土釘在直線破裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度。

破裂面與水平面的夾為 β+φk2。

ζ——荷載折減系數(shù)； sxj、szj——第i根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄?、垂直間距；

aj——第j根土釘與水平面的夾角；

β——土釘墻的坡面與水平面的夾角；

φk——第i層土體的內(nèi)磨擦角。

q0——基坑周邊超載值；

ri——地下水以上第i層土的重度

hi ——地下水以上第i層土的厚度

r'i ——地下水以下第i層土的浮重度

h'i ——地下水以下第i層土的厚度

3.3.1.6根據(jù)土體力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)數(shù)據(jù)，代以上公式，支護(hù)主斷面的從上到下六根土釘?shù)氖芰η闆r如表6（土釘抗拉承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3）。

本工程錨桿制作時(shí)，錐形擴(kuò)大頭直徑采用89，采用0.4～0.6 MPa 壓力注漿，據(jù)監(jiān)理施工記錄，第一排錨桿注漿量可達(dá)到每米錨桿30Kg水泥用量，其余錨桿均未達(dá)到注漿量要求，由此可知，土釘錨固體直徑亦未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，造成土釘實(shí)際拉拔力降低，形成基坑位移偏大。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）土方分層分段跳挖是土釘墻施工的一大特點(diǎn)，是確保支護(hù)安全的關(guān)鍵，施工時(shí)嚴(yán)禁亂挖或一挖到底。

（2）土釘錨桿每米水泥灌注量是施工中重要指標(biāo)，本工程由于施工時(shí)土釘孔徑太小，造成水泥灌注量不足。因此注漿時(shí)要確保水泥用量，使得土釘錨固體直徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以保證土釘?shù)目拱纬休d力。

（3）根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況，應(yīng)驗(yàn)算土釘抗拔力，以確定合理的錨桿長(zhǎng)度和孔徑，避免因土釘抗拔力不足引起基坑位移過(guò)大。

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