土釘墻深基坑支護(hù)技術(shù)應(yīng)用探討

王鳳東

（中國建筑第二工程局有限公司，上海 200000）

目前大部分深基坑工程具有地質(zhì)條件復(fù)雜、深度較大、面積廣等特點，因此建筑深基坑施工具有較大的難度和挑戰(zhàn)[1]。為保證施工安全，采用的支護(hù)技術(shù)有排樁結(jié)構(gòu)支護(hù)和防護(hù)墻結(jié)構(gòu)支護(hù)兩種。這兩種技術(shù)主要是利用排樁結(jié)構(gòu)和防護(hù)墻結(jié)構(gòu)對施工區(qū)域巖土起到支撐作用，通過對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，確定支護(hù)方案，最終根據(jù)優(yōu)選的支護(hù)方案進(jìn)行深基坑支護(hù)施工，利用支護(hù)結(jié)構(gòu)向深基坑巖土施加一個支撐力，以此保證施工安全。但是現(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用中對支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，支護(hù)起到的支撐作用有限，無法抵擋深基坑巖土變形應(yīng)力，導(dǎo)致深基坑支護(hù)施工后支護(hù)結(jié)構(gòu)水平方向發(fā)生嚴(yán)重變形，為此對建筑施工中深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

1 建筑施工中深基坑支護(hù)技術(shù)

1.1 支護(hù)形式選擇

支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性與計算準(zhǔn)確性直接關(guān)系到支護(hù)效果，因此首先對深基坑支護(hù)形式進(jìn)行選擇。目前常用的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要為排樁支護(hù)，是由預(yù)應(yīng)力排樁結(jié)合錨索形成的一種支護(hù)體系，以排樁作為內(nèi)支撐，以錨索抵抗建筑深基坑土壓力作用于排樁上的推力，從而起到支護(hù)作用，排樁支護(hù)計算流程比較復(fù)雜，需要考慮多種因素，容易出現(xiàn)計算誤差，最終導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)起到的支護(hù)效果較差[2]。針對該問題設(shè)計一種新的支護(hù)結(jié)構(gòu)，即土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，在建筑深基坑周圍巖土體內(nèi)埋設(shè)鋼筋，通過注漿的方式使鋼筋與原位巖土體形成一個整體，以增加深基坑內(nèi)巖土體支撐力。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)相比排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)成本更低并且可以有效縮短工期，最重要的是土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更高，在國外建筑深基坑施工中更為常見。

1.2 深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

確定支護(hù)結(jié)構(gòu)高度、支護(hù)直徑、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平間距、垂直間距等參數(shù)，根據(jù)建筑施工區(qū)域地質(zhì)情況計算。

土釘墻主要是抵抗建筑深基坑巖土壓力，巖土壓力由靜土壓力、主動土壓力和被動土壓力組成。

式中：P為深基坑土釘墻支護(hù)承載壓力，即深基坑周圍巖土體向支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的壓力值；P1為釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)時巖土體對其的壓力值；P2為深基坑巖土體處于彈性失穩(wěn)狀態(tài)時，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的主動土壓力值；P3為深基坑巖土體處于彈性失穩(wěn)狀態(tài)時，土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的被動土壓力值[3]。

式中：L為深基坑內(nèi)每層巖土的靜止壓力系數(shù)；g為深基坑內(nèi)巖土重度；e為深基坑內(nèi)土層的厚度；r為深基坑內(nèi)每一層巖土的彈性模量；w為深基坑內(nèi)每一層巖土的壓縮模量；u為深基坑內(nèi)每一層巖土的抗拔系數(shù)[4]。

式中：y為深基坑支護(hù)計算點水壓強度；o1為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的水壓力；o2為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的水壓力；q為深基坑支護(hù)計算點地下水的重度；b為深基坑支護(hù)計算點巖土滲透系數(shù)[5]。

根據(jù)上述公式，計算出深基坑支護(hù)承載壓力。

式中：J為深基坑土釘墻支護(hù)承載力；ρ為深基坑土釘墻結(jié)構(gòu)中土釘直徑；s為深基坑土釘墻高度；v為深基坑土釘墻結(jié)構(gòu)中土釘抗彎強度；c為深基坑土釘墻結(jié)構(gòu)中土釘水平間距；h為深基坑土釘墻結(jié)構(gòu)中土釘垂直間距。

在設(shè)計深基坑支護(hù)時，技術(shù)參數(shù)需要滿足以下關(guān)系

將式（1）～（3）作為深基坑土釘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計約束條件，由式（5）可得多種設(shè)計方案。根據(jù)約束條件對設(shè)計方案進(jìn)行篩選

將符合式（6）條件的深基坑支護(hù)方案的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算

式中：R為深基坑各土層中預(yù)埋土釘?shù)妮S向拉力標(biāo)準(zhǔn)值；N為基坑各土層中預(yù)埋土釘極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；K為深基坑土釘墻支護(hù)安全系數(shù)。

式中：D為深基坑巖土體的黏聚力；S為深基坑巖土體的內(nèi)摩擦力；α為水平面和滑動面某處切線間的夾角；T為建筑施工過程中深基坑內(nèi)某一處巖土體滑動面弧長；W為建筑施工過程中深基坑內(nèi)某一處滑動巖土體的重量；A為深基坑土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗拔能力標(biāo)準(zhǔn)值；U為計算單元長度；β為深基坑土釘墻與水平面形成的夾角[6]。

根據(jù)上述公式對各深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行驗算，選取承載能力最強且符合驗算要求的方案作為最優(yōu)方案，用于深基坑支護(hù)施工。

1.3 深基坑支護(hù)施工

土釘墻支護(hù)施工工藝比較簡單，主要包括土釘定位、鉆孔、按釘、注漿封孔以及鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)5個工序。

施工前對建筑深基坑支護(hù)施工區(qū)域進(jìn)行清理，將地面多余的建筑垃圾清除干凈并對深基坑挖方邊坡坡面修整，保持坡面平整，減少外界因素對深基坑支護(hù)質(zhì)量的影響。根據(jù)預(yù)先設(shè)計的土釘水平間距、垂直間距以及深基坑深度和寬度，確定土釘埋設(shè)位置，利用鉆孔設(shè)備在定位位置進(jìn)行鉆孔，孔徑大小要根據(jù)土釘直徑大小確定，鉆孔深度為土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)高度。

為保證土釘支撐效果，采用斜入法在深基坑巖土體上進(jìn)行鉆孔，鉆孔傾斜角度要控制在30°～35°，使土釘與水平面和深基坑偏坡形成一個三角結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性，提高土釘墻支護(hù)力學(xué)性能。將鉆孔內(nèi)的碎石料清理干凈，將HRB400鋼筋埋入到鉆孔內(nèi)，確保鋼筋能夠準(zhǔn)確到達(dá)預(yù)埋位置；利用水泥砂漿將埋入的鋼筋與深基坑原有巖土連接，水泥砂漿中水灰比為0.75。利用注漿泵將水泥砂漿注入到鉆孔內(nèi)，注漿過程中將注漿壓力控制在1.25 MPa，壓力過大會導(dǎo)致鉆孔內(nèi)漿液孔隙率增大，過小會影響到深基坑支護(hù)施工效率。注漿完成后在漿液上方鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)固定鉆孔內(nèi)鋼筋，防止在后續(xù)施工過程中鋼筋發(fā)生位移；從而有效控制深基坑支護(hù)水平位移。在鋼筋網(wǎng)表面澆筑一層混凝土，厚度30～35 cm，使鋼筋網(wǎng)與土釘形成整體；從而修建成一個完整的土釘墻支護(hù)。

2 工程驗證

章丘萬達(dá)廣場基坑深度為19.56 m，面積1 654.64 m2，邊坡坡度為16.24°。地下土層包括素填土、雜填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂和粗砂，巖土壓力為216.51 MPa。見表1。

表1 基層巖土參數(shù)

基坑地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且脆弱，在施工過程中很容易出現(xiàn)坍塌事故。

分別采用土釘墻支護(hù)與排樁支護(hù)施工進(jìn)行對比試驗。準(zhǔn)備了IHADF鉆孔設(shè)備和SGHFA定位設(shè)備，在施工區(qū)域布設(shè)164個土釘埋設(shè)點，通過鉆孔、安裝土釘、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)實現(xiàn)該建筑深基坑支護(hù)施工。利用IUYF水平測量儀對深基坑支護(hù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，根據(jù)深基坑支護(hù)原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)對其位移情況進(jìn)行計算，深基坑支護(hù)水平位移是評價支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，水平位移量越大，表示深基坑支護(hù)效果越差，支護(hù)結(jié)構(gòu)起到的支擋作用越低；因此將其作為檢驗兩種技術(shù)的試驗唯一指標(biāo)。GB/T 26415—2010《建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定支護(hù)水平位移最大不能超過0.25 m。隨機選取8個施工區(qū)域支護(hù)水平位移數(shù)據(jù)，見表2。

表2 兩種支護(hù)形式基坑水平位移m

續(xù)表2

由表2可以看出，土釘墻支護(hù)水平方向位移量比較小，最大位移僅為0.009 m，符合GB/T 26415—2010規(guī)定要求；而排樁支護(hù)水平方向位移量較大，最大位移達(dá)到0.864 m，平均位移量為0.697 m，最小位移量未達(dá)到GB/T 26415—2010規(guī)定要求，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土釘墻支護(hù)的位移。這是因為土釘墻支護(hù)形式對支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計經(jīng)過反復(fù)驗算，結(jié)構(gòu)設(shè)計嚴(yán)格，根據(jù)建筑深基坑實際地質(zhì)情況，保證了深基坑支護(hù)設(shè)計精度，從而使其可以實現(xiàn)預(yù)期的支護(hù)效果。

3 結(jié)語

土釘墻支護(hù)解決了建筑施工中深基坑支護(hù)位移問題?？紤]到城市建筑空間資源的緊缺，在未來建筑深基坑深度和面積將會不斷擴大，深基坑支護(hù)技術(shù)要求也會不斷提高；因此今后仍會對深基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行深入探究，增強支護(hù)技術(shù)水平，為城市地下空間利用和建筑行業(yè)發(fā)展提供有力的理論支撐。