土釘支護(hù)在某深基坑工程中的應(yīng)用分析

秦鵬飛，劉 艷

（1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南鄭州450010；2.深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳518028）

土釘支護(hù)在某深基坑工程中的應(yīng)用分析

秦鵬飛1，劉 艷2

（1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南鄭州450010；2.深圳市勘察測(cè)繪院有限公司，廣東深圳518028）

為了檢測(cè)土釘支護(hù)技術(shù)在鄭州等地區(qū)深基坑工程中的適用性和可行性，對(duì)某基坑開(kāi)挖過(guò)程中基坑周邊的安全情況進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測(cè)。采用精密水準(zhǔn)儀和測(cè)斜儀對(duì)基坑西側(cè)和南側(cè)的兩條主干道路、基坑在開(kāi)挖施工中向坑內(nèi)的水平位移及基坑周邊主要建筑物的沉降進(jìn)行了觀測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各測(cè)點(diǎn)沉降位移和水平位移均滿足工程要求，土釘支護(hù)取得了明顯的預(yù)期效果。

土釘支護(hù)；深基坑工程；應(yīng)用；分析

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一旦失事，將產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。工程建設(shè)中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的工程事故主要表現(xiàn)為基坑塌方、基坑內(nèi)部大面積積土、基坑周邊道路開(kāi)裂甚至塌陷、基坑局部區(qū)域內(nèi)的地下管線、電纜變位以致于破壞，鄰近建筑物不均勻沉降產(chǎn)生墻體開(kāi)裂等，給人們的正常生產(chǎn)生活帶來(lái)一定困擾。因此，合理選取基坑支護(hù)形式和支護(hù)方案至關(guān)重要，直接關(guān)系著深基坑工程的安全與順利施工，在基坑開(kāi)挖之前必須深人調(diào)研，充分論證［1-3］。

土釘支護(hù)是在預(yù)開(kāi)挖的土體內(nèi)設(shè)置土釘并逐步開(kāi)挖土體的一種支護(hù)技術(shù)，在基坑工程中有著廣泛的應(yīng)用。土釘支護(hù)是由被加固土體、放置在其中的土釘體和噴射混凝土面層共同組成的一種擋土結(jié)構(gòu)。其主要作用機(jī)理是充分利用原狀土的自承能力，把本來(lái)完全靠外加圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)支擋的被動(dòng)土體，通過(guò)土釘技術(shù)的加固使其本身成為一個(gè)復(fù)合的擋土結(jié)構(gòu)。天然土體通過(guò)土釘?shù)募庸滩⑴c噴射混凝土面層相結(jié)合，共同抵抗支護(hù)后面?zhèn)鱽?lái)的土壓力和其它荷載，保證了開(kāi)挖面的穩(wěn)定。土釘支護(hù)現(xiàn)已成為繼撐式支護(hù)、排樁支護(hù)、連續(xù)墻支護(hù)和深層攪拌樁支護(hù)后又一項(xiàng)成熟的支護(hù)技術(shù)［4-5］。

土釘支護(hù)技術(shù)與鋼筋混凝土排樁支護(hù)及地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)相比，工程造價(jià)往往可以節(jié)約1/3甚至更多，因此在基坑支護(hù)工程中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。目前關(guān)于土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算尚不十分成熟，限制了這一支護(hù)技術(shù)的推廣應(yīng)用［6-8］。本文對(duì)鄭州某深基坑工程采用的土釘支護(hù)方案進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明采取土釘支護(hù)方案是可行有效和科學(xué)的。

1 工程概況

鄭州“曼哈頓廣場(chǎng)”是中原崛起計(jì)劃的重要組成部分，規(guī)劃建沒(méi)35幢高層建筑，主要包括商場(chǎng)、辦公樓、居民住宅等，致力于打造成省會(huì)標(biāo)志性建筑群。C區(qū)工程所在地位于鄭州市金水路和未來(lái)大道的交匯處。擬建工程基坑長(zhǎng)98.4 m，寬42.3 m，開(kāi)挖深度為9.2 m，基礎(chǔ)形式采用樁基?；颖眰?cè)和東側(cè)為已建的六層住宅，西側(cè)和南側(cè)為兩條主干道。

1.1 場(chǎng)地巖土工程條件

根據(jù)河南省建筑設(shè)計(jì)研究院所提供的《巖土工程勘察報(bào)告》，該建筑場(chǎng)區(qū)地貌單元為黃河沖洪積平原，地形平坦。開(kāi)挖層內(nèi)工程地質(zhì)為：第①層雜填土：雜色，稍濕，稍密—中密，成分主要為磚塊、水泥塊等建筑垃圾，局部層底為素填土，厚度0.4 m～3.0 m。第②層新近沉積粉土：褐黃色，濕，稍密，層底埋深2.0 m～4.8 m，厚度0.9 m～3.8 m。第③層新沉積粉質(zhì)黏土夾粉土：褐黃—灰褐色，主要由粉質(zhì)黏土組成，土質(zhì)不均勻，局部與粉土互層。第④層新近沉積粉質(zhì)黏土：褐黃—灰褐色，飽和，處于可塑至軟塑狀態(tài)，局部夾有粉土薄層。層底埋深6.5 m～9.6，厚度1.3 m～4.1 m。第⑤層粉土：褐灰色，濕，稍密—中密。層底埋深9.1 m～12.3 m，厚度1.0 m～4.3 m。各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)請(qǐng)見(jiàn)表1所示。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 水文地質(zhì)條件

對(duì)本場(chǎng)地施工有影響的含水層主要有兩個(gè)：上層的潛水和下部的承壓水。潛水埋深在15.5 m以上，土層為弱透水層。承壓水埋藏在地面下18.3 m～30.8 m之間，屬?gòu)?qiáng)透水層，具有承壓性。潛水與承壓水被相對(duì)隔水層第8層粉質(zhì)黏土隔開(kāi)。勘察期間穩(wěn)定水位為0.7 m～2.8 m。

2 基坑支護(hù)方案

2.1 基坑支護(hù)的目的

基坑開(kāi)挖破壞了天然土體自重應(yīng)力場(chǎng)的平衡，土體會(huì)根據(jù)自身狀態(tài)調(diào)整應(yīng)力的分布，在這一過(guò)程中往往會(huì)使土體剪應(yīng)力增大。如果剪應(yīng)力大于土的抗剪強(qiáng)度，土體內(nèi)部產(chǎn)生塑性破壞區(qū)。塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大形成連續(xù)滑裂面時(shí)，則引起邊坡土體的失穩(wěn)下滑［9-12］。工程中常采用擋土結(jié)構(gòu)支護(hù)防止土體的塑性破壞，其基本原理是依靠擋土結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度剛度及嵌埋深度形成抗衡力，支擋要下滑破壞的土體，從而為基坑內(nèi)施工及周邊安全穩(wěn)定提供保障。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞是整個(gè)工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵，稍有不慎就可能影響后期工程的順利進(jìn)展，同時(shí)也會(huì)給周?chē)ㄖ锏陌踩爸車(chē)用竦恼Ｉ顜?lái)一定影響。在我國(guó)大規(guī)模工程建設(shè)的背景下，就曾經(jīng)發(fā)生過(guò)基坑坍塌造成人員傷亡的事故，給社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大的損失，并造成了惡劣的社會(huì)影響。

2.2 基坑支護(hù)方案選取

基坑支護(hù)方案的選取應(yīng)合理考慮基坑的尺寸形狀、開(kāi)挖深度、工程地質(zhì)條件和環(huán)境條件等影響因素，在保證安全的同時(shí)并盡可能做到節(jié)省經(jīng)濟(jì)。目前深基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要形式［13-15］有內(nèi)支撐（水平橫撐、角撐、斜撐）、鋼筋混凝土排樁和深層攪拌樁等形式。本基坑北側(cè)和東側(cè)分別為幾棟民用住宅，南側(cè)為一條市政道路，周邊環(huán)境關(guān)系相對(duì)較為簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較分析，最終選取了土釘支護(hù)方案。土釘支護(hù)在本基坑工程中的突出優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為施工機(jī)具簡(jiǎn)單、投資造價(jià)節(jié)省、結(jié)構(gòu)重量輕便、施工速度快捷。其剖面布置如圖1所示，前3道土釘長(zhǎng)度均為9 m，第4道10 m，后3道11 m，鋼筋直徑120 mm，傾角10°。

3 施工監(jiān)測(cè)分析

基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是深基坑工程開(kāi)挖施工過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以達(dá)到安全施工的目的［16-18］?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［19］（GB50007-2011）中規(guī)定：高等級(jí)基坑工程開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)施信息化施工。

3.1 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及觀測(cè)方法

根據(jù)要求，在基坑周邊沿建筑物墻壁（角）及道路外線埋設(shè)了27個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并沿基坑側(cè)壁埋設(shè)了4條測(cè)斜管（見(jiàn)圖2）。沉降測(cè)點(diǎn)嚴(yán)格遵照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，采用Topcon精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)。水平位移測(cè)點(diǎn)采用CX系列數(shù)字顯示測(cè)斜儀進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)管埋深15.2 m，每隔1 m提升探頭測(cè)讀一次。水準(zhǔn)基點(diǎn)選取在擬建建筑物基礎(chǔ)深度3倍以外的穩(wěn)定場(chǎng)地上，其高程在首次觀測(cè)之前由閉合水準(zhǔn)測(cè)量確定。測(cè)斜孔則埋設(shè)在距離基坑周邊0.5 m的位置。

圖1 土釘支護(hù)剖面圖

圖2 測(cè)點(diǎn)平面布置圖

根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)計(jì)單位提出的具體要求，在降水之前安裝觀測(cè)點(diǎn)位，觀測(cè)3次～4次，取其中值作為基準(zhǔn)值；在基坑開(kāi)挖期間，根據(jù)工程進(jìn)度每天觀測(cè)一次；基底墊層施工完成后可降低監(jiān)測(cè)頻率至每2 d～3 d一次；基礎(chǔ)底板澆筑完成后每?jī)芍苡^測(cè)一次；主體結(jié)構(gòu)出地坪后終止觀測(cè)。測(cè)斜次數(shù)可視基坑開(kāi)挖情況而定，密集作業(yè)期間每天觀測(cè)一次。數(shù)據(jù)處理嚴(yán)格按照中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》［20］（JGJ/T 8-97）、中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程測(cè)量規(guī)范》［21］（GB50026-93）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3.2 監(jiān)測(cè)成果分析

基坑開(kāi)挖采取的是分層放坡開(kāi)挖方式。由于該基坑工程面大線深，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程持續(xù)了一個(gè)月左右。對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊建筑物、道路及基坑側(cè)壁水平位移等進(jìn)行了全程監(jiān)控量測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)表明，基坑周邊道路和建筑物等沉降位移量不大，最大沉降位移不足10 mm，最大水平位移約2 mm，都控制在安全域以內(nèi)，且變化趨勢(shì)平緩，至基坑開(kāi)挖完成后趨于穩(wěn)定。基坑側(cè)壁水平位移量也滿足工程要求，說(shuō)明土釘?shù)娜后w作用，已與周?chē)馏w形成了一個(gè)堅(jiān)固有效的組合體，土釘支護(hù)取得了明顯的預(yù)期效果。選取兩組有代表性的觀測(cè)點(diǎn)位移發(fā)展趨勢(shì)如圖3、圖4。

圖3 觀測(cè)點(diǎn)沉降趨勢(shì)圖

圖4 水平位移觀測(cè)點(diǎn)位移量

4 結(jié) 論

土釘支護(hù)技術(shù)具有施工機(jī)具簡(jiǎn)單、投資造價(jià)節(jié)省、結(jié)構(gòu)重量輕便、施工速度快捷等優(yōu)勢(shì)。本基坑工程的順利開(kāi)挖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)取得的沉降、水平位移資料均表明，此基坑工程選取的土釘支護(hù)方案是可行有效和科學(xué)的，完全滿足工程要求。目前土釘及復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在北京、上海、鄭州等地己有許多成功的工程實(shí)例。在有一定黏性的砂土、粉土、硬塑與干硬黏土土層中，可優(yōu)先考慮采取土釘支護(hù)技術(shù)。目前對(duì)于土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作性能、工作機(jī)理、抗拔能力及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算等方面已經(jīng)取得了許多明顯的研究成果，有力地推動(dòng)了這一支護(hù)技術(shù)在基坑工程中的推廣和應(yīng)用。而對(duì)于土釘支護(hù)的止水防滲、防銹蝕（耐久性）及抗震能力等方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng)研究，以促使這一技術(shù)不斷完善和日臻成熟。

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Analysis of Soil Nailing Application in a Deep Foundation Pit

QIN Pengfei1，LIU Yan2
（1.School of Architectural Engineering，Zhengzhou University of Industrial Technology，Zhengzhou，He’nan 450010，China；2.Shenzhen Surveying and Mapping Institute Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518028，China）

The soil nailing support techniques have been widely used in the deep foundation pit with many advantages such as simple construction machine，economical investment，lightweight construct，fast construction progress.The soil nailing application in a deep foundation pit in Zhengzhou has been analyzed and the settlement of the surrounding road and architecture and the horizon displacement of the pit side was monitored.Results indicate the settlement and the displacement can met the engineering request.The soil nailing support got the expected effect.

soil nailing support；deep foundation pit；application；analysis

TU472

A

1672—1144（2016）05—0151—04

10.3969/j.issn.1672-1144.2016.05.029

2016－04－17

2016－05－10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51279217）

秦鵬飛（1984—），男，河南魯山人，副教授，主要從事地基處理方面的研究工作。E－mail：qinpengfei@emails.bjut.edu.cn