復合土釘墻在深基坑支護中的應用

【摘要】本文依據(jù)中國鐵建·龍沐灣一號項目二期基坑支護方案及勘察設計院出具的合格的勘察地址報告，結合現(xiàn)場地形地貌及水文條件，綜合比選支護方案，制定了掛網噴射混凝土的復合土釘墻支護方案，本文介紹了復合土釘墻的深基坑支護工程設計方案在房屋建筑工程中的應用，節(jié)約了施工成本，滿足了現(xiàn)場的施工進度要求。

【關鍵詞】基坑支護;噴錨網;深基坑;土釘墻

1、工程概述及研究背景

本文結合中國鐵建·龍沐灣C區(qū)項目二期工程實際情況，簡單介紹了深基坑支護技術在本工程中的方案設計及工程應用，通過對項目地質勘查報告的分析、深基坑支護承載力的計算以及基坑支護的現(xiàn)場施工經驗，從而完成工程深基坑支護方案的確定，提高了施工質量，加快了施工進度。

海南龍沐灣C區(qū)項目二期用地面積約104畝，總建筑面積約90469.68m2，場地距離海邊約200m。項目二期包含2棟15F住宅樓（編號1#樓，4#樓），1#樓、4#樓結構類型為剪力墻結構，擬采用預制混凝土樁基礎;擬建4棟15F住宅樓（1#樓～4#樓）設一層整體地下室，深度約6.0m，項目基坑南北約200m，東西約111m。擬建15F住宅樓工程重要性等級為二級，4層及5層洋房工程重要性等級為三級，建筑場地類別為Ⅱ類，場地等級為二級，地基等級為二級，巖土工程勘察等級為乙級。

2、場地巖土工程條件

根據(jù)勘察單位提供的項目地質資料及本次鉆探揭露，本次勘察場地埋藏的地層分別有人工填土層（Qml）、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q4mc）、第四系上更新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q3mc）及第四系下更新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q1mc）。將場地鉆探范圍內所揭露的地層劃分為5個巖性單元層，項目場地各地層及其分布情況列于表1所示：

3、工程地下水概況

依據(jù)地勘報告知：本次勘察深度范圍內，③層、④層粉質黏土為弱透水層，其它各層為強透水層?？辈炱陂g為豐水季節(jié)，各鉆孔均遇見地下水，含水層巖性為②層中砂、③1層粉砂，透水性強，項目場地及附近地形變化較大，地下水徑流較快，地下水排泄方式以徑流為主，以蒸發(fā)為次。勘察期間所測得的地下水靜止水位埋深在0.20～1.00m之間，其標高在0.86～3.44m 之間。暴雨或大潮時，部分地段水位淹沒地面，據(jù)區(qū)域水文地質資料，其水位年變幅約2.00m。

綜合評定：本場地②層中砂、③1層粉砂為強透水土層，基坑施工時應注意邊坡及坑底的透水涌水影響，采用相應施工保護措施。

4、深基坑支護設計方案選擇

根據(jù)地質勘察報告，綜合考慮現(xiàn)階段深基坑支護方案的對比及現(xiàn)場周圍環(huán)境情況，初步選則掛網噴射混凝土的復合土釘墻支護方案，支護方案對比詳情見下表3所示。

土釘墻支護充分利用土層介質的自承力，形成自穩(wěn)定結構，承擔較小的變形壓力。土釘主要承受拉力，噴射混凝土面層調節(jié)應力分布，體現(xiàn)整體作用。同時由于土釘排列較密，通過高壓灌注漿擴散后使土體性能提高。

本工程基坑深度為4.95-5.95m，根據(jù)基坑深度及周邊環(huán)境條件及場地地質情況分1個支護剖面，依據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》，基坑支護安全等級為二級，側壁重要性系數(shù)γ取1.0;依據(jù)《建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范》，本基坑工程變形控制等級為二級。基坑周邊荷載取值：基坑周邊荷載取值20KPa，基坑周邊道路荷載取值25Kpa。本工程基坑支護設計采用復合土釘墻支護。根據(jù)地質勘察報告現(xiàn)水位位于埋深在0.20～1.00m之間，其標高在0.86～3.44m 之間，本工程基坑降水采用輕型井點降水。

在實際施工中是邊開挖邊支護，縮短了項目施工時間和成本。龍沐灣項目主要采用掛網噴射混凝土的復合土釘墻支護方案，現(xiàn)場施工圖如下圖1所示。

5、復合土釘墻支護在工程中的應用

5.1 深基坑支護參數(shù)

5.1.1 結構材料

1）混凝土強級：噴射混凝土面層采用C20混凝土，混凝土保護層厚度為30mm;

2）鋼筋：HPB300，fy=fy'=270N/mm?，HRB335鋼筋，fy=fy'=300N/mm?，HRB400鋼筋，fy=fy'=360N/mm?;

3）焊條：HPB300鋼筋采用E43系列焊條，HRB335、HRB400鋼筋采用E50系列焊條，鋼筋焊接依據(jù)《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》有關規(guī)定;

4）錨桿桿體材料采用1860級鋼絞線，fpy=1320N/mm?;fpy'=390N/mm?;

5）鋼材：采用Q235等級鋼材;

6）水泥：強度等級PO42.5;

土釘?shù)罃?shù)及土釘設計參數(shù)如表4、表5所示。

5.1.2 土釘墻的施工工藝

（1）管井降水布設方案及其施工工藝

本工程為減少降水對周圍環(huán)境的影響，在降水實施過程中，保證降水在達到設計要求的同時，采用大口管井降水方案，采用多井淺降，控制水位降深和降水速率，以減少因降水而引起的建筑物、路面和管網沉降?；咏邓疽鈭D如圖2所示。

管井施工孔徑為300mm，管徑為200mm，井深25m。管井降水施工質量要求如下：

1）定位：井位偏差小于5cm。

2）鉆孔：一徑到底，不留沉渣，鉆孔要求正、圓、直、傾斜度小于1%。

3）下管：井管居中，不偏不斜。

4）填濾料：井管外濾料規(guī)格應滿足D50=（6-8）d50，要求選擇均勻干凈，磨圓度較好的硬質巖石，不宜采用棱角壯石渣料、風化料和其它粘質巖石。充填應密實。

5）水泵要求按要求安裝好，排水系統(tǒng)安裝緊密，使降水工作順利進行。

6）抽水派專人負責，定時測量，嚴格控制出砂量不大于5/10000。

7）備好10臺備用潛水泵，井下抽水泵出現(xiàn)故障立即更換。

8）基坑外封井時，用大功率水泵將水降至基底以下1.0米，采用粘土填實至自然地面。

（2）土釘墻施工工藝

1）土釘成孔優(yōu)先采用人工成孔的方式，采用梅花形布置，直徑100mm，成孔傾角15度。鉆孔的傾角誤差不大于3°，孔徑允許誤差為±5mm，孔深允許偏差為±50mm;當洛陽鏟成孔困難時，采用機械成孔或鋼管土釘;

2）土釘釘體接長采用焊接方式，焊接必須符合規(guī)范要求;在邊坡坡面上，按設計要求鋪設鋼筋網片，鋼筋網片規(guī)格采用Φ6.5@250*250mm，接頭搭接不小于300mm。在鋼筋網片外面焊接加強筋一道，連接橫排土釘以提高整體性，采用Φ18鋼筋。

3）土釘桿體應沿土釘軸線方向每隔2m左右設置一個居中支架，居中支架采用φ6.5 HPB300鋼筋制作，并將用作居中支架的鋼筋彎成弧形與土釘桿體焊接;

4）土釘注漿采用P042.5號純水泥漿，水灰比0.55，初步確定注漿水泥用量為30kg/m3，施工前需進行試驗確定。

5）土釘施工前應查明土釘范圍內的地下管線，如與設計不符應及時通知設計單位進行處理。

（3）噴射混凝土面層施工要求

1）采用潮噴法噴射砼。水泥、砂、石按配比拌均勻，施工供水保證噴頭處水壓力需要。噴射作業(yè)應分段進行。

噴射壓頂：壓頂噴射前應先進行基地清理，將壓頂范圍內的建筑垃圾清理掉?；厍謇砗煤筮M行混凝土噴射。并收壓平整。

噴射作業(yè)應分段進行，同一分段內噴射順序自下而上，一次噴射厚度不小于40mm。

2）噴射混凝土時，噴頭盡量與受噴面保持垂直。

3）噴射混凝土面層終噴2h后，噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間根據(jù)氣溫確定。

5.2? ?深基坑土釘設計估算

5.2.1? 土釘極限抗拉承載力

土釘極限抗拉承載力R按以下兩個公式計算，并取其中較小值。

（1）按土釘抗拔條件計算：

（2）按土釘受拉屈服條件：

式中：

d0——土釘孔徑，m;

db——土釘桿件直徑，m;

la——土釘在破壞面?zhèn)壬烊敕€(wěn)定土體的長度，m;

——土釘與土體之間的界面黏結強度，kPa;

fy——鋼筋抗拉強度，N/mm2。

經比較，土釘?shù)臉O限抗拉承載力R=110.71kN。

5.3? 土釘內部驗算

5.3.1? 土釘抗拔承載力驗算

單根土釘軸向拉力：

經比較，R=125.38KN>Nt 。所以，土釘抗拔承載力滿足要求。

5.4? 內部整體滑動穩(wěn)定性驗算

假定破壞面上的土釘只承受拉力，且達到極限抗拉能力R，按圓弧破壞面采用簡單條分法對土釘支護作內部整體穩(wěn)定性驗算，穩(wěn)定性驗算及計算簡圖如圖3，圖4所示。計算公式如下：

式中： Wi——i土條的重量，kPa;

Qi—作用于i土條的地面荷載，kPa;

ai—第i土條圓弧滑動面切線的水平傾角，（度）;

bi——第i土條寬度，m;

Ssh——第k排土釘?shù)乃介g距，m;

ks——內部整體滑動穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般不小于1.3。

經計算， 。所以，內部整體穩(wěn)定性滿足要求。

經以上簡要數(shù)據(jù)對比估算，考慮到龍沐灣一號二期施工場地較為開闊，采用邊開挖邊支護、跟進作業(yè)。按照設計規(guī)定的各排土釘長度、直徑加工成合格的土釘，采用Φ22@1500mm鋼筋長度制作成型T型固定筋以備使用，每間距2.0m用三根20cm長Φ8圓鋼在土釘上焊一個對中支架，確保注漿時土釘桿體居中。鋼筋網片規(guī)格采用6.5@250mm*250mm。在鋼筋網片外面焊接加強筋一道，單根菱形連接橫排與豎排土釘以提高整體性，采用Φ18@1500mm*1500mm的規(guī)格。土釘墻支護方案滿足承載力、穩(wěn)定性規(guī)范要求，技術安全可行。

結語：

工程實踐表明，針對擁有高水位和較為復雜的沿海地質條件，噴射混凝土加鋼筋網片的復合土釘墻基坑支護能合理利用土體的自身承載力，將土體作為支護結構的一部分，結構柔性較大，有良好的延性和抗震性，施工設備簡單，防腐性能好，造價成本相對其他支護方案較低，對于場地空間寬闊的基坑可以適當放坡。

中國鐵建·龍沐灣一號項目二期工程采用自然放坡和噴射混凝土加鋼筋網片的復合土釘墻支護方案，解決了施工場地較小，降水難度較大的工程問題;在工期緊、任務重的情況下，基坑分層開挖，分層支護，有效的加快了工程進度;建筑基坑工程安全質量滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，方案合理適用，有效的節(jié)約了成本、提高了施工質量，按照項目總工期計劃節(jié)點完成了深基坑開挖與支護施工，并且取得了良好評價和社會效益。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院主編.《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2002）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]中國建筑科學研究院主編.《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]中華人民共和國建設部主編.《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）.北京：中國建設工業(yè)出版社，2010.

[4]應惠清.《基坑支護工程》.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[5]程杰林.深基坑土釘墻支護的作用機理及穩(wěn)定性分析[J].資源環(huán)境與工程，2006，20（s1）：672-683.

[6]胡生品.土釘墻施工技術在深基坑支護工程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015（36）.

[7]李洪斌.壁掛式復合土釘墻深基坑支護設計與施工[J].廣東土木與建筑，2008（6）：43-44.

[8]劉興旺，王洋，劉長志， 等l.深基坑復合土釘墻支護技術研究與應用[C].中國建筑學會建筑施工分會、中國工程機械工業(yè)協(xié)會施工機械化分會會.2014.

作者簡介：

張彥剛，主要從事建筑工程專業(yè)技術與管理研究。