復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)與施工中的問題及處理方案分析

宋博學(xué)

山東永固勘察施工工程有限公司 山東臨沂 276002

山東德州地區(qū)地處魯北平原，地層主要為河流相沖積物，與基坑開挖相關(guān)的主要土層為粘性土、粉土，地區(qū)地下水位埋深地下2m-3m。在基坑深度不超過8m 的安全等級(jí)為二級(jí)和三級(jí)基坑支護(hù)中，降水后根據(jù)可用于放坡空間的大小，土釘墻和復(fù)合土釘墻支護(hù)已成為首選支護(hù)方案。學(xué)者對(duì)復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)的受力特性和變形特征進(jìn)行了研究分析[1-3]。土釘墻支護(hù)具有結(jié)構(gòu)柔性大，破壞前有變形發(fā)展過程，工程量小，經(jīng)濟(jì)性好施工所需場(chǎng)地小，施工工藝和所需設(shè)備簡(jiǎn)單，施工速度快的優(yōu)點(diǎn)。但土釘墻的缺點(diǎn)也較明顯，其限制變形能力較弱，對(duì)周邊環(huán)境影響較大，需要有足夠的放坡空間。復(fù)合土釘墻增強(qiáng)了土釘墻的適用性和安全性，復(fù)合土釘墻支護(hù)型式有多種，例如土釘結(jié)合錨索，土釘結(jié)合攪拌樁，土釘結(jié)合微型樁等等。本文討論復(fù)合土釘墻支護(hù)的設(shè)計(jì)和施工中，需要注意的問題和相應(yīng)的處理方案。

基坑支護(hù)施工中情況復(fù)雜多變，由于各種原因，造成個(gè)別無(wú)法按照設(shè)計(jì)方案施工，若在土方開挖前未能通知設(shè)計(jì)單位進(jìn)行變更，在土方開挖后存在安全隱患，需要在原方案基礎(chǔ)上加固。德州陵城區(qū)某基坑的東側(cè)坡面，周邊環(huán)境：擬建建筑基礎(chǔ)邊線距離東側(cè)水湖邊約18m，水庫(kù)水位在地面下約2．0m，坡頂無(wú)其他荷載，無(wú)地下管線。基坑深度6．43m，土層參數(shù)見表1，采用復(fù)合土釘墻支護(hù)，截水帷幕采用單排直徑550mm，間距300mm 攪拌樁。設(shè)計(jì)支護(hù)剖面見圖1。

表1

基坑土方開挖過程中，開挖坡度由1：0．5 增大至1：0．36，在未施工土釘?shù)那闆r下，已開挖到坑底標(biāo)高以上0．5m，由于截水帷幕已經(jīng)施工完畢，無(wú)法向外挖土按原方案坡度放坡，安全風(fēng)險(xiǎn)很大。土釘施工時(shí)，在截水帷幕前的土體頂部出現(xiàn)了裂縫，有繼續(xù)坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。這是因?yàn)閿嚢铇恫贾梦恢眠^于靠前，加上土釘?shù)氖┕み^晚，在基坑開挖過程中，隨開挖深度增加，攪拌樁彎矩在不斷變化，加上攪拌樁前的土體無(wú)法提供足夠的被動(dòng)土壓力，造成攪拌樁變形過大引起。

圖1

圖2

設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，先要求對(duì)基坑被動(dòng)區(qū)進(jìn)行回填，并對(duì)支護(hù)方案做出調(diào)整，調(diào)整后的支護(hù)剖面見圖2。具體施工順序如下。第一步，在被動(dòng)區(qū)回填土致第1 排土釘孔口標(biāo)高下0．5m，降低變形逐漸增大的風(fēng)險(xiǎn)，施工第1 排土釘并施工土釘墻面層。在第一排土釘強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，第二步，開挖致第2 排錨索孔口標(biāo)高下0．5m，土體裂縫處采用水泥漿封堵處理，將第2 排土釘改為錨索，第二排錨索和面層施工完強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并將錨索施加預(yù)應(yīng)力，錨固到雙拼槽鋼腰梁。第三步，進(jìn)行第三步土方開挖至第三排土釘孔口標(biāo)高下0．5m 并第三排土釘施工。施工過程中至直至回填前加密監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)對(duì)變形情況對(duì)設(shè)計(jì)單位反饋。經(jīng)過監(jiān)測(cè)，經(jīng)過加固后，基坑變形沒有繼續(xù)擴(kuò)大。

德州寧津縣某基坑，開挖深度4．79m 和4．98m，該基坑側(cè)壁為3 棟獨(dú)立成排建筑基坑的東側(cè)側(cè)壁，坡頂荷載為臨時(shí)施工道路動(dòng)荷載，距離坡頂1．0m，土層參數(shù)見表2。基坑較淺，為了降低造價(jià)，采用了三排土釘?shù)耐玲攭Ψ桨?，由于接近垂直開挖，擔(dān)心風(fēng)險(xiǎn)過大，先開挖一個(gè)基坑作為試驗(yàn)坑。土體分層開挖，第1 和第2排土釘及面層施工完，進(jìn)行第3 層土方開挖后，在第3 排土釘施工前，已噴射混凝土面層出現(xiàn)塌落，是由于土釘與面層鋼筋網(wǎng)焊接連接脫開所致，土釘并未發(fā)生松動(dòng)。經(jīng)分析，主要原因有兩點(diǎn)：第一，土釘切向抗力很小，坡面坡度過大且坡頂沒有有效固定的情況下，土釘抗力不能阻止面層滑落；第二，臨時(shí)施工道路動(dòng)荷載引起土體振動(dòng)，土釘和面層反復(fù)增大受力，進(jìn)一步增加了土釘和面層連接處的應(yīng)力集中，增加土釘與面層連接處脫開的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)單位給出的加固方案剖面見圖3。在原第1 土釘下方0．6m、第2 排土釘下0．7m處增加兩排錨索，梅花形布置，有效控制了該基坑的變形。

為了避免這種面層塌落情況在其他兩個(gè)基坑處再次發(fā)生，其余兩棟建筑的基坑?xùn)|側(cè)，采用有微型鋼管樁的復(fù)合土釘墻支護(hù)方案，剖面見圖4。微型鋼管樁可在土方開挖前加固土體，減小動(dòng)荷載對(duì)基坑坡面的影響，降低分層開挖施工土釘?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。增加微型樁和錨索的復(fù)合土釘墻在開挖至坑底后，微型樁與土釘、錨索共同承擔(dān)坡頂荷載，控制基坑坡頂位移，且微型樁大大增強(qiáng)了坡面的穩(wěn)定性，有效防止面層脫落。對(duì)監(jiān)測(cè)單位提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，基坑坡頂位移在監(jiān)測(cè)報(bào)警值以內(nèi)。

表2

圖3

綜上所述，攪拌樁結(jié)合土釘?shù)膹?fù)合土釘墻，若攪拌樁布置在放坡區(qū)域內(nèi)，樁前土過少，攪拌樁前土體自身穩(wěn)定性不夠，更無(wú)法提供足夠的被動(dòng)土壓力，攪拌樁會(huì)發(fā)生較大變形，在土較軟的地區(qū)，建議攪拌樁布置在距離土釘墻坡面1．0m 以外位置，并嚴(yán)格控制復(fù)合土釘墻土體分層開挖，分層施工土釘和錨索，對(duì)復(fù)合土釘墻的安全至關(guān)重要。土釘墻支護(hù)面層坡度建議小于1：0．2，特別在坡頂1．5m內(nèi)有動(dòng)荷載作用下，建議采用坡面坡度小于1：0．3 的錨索結(jié)合土釘?shù)膹?fù)合土釘墻。若放坡空間限制，可采用微型樁結(jié)合土釘和錨索的支護(hù)方案，土體開挖前，提前對(duì)坡面進(jìn)行加固，防止分步開挖過程中，動(dòng)荷載引起的現(xiàn)面層開裂和脫落，造成安全事故。

圖4