土釘墻支護基坑實例分析

王蕊 陳敏 金凌志

摘要：只有提高土體的整體剛度和穩定性才能有效確保基坑的穩定，土釘墻支護不僅能夠充分利用土體的自承能力，并且還能按照一定的間距和長度在土體中設置土釘，同時輔以鋼筋網噴射混凝土面層與土體來共同協作。由于采取土釘支護和挖土同時分層分塊施工的方式能夠有效發揮土體空間的支護作用，因此，在保證邊坡穩定的情況下不僅能夠縮短工期，還能夠有效的降低成本。本文結合某基坑支護工程的實例分析，說明采用土釘墻支護技術既能大大節約投資，又能解決基坑邊坡的強度及穩定性問題。

關鍵詞：土釘墻支護土釘整體剛度穩定性

繼撐式支護、排式支護以及連續墻支護和錨桿支護之后，土釘墻支護作為一項有效的支護技術，以其施工快捷和造價低廉的特點廣泛應用于工程實踐中。為了確保基坑穩定[2]，必須提高土體的整體剛度和穩定性，根據文獻[1]我們知道，按照一定的間距和長度在土體中設置土釘并輔以鋼筋網噴射混凝土面層與土體協同工作來加固或同時錨固現場原位土體的細長桿件。對于土釘支護，具有以下優點[3]：第一，由于土釘具有結構輕和柔性大的特點，從而具有良好的抗震性和延性；第二，能夠對土體的自承能力進行合理的利用；第三，由于施工過程不需要大型的機具和復雜的工藝，從而設備都比較簡單輕便；第四，由于施工便捷快速，因此不需要占有單獨的場地；第五，造價低。據國內外資料分析，與其他支護相比，土釘支護工程造價僅為其1/3-1/2。為了說明土釘墻的設計和施工要點，我們通過一個實際的支護方案實例進行說明。

1 工程概況

1.1 工程特點 本工程的總建筑面積為29100.06m2，由一個人防地下室和三棟住宅樓組成，其中三棟住宅的面積約為20800.06m2，地下室建筑面積為8300m2。場地地形呈現西高東低的坡狀，相對高差為1.5-4.5m，孔口標高為155.81-160.47m，高差為4.66m，屬于漓江二階地與一階地過渡地帶地貌。圖1為基坑平面圖。

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1.2 工程地質條件 由河流沖洪積層和人工填土共同組成了場地地層，由上到下分別為素填土、含圓礫粉質粘土、含圓礫粉土、含粉質粘土圓礫、粉質粘土、粘土、灰巖。表1為其物理力學性能指標。

1.3 工程水文條件 根據鉆探結果，場地地下水主要為空隙潛水，主要賦存于第四砂卵石層中。通過大氣降水和地下水徑流補給，靜水水位為2.0-3.5m，取卵石層滲透系數k=20m/d。對于基坑施工，只有在雨期要采取相應的排水措施。

2 基坑支護方案

本工程的基坑深度，只有局部為7.8m，大部分均為6.8m。根據本工程巖土條件同時結合基坑平面形狀復雜、開挖深以及作業范圍狹小的特點，在對整板邊坡進行支護的時候采用鋼管土釘墻的方式。

2.1 基坑支護方案選型和設計 坡的東、南、北三面受到場地東西高差影響可以采用1：1放坡開挖，根據設計院土釘墻支護藍圖，對于西面深度6.8-7.8m長度為120m深基坑的自南向北一段深7.8m長33.6m的基坑采用方案一施工，如圖2所示，表2為土釘主筋規格和長度；西面一段長80.7m，深度6.8m的基坑采取圖3方案二，表3為土釘施工土釘主筋規格和長度；此外，在西南轉角和西北轉角分別向東延伸土釘支護5m的長度以增加西面土釘的整體穩定性。

根據地質勘察報告，基坑土質表面為填土，下層為含圓礫粉質粘土。采用土釘墻噴錨混凝土支護方案對基坑進行支護，西面的基坑采用分層挖槽分層支護的方式，在提高土體抗剪切強度的時候主要依靠設置于坡體中的土釘被動受力實現，此外，混凝土面層也起到了限制和約束基坑土體側向變形的作用。

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2.2 基坑支護工程施工方案 土釘墻施工要與基坑開挖緊密配合，協調施工，分層開挖的每層深度均不得超過1m。基坑一旦開挖，就必須在15天內完成土釘和混凝土面板的施工，并且要在雨天對土坡和坡頂進行遮蓋防雨。對土釘墻和灌漿錨桿做完抗拔試驗后再進行施工[4][5]，并且確保抽檢數量不小于1%同時不少于3根，抗拔（拉）力27KN/m。

根據場地地形，本工程的土釘墻支護在開挖時分三層進行，一二層均為2.6m，第三層為1.6-2.6m。當上層土釘墻支護達到一定強度后在對基坑下層進行開挖。

進場后首先開挖10m寬的土釘墻工作面，對其分為三步開挖，分別挖至室外地坪下-1.70m、-4.20m以及-6.20m。對于基坑中間的土方分兩步開挖，即第一步土方摘帽挖至-3.0m，第二步土方挖至槽底，并且槽底預留30cm土方隨挖隨用人工清槽。

第一，開挖邊坡。采用反鏟挖土機進行開挖，為了確保土釘成孔機械鉆機的工作面，除了預留20-30cm的人工修坡以及開挖至土釘孔位以下50cm外，還要確保10cm以上的開挖寬度。第二，邊坡修整。為了確保噴射混凝土面層的平整性，除了采用人工清理外還需要對此工序采用掛線定位。對于土層含水量較大的邊坡，為了便于排走噴射混凝土面層后的積水，在支護面層背部應當插入排水管包濾網（長度為400-600mm且直接不小于40mm），間距2m且外端伸出支護面層。第三，定位放線。采用長30cmΦ8的鋼筋，由測量人員按照設計圖紙將每一個土釘的位置放出來。第四，成孔。除了局部成孔采用人工洛陽鏟外，其余均采用機械螺旋鉆機。鉆孔后要進行及時的清孔和檢查，對于孔中出現的局部滲水塌孔或掉落松土等現象，除了立即進行壓漿處理外還要及時安裝土釘鋼筋和注漿。第五，土釘的制作和安放。在制作土釘的時候，按照設計一般采用長度為6m、8m以及12m的Φ80的鋼筋。為了避免主筋偏離土釘中心，在鋼筋上每隔2m就要焊接一個中支架。將注漿管和鋼筋捆綁在一起放置鋼筋，此外，還需要保證注漿管到孔底有0.5m左右的間距。第六，造漿和注漿。造漿采用攪拌機且嚴格控制其水灰比為W/C=0.5。注漿采用注漿泵，在拔導管的時候應當保證緩慢均勻，但是為了保證能夠全部排出孔中的氣體，應當始終保持出漿口位于孔中漿體表面之下。第七，掛網和錨頭安裝。采用插入土中的鋼筋來固定鋼筋網片，并且保證其與坡面的間隙為3-4cm但是不得小于3cm。綁扎的時候采用上下左右一根對一根搭接的方式，不僅要保證搭接長度不小于30cm，還要保證其不少于兩點點焊；為了將鋼筋網片焊接成一個整體，可以借助鋼筋井字架和土釘外端彎鉤來實現。第八，噴射混凝土。噴射混凝土的順序可以根據底層情況采取先錨后噴或先噴后錨的方式。在噴射過程中，不僅要保證空壓機風量不小于9m3/min以及噴頭水壓不小于0.15Mpa外，還應當保證氣壓處于0.2-0.5Mpa之間以及噴射距離控制在0.6-1.0m之間。對于混凝土的初凝和終凝時間，可以通過添加速凝劑將其控制于5-10min之間，此外，還應當保證噴射厚度不小于100mm。第九，養護。及時安排專人澆水養護澆注完的混凝土，且保證連續養護的時間不低于七天。

3 內力計算

3.1 基本參數 在本項目中，基坑深度為6.8m，基坑內外地下水深均為15.0m。基坑側壁重要性系數、土釘荷載分項系數、土釘抗拉拉力分項系數以及整體抗滑分項系數分別為1.0、1.25、1.3和1.3。土釘拉力在滑面上產生的阻力折減系數、圓弧滑動坡底截止深度以及圓弧滑動坡底滑面步長分別為0.5、0.0m和1.0m。噴射混凝土的面層厚度為100mm，強度為C20。水平和豎向配筋均為Φ6@100，配筋計算和荷載分項系數分別為15mm和1.2。土釘墻計算寬度為7.0m，墻后地面傾角、墻背傾角以及土與墻背的摩擦角分別為0°、80°和10°。墻趾距離坡腳0.0m，墻底地基承載力為140kpa，土與墻底的摩擦系數、抗水平滑動安全系數以及抗傾覆安全系數分別為0.3、1.3和1.6。

3.2 計算結果 通過理正深基坑支護計算軟件F-SPW計算可得如表4、5所示計算結果。

4 結語

本工程分三層來進行基坑的開挖支護。根據現場周圍環境和地質條件，本工程的基坑邊坡支護采用土釘墻方式的同時還加強了監測。雖然相應的工期由于受到雨季的影響從計劃工期的27天延長到了30天，但是整體的基坑支護工況完好，不僅沒有損害周圍的建筑物、道路以及地下管線，同時也成功的解決了基坑邊坡的強度和穩定性問題，因此，在保證施工安全的同時還具有很好的經濟效益。通過計算，對支護體系的穩定性和變形進行了進一步的分析，由于各項安全系數均滿足規范標準，從而達到了預期的效果。

參考文獻：

[1]陳肇元，崔京浩.土釘支護在基坑工程中的應用[M].北京:中國建筑工業出版社，2000.

[2]胡建林.深基坑土釘支護中的幾個問題[J].工業建筑，1999，29(4):49-52.

[3]孫義曉.小角度仰斜式復合土釘墻在基坑支護中的研究與應用[D].2005.

[4]楊亮.土釘支護抗拔研究[J].解放軍理工大學學報（自然科學版），2004，5(5):60-63.

[5]葉作楷，鐘泳.正常工作條件下土釘與土層間的摩擦力研究[J].2002，30(8):84-86.

[6]張建龍，徐桂萍，劉樹亞，甘繼國.某工程土釘墻支護結構信息化施工[J].施工技術，2001，30（1）：28-29.