放坡基坑中的復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用

王宏東

（蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050）

隨著科技的進(jìn)步，全球高層建筑跨越式發(fā)展，深基坑工程逐漸增多，基坑工程投資增加，成為高風(fēng)險工程。隨著城市化進(jìn)程加快，人們對生活工作等方面需求不斷增加，大量地下空間得到開發(fā)。復(fù)雜的高架橋及地下停車場等隨處可見，一線城市城市化率達(dá)到80%。為提高經(jīng)濟(jì)活力，減緩城市用地壓力，城市高層建筑拔地而起。建筑深基坑是復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，支護(hù)方案選擇直接影響基坑的穩(wěn)定性。良好的基礎(chǔ)才能造就優(yōu)秀的上層建筑，只有打好基坑基礎(chǔ)，才能做好穩(wěn)定的建筑。隨著市政地下設(shè)施工程建設(shè)，推動深基坑工程的發(fā)展，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化非常重要。安全性等是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型設(shè)計必要考慮的因素，深基坑支護(hù)機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定相互影響，設(shè)計工程中往往出現(xiàn)實踐大于理論的問題，需要深入研究工程施工技術(shù)。

1 土釘墻支護(hù)簡介

土釘支護(hù)技術(shù)適用粉質(zhì)黏土等地質(zhì)條件[1]。基坑存在軟土層應(yīng)經(jīng)加固措施處理，擋土結(jié)構(gòu)承受支護(hù)結(jié)構(gòu)背后地下水及其他形式荷載對支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向土壓力。復(fù)合土釘擋墻由面層、攪拌樁等構(gòu)成，其破壞類型包括內(nèi)部、整體與面層破壞。目前相關(guān)穩(wěn)定性研究較少，設(shè)計主要依靠經(jīng)驗進(jìn)行。

土釘是置入現(xiàn)場原位土地密集排列的細(xì)長桿件，與土體形成組合體。土釘墻支護(hù)通過制約鋼筋產(chǎn)生結(jié)構(gòu)側(cè)向變形提高鋼筋受拉力，土釘墻在承受荷載中不會發(fā)生突然坍塌，土釘頭荷載為最大土釘荷載一部分，土釘最大拉邊界抵抗區(qū)剪應(yīng)力向內(nèi)，土釘抗拉強度必須足夠大。微型樁復(fù)合釘支護(hù)工作性能影響因素較多，如土釘直徑、粘聚力等。復(fù)合土釘墻錨桿支護(hù)加固邊坡土體，在地下水位較高基坑工程中應(yīng)用[2]。水泥樁可以預(yù)防坑底出現(xiàn)隆起等現(xiàn)象。水泥土樁剛度較大，微型樁+土釘支護(hù)可以提高土體穩(wěn)定性。

土釘墻是近年來發(fā)展的新型技術(shù)，通常邊開挖基坑邊設(shè)置土釘。土釘與土體依靠粘結(jié)力結(jié)合，約束土體變形。土釘與面板作用成為整體，土釘支護(hù)具有用料省優(yōu)點，工期可縮短一半以上。土釘支護(hù)可緊貼已有建筑物施工，由于分層開挖土體，緊湊分步施工工序有效控制變形。土釘支護(hù)施工適用于狹窄施工場地，目前土釘支護(hù)發(fā)展迅速，成為基坑開挖邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)中的理想技術(shù)。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)分為主被動與組合形式。新奧法施工思想利用圍巖支撐作用，發(fā)揮圍巖抗剪作用是新奧法施工理論基礎(chǔ)。遠(yuǎn)古時期先人們使用開挖放坡方法，近現(xiàn)代對現(xiàn)代化生活要求提高促進(jìn)基坑工程的發(fā)展，基坑機(jī)械工具不斷發(fā)展。最早應(yīng)用土釘墻構(gòu)成為英國泰晤士河地下隧道開挖工程，1970 年開始在北美等地應(yīng)用。在這之前，我國很少有標(biāo)志性高層建筑，1980 年首例土釘墻支護(hù)技術(shù)在柳灣煤礦調(diào)度房邊坡工程應(yīng)用，1990 年后土釘墻技術(shù)在我國基坑工程得到廣泛應(yīng)用。

2 相關(guān)研究

基坑開挖中超過臨界高度會使邊坡整體性破壞。土釘作用原理包括箍束骨架等。土釘支護(hù)可以承受更大荷載，土釘加入提高土體剛度，土釘墻主動土壓力大于背側(cè)土壓力值，土釘相互作用構(gòu)成為土釘支護(hù)體系。土體位移最大部分在開挖未完成支護(hù)前發(fā)生。土釘支護(hù)抑制土體塑性變形，使其呈現(xiàn)漸進(jìn)性破壞不會導(dǎo)致整體性崩塌。復(fù)合土釘墻支護(hù)能解決開挖面的自立性等問題。

隨著城市化進(jìn)程加快，大型市政設(shè)施施工項目增多?；又ёo(hù)要使變形在允許控制范圍內(nèi)，確?；又苓叺叵略O(shè)施不受影響?；又ёo(hù)是綜合性巖土工程，需要研究土力學(xué)基本問題，要求具有結(jié)構(gòu)力學(xué)、地基基礎(chǔ)等多種學(xué)科知識[3]。復(fù)合土釘墻支護(hù)由于操作便捷等優(yōu)點在基坑支護(hù)中應(yīng)用推廣?；痈浇叵鹿芫€埋設(shè)條件復(fù)雜，施工中對地下建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞。土釘墻支護(hù)影響基坑周邊建筑物施工。土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定缺點，采用隨挖隨支法，不能用于周邊環(huán)境敏感區(qū)。目前我國深基坑工程設(shè)計缺乏完善的理論，對土釘支護(hù)設(shè)計中忽略土釘作用，多數(shù)理論分析需要用實驗研究驗證。

土釘是主動加固形式，改變基坑變形達(dá)到支護(hù)目的。土釘墻通過面層連接形成空間骨架，削弱應(yīng)力集中的形成，骨架箍束作用提高土壤塑性性能。土釘分擔(dān)作用體現(xiàn)在土體內(nèi)部應(yīng)力，延緩滑裂面形成效果。滑動破壞點蔓延到土釘附近，應(yīng)力按剛度重新分配。通過土釘與土作用，降低復(fù)合土應(yīng)力水平。支護(hù)樁作用機(jī)理表現(xiàn)為承力作用、支點作用，擋土是支護(hù)樁承受地面荷載，抑制樁后土體變形。支護(hù)樁可以作為錨索著力點，利用其剛度發(fā)揮支護(hù)效果。樁-土釘墻復(fù)合結(jié)構(gòu)是復(fù)合支護(hù)技術(shù)，利用土釘墻承受樁間土間土部分壓力，克服傳統(tǒng)土釘支護(hù)基坑位移的缺點，解決樁間土的自立難題。

土釘墻結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下有較大的變形，土釘墻是由鋼筋混凝土面層構(gòu)成，土釘能對滑動區(qū)土體提供抗拉作用力。土釘墻與土體構(gòu)成類重力擋墻結(jié)構(gòu)，復(fù)合土釘墻支護(hù)問題包括設(shè)計按照極限平衡法考慮危險滑斷面，對三位基坑開挖應(yīng)重點考慮各支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體相互作用關(guān)系。土釘支護(hù)在軟基應(yīng)用有很多成功例子，但不宜在軟土底層采用土釘支護(hù)，主被動支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合如何耦合機(jī)理難以了解，內(nèi)部穩(wěn)定性分析可用性建立于經(jīng)驗基礎(chǔ)上。參考普通土釘墻支護(hù)計算方法，折減系數(shù)通過工程經(jīng)驗確定。數(shù)值模擬計算方法選取不當(dāng)，通常把土釘與周邊土體作為復(fù)合加固體考慮，造成巨大資源浪費。由于其工作機(jī)理認(rèn)識不充分，對支護(hù)中不確定因素把握不全面。

3 復(fù)合土釘墻支護(hù)的應(yīng)用

廣州市珠海區(qū)某醫(yī)院大樓位于南洲路，大樓地上12 層，地下室尺寸為34.2m×55m，挖土局部達(dá)到9m，工程基坑?xùn)|側(cè)距離14m處有已建高層住宅，西面距基坑邊線5m 處為6 層磚混結(jié)構(gòu)單位宿舍。場地土層包括人工填土等，場內(nèi)人工堆積，淤泥質(zhì)土含中細(xì)砂?；鶐r為白堊系沉積巖，埋深12.4～15m，以泥質(zhì)膠結(jié)為主。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

基坑工程設(shè)計應(yīng)綜合考慮水文地質(zhì)條件等因素，做到合理設(shè)計、嚴(yán)格控制?；庸こ讨ёo(hù)設(shè)計要保證結(jié)構(gòu)開挖起到約束變形作用，保證變形不影響下道施工，為保證地下結(jié)構(gòu)順利施工，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，應(yīng)對基坑邊壁采取相應(yīng)的支檔措施[4]?；硬煌课恢苓叚h(huán)境條件等不同，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場設(shè)計合理選擇支護(hù)方案。基坑支護(hù)選型涉及因素較多，要保證施工安全要求，選擇支護(hù)方案要考慮各種影響因素，包括周邊環(huán)境條件、基坑安全等級等。

結(jié)合工程實際情況，考慮施工工期短，保證車輛正常通行下，實現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)合理要求，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案為施作0.6m 寬水泥攪拌樁，水泥凈漿注漿，形成水密封閉。采用全長錨固壓力注漿土釘。錨長自上而下12～8m，每根土釘施加35kN 預(yù)應(yīng)力，錨長自上而下8～6m。面層用φ6.5mm@150mm×150mm 單層雙向鋼筋網(wǎng)。

3.2 施工技術(shù)

施工流程為施工放樣→坑內(nèi)降水→鉆孔→注漿→噴C20 混凝土面層→錨桿鎖定→開挖下層土。深層攪拌樁成樁每條樁下沉提升兩次，檢查樁機(jī)是否偏位。攪拌下沉要求鉆頭直徑小于520mm，原位鉆動2min，深層攪拌機(jī)下沉，漿液倒入集料斗[5]。提升攪拌機(jī)集料斗中漿液排空，將深層攪拌機(jī)下沉，補漿將深層攪拌機(jī)提升出地面。提升后清除將攪拌頭包裹黏土。

止水帷幕得到設(shè)計強度，開始土方開挖，采用挖掘機(jī)分段進(jìn)行。鉆孔前根據(jù)設(shè)計要求定出孔位，對地質(zhì)條件較差地段，避免用膨潤土作為鉆進(jìn)護(hù)壁。按設(shè)計要求截取鋼筋，對中用定位鋼筋，檢查孔內(nèi)是否有雜物，防止強行推送，鋼筋無法到達(dá)孔底進(jìn)行修孔。推送后檢查注漿管是否通暢，將鋼筋網(wǎng)φ6.5mm@150mm沿護(hù)壁鋪放。

施工中注意基坑嚴(yán)禁超挖。發(fā)生返漿需間隔進(jìn)行二次注漿；鋼筋網(wǎng)噴混凝土面層向上翻過邊坡頂部0.5m，周邊按井距12m布設(shè)降水井，土釘面層背部隔2m 插入長600mm 排水管，確保坡面無積水。施工現(xiàn)場做好嚴(yán)密監(jiān)控控制，做好安全防護(hù)措施。

4 結(jié)語

建筑物關(guān)鍵部分是基礎(chǔ)，基坑工程安全性影響因素較多，目前基坑工程大多在城市原有建筑區(qū)域附近進(jìn)行，深基坑工程涉及方面廣泛，安全質(zhì)量事故經(jīng)常發(fā)生，帶來經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)損失巨大。如何保證結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定性要求是工程建設(shè)目標(biāo)，土釘墻與攪拌樁聯(lián)用，可以把攪拌樁視為板樁。在西南側(cè)建筑物，基坑四周邊坡設(shè)置移觀測點，圍護(hù)墻體測斜變形最大為14mm，地下室結(jié)構(gòu)施工完成，基坑邊坡水平位移穩(wěn)定。