復(fù)合土釘墻技術(shù)在基坑支護中的應(yīng)用研究

董 銳，馮梟楠

(1．重慶市江北區(qū)市政設(shè)施管理所，重慶400017;2．成都市排水設(shè)施管理處城東管理所，四川成都610000)

復(fù)合土釘墻支護技術(shù)是在傳統(tǒng)土釘墻技術(shù)上發(fā)展而來，作為建筑基坑支護的一項新技術(shù)，它具有輕型、復(fù)合、機動靈活、針對性強、適用范圍廣、支護能力強等優(yōu)點，可作超前支護，并兼?zhèn)渲ёo、截水等功能。在工程規(guī)模上，深度達16m以內(nèi)的深基坑均可根據(jù)具體條件，靈活、合理使用。并且復(fù)合土釘墻支護技術(shù)可用于回填土、淤泥質(zhì)土、粘性土、砂土、粉土泥(頁)巖等土層，施工時可不降水。重慶靠四川遂寧一帶多數(shù)區(qū)縣，表層粘土、砂土及泥(頁)巖分布較廣，甚至厚達15～25m，筆者統(tǒng)計顯示這一帶深基坑采用復(fù)合土釘墻支護技術(shù)較常規(guī)技術(shù)經(jīng)濟、適用。

1 技術(shù)介紹

土釘墻+止水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)是一個有機整體，這些要素的復(fù)合，使得這一技術(shù)具有多重性特點。土釘墻主要對土體起加固、封閉和局部穩(wěn)定作用;止水帷幕除了止水作用，還兼作支擋結(jié)構(gòu)并形成垂直開挖面;微型樁主要發(fā)揮超前支護和局部穩(wěn)定作用;預(yù)應(yīng)力錨桿將土、水、外荷載產(chǎn)生的拉力傳遞到深部穩(wěn)定的土層中，以達到穩(wěn)定的目的，并通過預(yù)加應(yīng)力達到主動加固的效果。這套技術(shù)使得截水與支護作用相結(jié)合;淺部土體加固與深部錨拉作用相結(jié)合;挖后支擋與超前支護相結(jié)合;局部穩(wěn)定與整體穩(wěn)定相結(jié)合。其結(jié)構(gòu)形式如圖1。

圖1 土釘墻+止水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿

其中止水帷幕的厚度除滿足基坑防滲要求，其滲透系數(shù)宜小于1.0×10－6cm/s。并且止水帷幕應(yīng)插入下臥不透水層1.5～2.0m，插入深度還應(yīng)滿足下式:

式中:hw為作用水頭;b為帷幕厚度。

整體穩(wěn)定性應(yīng)滿足以下條件:

式中:Ks為整體穩(wěn)定系數(shù);[k］為整體穩(wěn)定允許安全系數(shù);Ks1～Ks4分別是土體、土釘、微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿分項系數(shù)。

土釘抗拔力應(yīng)滿足以下條件:

式中:KBj為第j個土釘抗拔力安全系數(shù);[KB］為抗拔力允許安全系數(shù);Txj為第j個土釘破裂面外土體提供的極限抗拔力，kN;eaj為主動土壓力，kPa;ξ為荷載折減系數(shù);Sx、Sy分別為土釘水平間距、垂直間距，m;αj為土釘與水平面之間的夾角。

2 案例分析

重慶萬州區(qū)北山大道某經(jīng)濟適用房工程項目，建設(shè)用地面積約5.1hm2，總建筑面積約25×104m2，地上建筑面積17.87×104m2，地下建筑面積7.13×104m2。其中包括13棟26層塔樓和3棟3層商業(yè)樓。本次基坑開挖為13棟26層塔樓部分，基坑開挖深度為13.7m。場地地質(zhì)情況及各層土的土性指標如表1。

表1 場地地質(zhì)情況及各層土的土性指標

續(xù)表1

根據(jù)巖土工程勘察報告，夾有2m左右的淤泥質(zhì)及粉質(zhì)黏土的抗剪應(yīng)力53.8kPa;粉質(zhì)黏土夾有細粉砂抗剪應(yīng)力62kPa;夾有卵石細粉砂抗剪應(yīng)力180kPa。第4層承壓水，標高－12.28～－13.53m，含水層主要為黏質(zhì)粉土，作用水頭10.42m。每一土層重度約20kN/m3。經(jīng)計算，并結(jié)合工程經(jīng)驗，暫取土釘?shù)乃介g距和垂直間距均為1.5m，土釘直徑22mm，土釘與水平面夾角為15°，土釘錨固體直徑0.1m。本工程選用三重管高壓旋噴帷幕截水墻形式，經(jīng)開挖檢驗，止水帷幕平均厚度為22cm，由式(1)計算得插入下臥層深度1.974m，取2m。

將上述相關(guān)參數(shù)輸入軟件，并建立模型，計算后統(tǒng)計各土釘相關(guān)數(shù)據(jù)如表2。

表2 各土釘相關(guān)數(shù)據(jù)

從上表可知各個土釘抗拔力安全系數(shù)均大于1.6，滿足式(3)條件。取墻寬6m，墻底部土內(nèi)摩擦角42°。計算得抗滑力Ft=2382kN，抗傾覆力矩MW=7938kN·m，土壓力引起的水平推力為各道土釘(錨桿)拉力、微型樁及帷幕阻力之和，即∑N=831.4kN，傾覆力矩M0=5010.1kN·m。所以抗滑穩(wěn)定系數(shù):KS=Ft/∑N=2.87＞1.4，KS=Mw/MO=1.58＞1.4，設(shè)計驗算均滿足式(2)條件。此復(fù)合土釘墻剖面如圖2。

圖2 復(fù)合土釘墻剖面

本基坑支護工程從2010年4月底開始施工，至7月底支護基本完成，到2010年9月為止，根據(jù)對基坑的監(jiān)測結(jié)果顯示，坡頂位移最大為24mm，最大位移與基坑深度比值不到0.18%，表明此復(fù)合土釘墻在本基坑運用非常成功。

3 結(jié)束語

土釘墻+止水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿系統(tǒng)這種形式的復(fù)合土釘墻在該工程的成功應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)土釘墻位移過大、安全度低的問題，并有效控制變形和基坑穩(wěn)定，避免基坑底的隆起和管涌，滿足周邊環(huán)境保護的要求。以回填土、淤泥質(zhì)土、粘性土、砂土、粉土、泥巖等土層為主的地區(qū)，大力推廣和應(yīng)用此技術(shù)，必將帶來巨大社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]孫邦賓，唐彤芝．復(fù)合土釘墻支護技術(shù)的研究現(xiàn)狀與思考[J］．水利與建筑工程學(xué)報，2008，6(1):67－69

[2]張曉亮，孫建，李小輝．?dāng)嚢铇稄?fù)合土釘墻支護技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用[J］．西部探礦工程，2010(3):198－200