土釘墻支護(hù)在干渠頂板開(kāi)艙破除中的設(shè)計(jì)計(jì)算研究

雷 準(zhǔn) 李 馥 方 濤 李朝輝 曹紅軍

（中建五局第三建設(shè)有限公司，云南 大理 671000）

1 工程概況

1.1 干渠概況

于2002 年建成的雙艙過(guò)水干渠建設(shè)工程位于云南省大理市，干渠臨近西洱河——洱海的唯一自然泄水河流。工程施工全段長(zhǎng)度為5.5km，起于登龍河，止于大理市一污廠，干渠涉及范圍甚廣。

其中，雙艙干渠上游長(zhǎng)約4.5km，污水艙凈空尺寸為4.2×3.0m，雨水艙凈空尺寸為2.0×3.0m，中間隔墻高1.5m。

接近一污廠段穿隧道干渠約1.0km，污水艙凈空尺寸為1.3×4.0m，雨水艙凈空尺寸為3.0×4.0m，中間隔墻高3.0m。

1.2 工程概要

干渠因年久失修，經(jīng)調(diào)查暴露出如下問(wèn)題：一是渠內(nèi)淤泥沉積，導(dǎo)致干渠過(guò)水?dāng)嗝娲蠓鶞p小[1]，左右雨水、污水艙溢流，對(duì)水質(zhì)造成了極大影響[2-3]；二是干渠主體損壞、坍陷，干渠自身穩(wěn)定性尚需提高；三是管道錯(cuò)接，加重了雨污混流現(xiàn)象。

2021 年開(kāi)始了干渠清淤、修復(fù)、改造工程，力在拯救下游水質(zhì)，挽回洱海生態(tài)環(huán)境，為了提高施工效率，采取在干渠頂板選開(kāi)艙位置同時(shí)進(jìn)行垂直開(kāi)孔的方式，將整個(gè)干渠分成若干段，分段施工。開(kāi)艙過(guò)程中需要基坑開(kāi)挖，支護(hù)將必不可少。

本文基于該干渠工程，針對(duì)開(kāi)艙點(diǎn)上方基坑開(kāi)挖，提出了開(kāi)挖支護(hù)土釘墻的驗(yàn)算方式，希望能為類似工程提供一定參考。

2 開(kāi)艙點(diǎn)位介紹

干渠開(kāi)艙過(guò)程前，開(kāi)艙點(diǎn)位確定需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)要求及對(duì)周邊環(huán)境的影響等因素綜合考慮。該工程開(kāi)艙點(diǎn)定在大理市興盛橋東側(cè)綠化帶、美登橋下游綠化帶。

本文以美登橋下游綠化帶開(kāi)艙點(diǎn)位為例，開(kāi)艙破除部位在經(jīng)過(guò)原地貌測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)定位，考慮放坡系數(shù)后對(duì)原有道路、綠化帶、人行道進(jìn)行破除，同時(shí)進(jìn)行土方開(kāi)挖施工，開(kāi)挖過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)基坑穩(wěn)定性，特別是基坑頂部堆載位置，務(wù)必考慮基坑內(nèi)降排水。開(kāi)艙完畢后，應(yīng)針對(duì)破除頂板處的洞口進(jìn)行臨時(shí)加固，并采用型鋼對(duì)稱支撐。

3 支護(hù)驗(yàn)算

3.1 驗(yàn)算簡(jiǎn)介

美登橋開(kāi)艙分步開(kāi)挖，深度分別取1.2m、2.2m、3.2m、3.5m，最大深度即3.5m。計(jì)算參考規(guī)范《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-2011）》[4]以及《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）》[5]。

巖土計(jì)算參數(shù)按照經(jīng)驗(yàn)[6]取值，填土重度18KN/m3，粘聚力5kpa，內(nèi)摩擦角取值15°。

計(jì)算內(nèi)容分別為：土釘承載力[7]設(shè)計(jì)；整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)；土釘桿體截面積計(jì)算。

3.2 計(jì)算參數(shù)

3.2.1 計(jì)算基本信息

圖1 干渠部分橫斷面圖

規(guī)范或方法：復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范GB50 739-2011；計(jì)算目標(biāo)：設(shè)計(jì)；計(jì)算書(shū)類型：簡(jiǎn)明；基坑等級(jí)：二級(jí)；支護(hù)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.000；基坑深度（m）：3.500；開(kāi)挖步驟[每步開(kāi)挖深度]（m）：1.2,1.0,1.0,0.3；設(shè)置截水帷幕：否；設(shè)置微型樁：否；坡線段數(shù)：1；超載個(gè)數(shù)：1。

3.2.2 坡線信息

水平投影長(zhǎng)為0.617m，豎直投影長(zhǎng)為3.500m，坡角為80.00°。

3.2.3 超載信息

具體如表1 所示。

表1 超載信息

3.2.4 土層信息

土層數(shù)為1 層，不采用加固土，坑內(nèi)水位深度為20.000m，坑外水位深度20.000m。土類型為素填土，層厚20.000m，重度18.000kN/m3，飽和重度18.000kN/m3，粘聚力為5.000kPa，摩擦角為15.000°，土釘?shù)膓sk為20.000kPa，與錨固體摩擦阻力為70.000kPa。

3.2.5 土釘和錨桿信息

具體如表2 所示。

表2 土釘和錨桿信息

3.2.6 穩(wěn)定計(jì)算信息

圓弧滑動(dòng)計(jì)算目標(biāo)：自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面；圓弧滑動(dòng)分析方法：瑞典條分法；應(yīng)力狀況：總應(yīng)力法；土條寬度為0.400m；基坑下穩(wěn)定計(jì)算截止深度為0.000m；基坑下穩(wěn)定計(jì)算搜索步長(zhǎng)為1.000m；搜索最不利滑裂面不考慮加筋；土條切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)，當(dāng)下滑力對(duì)待。

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 土釘承載力設(shè)計(jì)

具體如表3 所示。

表3 土釘承載力設(shè)計(jì)

4.2 整體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

根據(jù)《土釘規(guī)范》第5.3.2 條、第5.3.5 條，驗(yàn)算基坑整體穩(wěn)定性：

式中，

Ks——整體穩(wěn)定性安全系數(shù)。

Ks0、Ks1、Ks2、Ks3、Ks4——整體穩(wěn)定性分項(xiàng)抗力系數(shù)，分別為土、土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿、截水帷幕及微型樁產(chǎn)生的抗滑力矩與土體下滑力矩比。

η1、η2、η3、η4——土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿、截水帷幕及微型樁組合作用折減數(shù)。

4.2.1 開(kāi)挖至1.20m（工況1）

滑動(dòng)圓心：（-1.113，4.582）m；滑動(dòng)半徑：2.742m；土體下滑力：7.401kN/m 土體抗滑力：9.809kN/m；土釘抗滑力：0.000kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K1：1.325；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K2：1.325；要求安全系數(shù)Ks：1.300，滿足要求。

4.2.2 開(kāi)挖至2.20m（工況2）

滑動(dòng)圓心：（-2.239，7.811）m；滑動(dòng)半徑：6.963m；土體下滑力：46.733kN/m；土體抗滑力：36.308kN/m；土釘抗滑力：25.843kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K1：1.330；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K2：1.330；要求安全系數(shù)Ks：1.300，滿足要求。

4.2.3 開(kāi)挖至3.20m（工況3）

滑動(dòng)圓心：（-5.474，8.488）m；滑動(dòng)半徑：9.879m；土體下滑力：67.899kN/m；土體抗滑力：40.052kN/m；土釘抗滑力：49.050kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K1：1.312；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K2：1.312；要求安全系數(shù)Ks：1.300，滿足要求。

4.2.4 開(kāi)挖至3.50m（工況4）

滑動(dòng)圓心：（-6.100，8.264）m；滑動(dòng)半徑：10.272m；土體下滑力：74.053kN/m；土體抗滑力：41.286kN/m；土釘抗滑力：80.765kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K1：1.648；整體穩(wěn)定安全系數(shù)K2：1.648 要求安全系數(shù)Ks：1.300，滿足要求。

4.3 支護(hù)建議

計(jì)算結(jié)果土釘長(zhǎng)度分別為9m、11.5m、12.3m。土釘長(zhǎng)度較長(zhǎng)，雖然計(jì)算能通過(guò)，但是從巖土經(jīng)驗(yàn)角度，不建議取1：0.1 坡率。因?yàn)槎际翘钔翆?，比較松散，建議坡率按照1：0.5，加土釘支護(hù)。實(shí)際配筋面積參與據(jù)表8 進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于云南省大理市某干渠工程，圍繞干渠頂板開(kāi)艙時(shí)的邊坡支護(hù)展開(kāi)了驗(yàn)算。

主要成果如下：

1.提出了該類工程邊坡開(kāi)挖的方法。

2.從理論計(jì)算的角度，通過(guò)分析承載力、穩(wěn)定性、土釘截面面積，得出坡比、土釘長(zhǎng)度方面的支護(hù)建議。保障了邊坡的安全穩(wěn)定性，為近似工程的護(hù)坡開(kāi)挖提供了一定的參考價(jià)值。