軟土地基深基坑支護(hù)中土釘支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

張立中 于付強(qiáng)

（遼寧中廈建設(shè)工程有限公司,遼寧 鞍山 114031）

土釘支護(hù)技術(shù)是一種新型擋土技術(shù)，其應(yīng)用實(shí)質(zhì)是將土釘安裝在基坑周圍土體上，通過多個土釘起到群體作用，實(shí)現(xiàn)對其支護(hù)。當(dāng)前這一技術(shù)在基坑支護(hù)中的應(yīng)用十分廣泛，但針對軟土地基深基坑類型中這一技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)研究較少，基于此，本文開展基于土釘支護(hù)技術(shù)的軟土地基深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)研究。

1 軟土地基深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1 土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇

本文在對軟土地基深基坑支護(hù)時，引入土釘支護(hù)技術(shù)，對其支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。參數(shù)指標(biāo)主要包含土釘本身制作材料、長度、土釘傾斜角度等。將安裝土釘?shù)恼麄€土體看作一個完整的重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，因此單獨(dú)一個土釘?shù)拈L度與整個支護(hù)結(jié)構(gòu)之間存在一定關(guān)系，并且在實(shí)際施工過程中，土釘?shù)拈L度設(shè)定應(yīng)當(dāng)能夠在應(yīng)用中滿足完整穿過基坑周圍土體失穩(wěn)臨界面[1]。綜合上述需求分析結(jié)果，對土釘長度比、土釘粘結(jié)比、土釘強(qiáng)度比等參數(shù)進(jìn)行選擇。長度比參數(shù)計(jì)算公式為：

公式（1）中，L 表示土釘長度比參數(shù)；I 表示土釘長度；H 表示軟土地基深基坑支護(hù)高度。粘結(jié)比參數(shù)計(jì)算公式為：

公式（2）中，T 表示土釘粘結(jié)比參數(shù)；D 表示鉆孔孔徑；A 表示每一個土釘所承擔(dān)的土體垂直地面方向上的面積。強(qiáng)度比參數(shù)計(jì)算公式為：

公式（3）中，P 表示土釘強(qiáng)度比參數(shù)；d 表示土釘鋼筋結(jié)構(gòu)橫截面直徑。根據(jù)上述公式，完成對三個土釘結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算，并結(jié)合軟土地基深基坑支護(hù)需要，得出如表1 所示的土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對照表。

表1 土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對照表

完成對土釘長度比、土釘粘結(jié)比、土釘強(qiáng)度比，三種結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇后，還需要根據(jù)土釘在實(shí)際支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的受力情況對土釘傾斜角度進(jìn)行選擇。圖1 為土釘不同傾斜角度對應(yīng)受力情況。

圖1 中當(dāng)土釘受到拉力和剪力作用時，說明土釘引入起到了對支護(hù)的穩(wěn)定性作用；當(dāng)土釘受到壓力作用則說明對土釘墻整體穩(wěn)定性起到了副作用[2]。因此，在對土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)盡可能避免出現(xiàn)土釘受應(yīng)力狀態(tài)的問題發(fā)生，以此為依據(jù)對土釘?shù)膬A斜角度進(jìn)行調(diào)整。對于軟土地基深基坑進(jìn)行直立支護(hù)時，土釘?shù)膬A斜角度應(yīng)當(dāng)在0°～30°范圍以內(nèi)，其具體數(shù)值應(yīng)當(dāng)結(jié)合注漿鉆孔和土體分層情況等多種因素進(jìn)行綜合考量。通過對軟土類地基深基坑進(jìn)行探究得出，當(dāng)土釘?shù)膬A斜角度不斷增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向上的位移以及與地表之間的夾角會不斷增加，而當(dāng)土釘?shù)膬A斜角度超過25°時，這種增加的趨勢會逐漸加劇。因此，綜合上述分析，在對軟土地基深基坑支護(hù)時，應(yīng)當(dāng)將土釘?shù)膬A斜角度控制在不超過15°為最佳土釘傾斜角度參數(shù)。

圖1 土釘不同傾斜角度對應(yīng)受力情況

1.2 基于土釘支護(hù)技術(shù)的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對軟土地基深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，本文結(jié)合土釘支護(hù)技術(shù)，在對其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時，根據(jù)周圍環(huán)境和施工場地的條件，采用放坡開挖和土釘支護(hù)相結(jié)合的方式完成。根據(jù)基坑不同區(qū)域的荷載以及開挖后的深度條件，將支護(hù)結(jié)構(gòu)劃分為三個不同的區(qū)域，分別為鄰近道路區(qū)域、中間區(qū)域以及開挖區(qū)域[3]。同時，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合施工區(qū)域的工程地質(zhì)報(bào)告，對地基不同土層結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)行設(shè)定，為方便論述，本文以具體某一工程施工項(xiàng)目為例，針對其土層結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行設(shè)定，如圖2 所示。

圖2 土層結(jié)構(gòu)厚度

在對其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，將該支護(hù)土層的厚度設(shè)置為4.2m，其余土層的厚度及分布情況如圖2 所示。對于圖2中深基坑各個土層結(jié)構(gòu)物理力學(xué)特征如表2 所示。

表2 深基坑土層結(jié)構(gòu)物理力學(xué)特征表

為確保參數(shù)設(shè)定滿足施工區(qū)域普遍土體的特性，在對其物理力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行取值時，選取地質(zhì)報(bào)告當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)值或平均值。在對土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)首先確定土釘錨結(jié)構(gòu)固體與軟土地基之間的極限摩擦力，并結(jié)合工程地質(zhì)報(bào)告中的相關(guān)參數(shù)取上述三層土層結(jié)構(gòu)的平均極限摩阻力數(shù)值。除上述操作以外，在實(shí)際施工中，為了進(jìn)一步確保軟圖地基深基坑支護(hù)施工的安全，實(shí)現(xiàn)信息化施工，還應(yīng)當(dāng)在施工中及時反饋，對土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平方向位移、地下水位、土釘鋼筋應(yīng)力等參數(shù)變化進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，確保在出現(xiàn)參數(shù)異常變化時，能夠在第一時間查明原因，并給出相應(yīng)的解決措施，從而在保證安全施工的前提條件下，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的提升。

2 對比實(shí)驗(yàn)

本文選擇以某四期建設(shè)工程為例，將其作為本文實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分別利用本文提出的基于土釘支護(hù)技術(shù)的軟土地基深基坑支護(hù)方法和傳統(tǒng)支護(hù)方法對該工程項(xiàng)目當(dāng)中的軟土地基深基坑進(jìn)行支護(hù)。該工程項(xiàng)目地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，周圍河渠交錯綜合。建筑工程覆蓋范圍地勢平坦，表面土質(zhì)為粘性土和碎石混合，現(xiàn)場施工地面標(biāo)高在1.95m～4.25m 不等，平均地面標(biāo)高為2.54m，在該區(qū)域當(dāng)中高程為+3.8m。在該建設(shè)工程范圍內(nèi)，需要搭建一個高度為18.23m，總體面積為19.25m×45.24m 建筑。為了避免在施工過程中大開挖作業(yè)對其基礎(chǔ)建筑設(shè)施及周圍道路造成影響，需要在開挖的同時對其基坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)。為確保兩種不同支護(hù)技術(shù)在應(yīng)用后，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可對比性，除了本文上述設(shè)計(jì)內(nèi)容不同外，其余支護(hù)條件均設(shè)置相同，其中預(yù)應(yīng)力管樁施工均采用12.5m 長PHC 預(yù)應(yīng)力管樁。本文選擇將兩種支護(hù)方法在完成支護(hù)作業(yè)后五個月時間中基坑邊坡的水平位移作為評價指標(biāo)，水平位移越大，則說明該支護(hù)方法支護(hù)效果越差，支護(hù)質(zhì)量越高；反之水平位移越小，則說明該支護(hù)方法支護(hù)效果越好，支護(hù)質(zhì)量越高。根據(jù)上述論述完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并將結(jié)果記錄如表3 所示。

表3 兩種支護(hù)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表3 中的數(shù)據(jù)可以看出，兩種支護(hù)方法在實(shí)際應(yīng)用中，邊坡都出現(xiàn)了不同程度的位移，但明顯本文支護(hù)方法下基坑邊坡水平位移更小，在五個月時間內(nèi)僅出現(xiàn)了1.23mm 的位移，在建筑施工標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中未超過5.0mm 位移都不會對后續(xù)施工建設(shè)造成影響。但傳統(tǒng)方法下從8 月開始邊坡的水平位移已經(jīng)不滿足施工要求，對于后續(xù)施工質(zhì)量及安全會造成嚴(yán)重的影響。因此，通過對比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的基于土釘支護(hù)技術(shù)的軟土地基深基坑支護(hù)方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠進(jìn)一步提高基坑邊坡的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)更加理想的支護(hù)效果。

結(jié)束語

本文通過引入土釘支護(hù)技術(shù)，提出一種全新的軟土地基深基坑支護(hù)方法，并通過實(shí)驗(yàn)論證的方式證明了該方法的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，土釘支護(hù)技術(shù)具備其它支護(hù)技術(shù)不具備的優(yōu)越性，是一種利用土體自身承載能力的支護(hù)結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于各類建筑施工的基坑支護(hù)當(dāng)中具有良好的前景。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)從土釘共同作用的角度出發(fā)對實(shí)際支護(hù)施工進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此避免出現(xiàn)將土釘支護(hù)技術(shù)與其它相類似支護(hù)技術(shù)混淆的現(xiàn)象出現(xiàn)。在后續(xù)的研究當(dāng)中，本文還將針對更多土釘物理力學(xué)特征參數(shù)進(jìn)行分析，找出影響土釘支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果的參數(shù)，并對其加以合理設(shè)定，提高本文支護(hù)方法的適用性。