土釘墻支護設計與監控技術的若干建議

摘 要:本文結合南昌市青山湖隧道深基坑開挖、防護及檢測，闡述土釘墻支護設計與施工方法，具體對監控中出現的各種問題進行了原因分析，最后對深基坑土釘墻支護技術提出若干合理建議，作為同類工程借鑒、參考。

關鍵詞:土釘墻深基坑設計監控抗拔試驗

中圖分類號:U45文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0058-01

1 引言

城市的經濟發展和建設離不開深基坑支護技術，建筑發展模式由平面型向地下或空間發展模式隨著城市建設用地的限制已成為一大趨勢[1]。事實證明:相對于灌注樁方案，土釘墻技術更經濟[2];土釘墻施工屬于靜態施工，施工無污染，噪聲小，具有施工文明的特點;施工支護可邊開挖邊進行，很少單獨占作業時間，還具有不占空間、監控方便等等優點。但在實際工程中由于周圍環境的復雜性，土釘墻設計經常會遇到很多問題:一是業主不僅要求確保工程質量，還要加快進度，降低工程造價，增加了施工的難度[3];二是施工環境日趨復雜，尤其在市區施工比較多，場地狹小難度大;三基坑開挖深度越來越深，施工難度、技術難度也增大，風險也越來越大，這些問題要求深基坑的設計和施工必須選擇技術可行、造價合理、安全可靠的支護方案。

本文結合青山湖隧道深基坑開挖過程中土釘墻的設計和監控，重點分析產生問題的原因，并對以后的土釘墻設計提供建議。

2 工程實例

2.1 工程簡介

青山湖隧道[4]下穿洪都北大道、青山湖，位于南昌市陽明東路，全長1965m，地勢較平坦，降雨量平均每年1596mm，且集中在4～6月，11月至次年1月為枯水期，每年平均142天降雨。地下水主要為上層滯水和第四系松散孔隙潛水，孔隙潛水透水性較好，主要賦存于砂礫層中，地下水主要受贛江側向補給。工程地質分為:雜填土、淤泥、中液限黏性土、中砂、礫砂。青山湖下穿隧道主體結構采用箱涵結構形式，全段基坑采用明挖法開挖施工。

2.2 土釘墻支護結構設計

單根土釘受拉荷載標準值按下式計算:

(1)

式中:為荷載折減系數，、和分別為土釘墻坡面與水平面的夾角、土的內摩擦角標準值和第個土釘位置處基坑水平荷載標準值;為第個土釘與相鄰土釘的平均水平、垂直距離;為第個土釘與水平面的夾角。

錨固段為包括土釘在內的直徑0.2m的混凝土柱體，土釘錨固段長度計算按下式確定:

(2)

式中和分別為基坑側壁安全等級重要系數和土釘抗拉抗力分項系數，分別取1.10和1.3;和分別為第j根土釘受拉載荷標準值和錨固直徑;為土釘穿越第i層土土體的極限摩阻力標準值，按表1確定;為錨桿穿越第i層穩定土層的長度，利用幾何關系計算出各層土釘自由段長度，各層土釘的技術總長度為L=+。

3 基坑變形監測

監測的重點是保證基坑支護結構以及周邊建(構)筑物的安全，分別對支護結構本身、邊坡位移、邊坡應力測點以及錨桿抗拔力進行了監控和試驗，得水平最大位移5mm[5]，豎向最大沉降3mm，均符合規范要求。

選取20根(應取錨桿總數的5%)土釘作為拉拔試驗樣本，加載及讀數方式按照《基坑土釘支護技術規程》[6-9]。

土釘在最大試驗荷載作用下，位移相對穩定，錨桿彈性變形大于自由段長度的理論彈性變形計算值[10]。但試驗中發現有三根土釘位移不收斂，即加載到最大荷載的80%時，位移有顯著增加，說明土釘已經從土體中整體拔出，這三個試驗結果應該剔除，經過理論分析和現場勘查，這三根土釘未能遠沒達到理論值的原因主要有以下幾個方面:(1)施工質量都有問題，主要是垂直度較差，肉眼清晰可見坡面側向傾斜，導致抗拔試驗時拉力和土釘體不在一條直線，所以抗拔力減小很多。(2)基坑排水能力比較差，致使含水量大大增加，此時，黏土呈軟塑流塑狀態，這樣在很大程度上降低了土體的抗剪強度，減小了土釘體與土體的摩擦力，土釘抗拔力自然就減小。

對其余17根土釘進行抗拔力測量，統計結果都有一定的離散性，如變異系數最大的達到0.21，這一方面與土層變化、周圍環境有關，另一方面與部分土釘上方有下水道通過，下方排水性也不好，且有些土釘墻滲水導致抗拔阻力明顯變化，現場施工勘查發現不同土層土的性質不同，尤其是雜填土的在自重作用下下部相對密實，上部相對稀疏，最后還與施工質量有密切的關系。統計測試極限摩阻力值要比推薦值小，只有在黏土中比較接近，而其他兩者差異甚大，這是因為設計時認為鋼管土釘注漿后會達到理想的注漿效果，而實際上，雜填土與中砂土由于本身的密度、黏度以及環境溫度的影響與所注漿體的融合不能達到理想效果。

4 結語

雖然土釘墻在填土基坑支護上的應用已經很多，也取得不少經驗，但在設計中有存在不少問題，對本工程的設計校核以及土釘設計抗拔驗收試驗的分析，有以下幾點需要在以后的設計施工中注意的:

(1)填土固結尚未完成之前的自立能力比較差，而且土質比較復雜，在設計中難免出現差錯，要避免這個問題，應盡量對填土進行室內試驗和標準貫入試驗等方法準確確定其力學性能。

(2)在土釘設計之前，應嚴格按照規范做基本實驗，實地確定土釘設計的參數，避免沒有實際參數僅靠經驗設計。

(3)存在軟弱土層時，采用邊坡錨固穩定計算模型進行土釘設計支護時，應驗算基坑底部土層的承載力是否滿足要求，土釘加固土層與非加固土層之間的界面抗滑移是否滿足要求。

(4)土釘的設計位置應避開地下隱蔽物、管線、坑道、井穴。

參考文獻

[1]裴洪軍，深基坑土釘墻支護技術的發展與應用[J]，水利規劃與設計，2010，3(3).

[2]陶紅雨，土釘墻支護技術在基坑維護中的應用[J]，武漢理工大學學報，2005，11(27).

[3]裴洪軍，深基坑土釘墻支護技術的發展與應用[J]，科研與管理，2010，3.

[4]李興澤，青山湖隧道深基坑土釘墻的設計與施工，路基工程，2009，3.

[5]魯紅軍，土壓力監測在土釘墻支護工程中的應用，煤炭工程，2010，9.

[6]建筑基坑支護技術規程(JGJ120-99)[S].北京:中國建筑工業出版社，1999.

[7]于向前，等.土釘墻和樁錨組合支護在深基坑工程中的應用和變形監測[J].科技創新導報，2010，13:107.

[8]王琦.土釘墻及人工挖孔護壁樁支護技術在深基坑圍護中的應用[J].科技創新導報，2006，1，43.