明挖隧道深基坑支護(hù)中關(guān)于土釘墻+排樁的相關(guān)問(wèn)題探討

文/汪亞 建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計(jì)院有限公司安徽分院 安徽合肥 230000

隨著城市化進(jìn)程不斷加快，導(dǎo)致可用的建設(shè)面積逐漸縮小，地上用地已經(jīng)不能滿足建設(shè)需求，因此大量地下空間被開(kāi)采使用。在進(jìn)行地下開(kāi)采的過(guò)程中，基坑工程的支護(hù)是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，具有一定難度系數(shù)，不但需要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，同時(shí)還應(yīng)避免對(duì)周?chē)ㄖ镌斐捎绊懞推茐摹?/p>

在深基坑支護(hù)工程中土釘墻+排樁技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于深度較小、對(duì)于基坑周邊沒(méi)有嚴(yán)格要求的邊坡支護(hù)更適合應(yīng)用土釘墻噴錨支護(hù)，而排樁則在不同要求的邊坡中都可應(yīng)用，但是所需成本較高。

1、土釘墻噴錨支護(hù)和排樁支護(hù)的原理

1.1 土釘墻噴錨支護(hù)

土釘墻噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)綜合了土釘與鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的優(yōu)點(diǎn)，為基坑邊坡進(jìn)行柔性支撐。在高壓氣流的影響下混凝土與鋼筋網(wǎng)形成一個(gè)整體支護(hù)面層，進(jìn)而對(duì)面層和被支護(hù)土體起到嵌固作用，緩解邊坡承載的壓力，合理控制位移程度，為邊坡穩(wěn)定性提供保障。土頂嵌入土體之內(nèi)，并進(jìn)行固定，與土體形成復(fù)合性重力構(gòu)造，使邊坡整體的土體強(qiáng)度得以提升。鋼筋網(wǎng)則對(duì)噴射混凝土面層及土釘應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，提高支護(hù)體系的柔和度，使其更具整體性。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了土體荷載用于支護(hù)的效果，從被動(dòng)支護(hù)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)支護(hù)。

1.2 排樁支護(hù)

排樁支護(hù)能夠在多種地質(zhì)環(huán)境下應(yīng)用，尤其在深基坑中應(yīng)用較為廣泛，用于排樁擋墻的制作，具有較強(qiáng)的支護(hù)剛度、且具有較強(qiáng)的抗彎性，不會(huì)產(chǎn)生較大的變形，在施工的過(guò)程中無(wú)擠土和振動(dòng)的情況發(fā)生，不會(huì)對(duì)周?chē)ㄖ镌斐奢^大影響。如果樁端嵌入過(guò)深的深度或則采用的懸臂裝為單獨(dú)式，那么將會(huì)影響施工的經(jīng)濟(jì)性與可行性。對(duì)于對(duì)基坑的變形有極高要求的情況下，通常將護(hù)坡樁和預(yù)應(yīng)力錨桿（或錨索）相結(jié)合的方式進(jìn)行支護(hù)，也就是常說(shuō)的樁錨支護(hù)，并將腰梁橫向連接于預(yù)應(yīng)力錨索。受力形式由單頭固定轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)支梁體系，有效控制變形情況，具有良好的支護(hù)效果。

2、工程背景

2.1 工程概況

以某高速公路建設(shè)為例，公路全長(zhǎng)為174.8km，施工采用明挖暗埋隧道，隧長(zhǎng)度為1200m，在隧道的K35+080-180段，周?chē)辉O(shè)有重要的管線和建筑物，基坑為長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)度為100m，寬度為34m，深度為12.4-14.0m左右，基坑邊線和用地紅線的間距為9.0m，將排樁冠梁施工和坡頂截水溝的施工空間除外，可用于土釘墻施工的寬度為6.5m。此工程基坑內(nèi)的土質(zhì)以黏土為主，且多為硬黏土。

2.2 支護(hù)方案

根據(jù)施工的水文條件、地質(zhì)狀況、周邊環(huán)境設(shè)施以及基坑深度等情況，決定采用上部土釘墻，下部排樁+鋼管支撐的方案進(jìn)行支護(hù)。并將基坑中間設(shè)置一排立柱，避免跨度較大影響鋼支撐穩(wěn)定能力。

2.3 主要支護(hù)參數(shù)

上部土釘墻：墻高度為6.5m，土釘墻坡度為1：10，相鄰?fù)玲數(shù)木嚯x為1.5＊1.5m，且布設(shè)成梅花狀，長(zhǎng)度為6.0m。選用C20的混凝土用于面層噴射，同時(shí)在內(nèi)部設(shè)置一定的鋼筋網(wǎng)。

下部排樁+鋼支撐：樁距為1.6m，樁徑長(zhǎng)1.2m，樁頂標(biāo)高與土釘墻底部持平。樁長(zhǎng)15.0m，嵌固深約7.5m，樁頂?shù)墓诹洪L(zhǎng)為120cm、寬為80cm，并將鋼管設(shè)在樁間用于支撐，與樁頂?shù)木嚯x為2.5m。

2.4 工況計(jì)算

為了對(duì)此工程支護(hù)體系進(jìn)行施工的力學(xué)研究，采用施工過(guò)程全模擬的形式，將應(yīng)力學(xué)初始計(jì)算土體開(kāi)挖和支護(hù)的施工等進(jìn)行綜合分析，根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖方案開(kāi)始數(shù)值模擬，比如排樁支撐和換撐的施工的計(jì)算。計(jì)算概況如下：工況1為初始地應(yīng)力平衡，應(yīng)力場(chǎng)保留，清除速度場(chǎng)和位移；工況2a為將土方挖至低于第一層土釘?shù)?.3m之下；工況2b為第一層土釘施工，土方挖至第二層土釘?shù)?.3m之下；工況2f為土方挖至排樁頂部，最后一層土釘開(kāi)始施工；工況3為排樁和樁頂冠梁的施工，應(yīng)力場(chǎng)保留，清理速度場(chǎng)和位移；工況4為土方挖至支撐底部；工況5為進(jìn)行鋼支撐架設(shè)，基坑底部的土方開(kāi)挖；工況6為底板制作、部分墻位于鋼支撐喜愛(ài)0.5m處；工況7為鋼支撐架設(shè)和換撐，將原鋼支撐拆除。

2.5 結(jié)論

通過(guò)土釘墻的相應(yīng)計(jì)算可以知道土釘墻i越小，土釘墻的穩(wěn)定性越強(qiáng)，但位于下部的排樁發(fā)生位移也就較大，導(dǎo)致支護(hù)費(fèi)用增加。土釘墻破壁越大，所需的土釘長(zhǎng)度也越長(zhǎng)，這樣才能使其穩(wěn)定滑動(dòng)。因此，選取土釘墻坡比時(shí)還應(yīng)充分考慮下部排樁和自身的整體穩(wěn)定性。

3、土釘墻+排樁支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

土釘墻+排樁支護(hù)更適合應(yīng)用在基坑深度不太深、四周存在較小的既有荷載同時(shí)對(duì)變形要求較高的邊坡支護(hù)當(dāng)中。相較于單一的土釘墻支護(hù)或者樁錨支護(hù)來(lái)說(shuō)，其具有一定支護(hù)優(yōu)勢(shì)：首先，其能夠有效掌控基坑邊坡變形程度，對(duì)變形情況進(jìn)行檢測(cè)合理對(duì)土釘結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，能夠靈活增設(shè)錨索或錨桿，操作性較強(qiáng)；其次，融合了土釘墻支護(hù)與樁錨支護(hù)的雙重優(yōu)勢(shì)，也就是說(shuō)既具經(jīng)濟(jì)性又具安全性；再次，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于施工操作，對(duì)場(chǎng)地大小沒(méi)有過(guò)多的要求；最后，由于基坑施工涉及到的管道、圍墻、道路等較多因素，而土釘墻+排樁支護(hù)技術(shù)不會(huì)對(duì)此類(lèi)因素造成過(guò)大的影響，因此值得推廣使用。

除上述優(yōu)勢(shì)之外，其也存在不可避免的缺陷。具體表現(xiàn)在：首先，其施工工藝較為簡(jiǎn)單，適用范圍具有局限性，僅僅適合在較好的土質(zhì)中及含砂厚度較小的邊坡支護(hù)中；其次，土釘?shù)呐艛?shù)要比普通錨桿或錨索要多，面層剛度與大口徑排樁相比要小一些，對(duì)土方開(kāi)發(fā)施工及工藝有較高的要求；再次，應(yīng)保證圖定向與排樁之間的作用協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)方面還處于經(jīng)驗(yàn)期；最后，計(jì)算理論還有待進(jìn)一步完善，在實(shí)際施工時(shí)，還需對(duì)樁頂和既有建筑物加大變形監(jiān)測(cè)力度。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在明挖隧道深基坑支護(hù)中應(yīng)用土釘墻+排樁技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是選擇支護(hù)方案時(shí)還應(yīng)充分考慮工程的地質(zhì)條件和水文情況等，保證應(yīng)用的合理性。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)保證土釘墻技術(shù)與排樁技術(shù)各方面參數(shù)的合理確定，只有做到各環(huán)節(jié)嚴(yán)謹(jǐn)，才能使土釘墻+排樁技術(shù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，提高基坑的穩(wěn)定性。但是這種支護(hù)方式也存在一定局限性，對(duì)此還應(yīng)加大研究力度，逐步進(jìn)行完善?？傊?，合理的運(yùn)用土釘墻+排樁技術(shù)能夠有降低工程造價(jià)，縮短工期，促進(jìn)工程順利開(kāi)展。