土釘墻在深厚雜填土深基坑支護中的應用

劉 娟 王海江

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安 710077)

雜填土是一種比較危險的場地土，大多數(shù)情況下，雜填土含有機質(zhì)多，承載力低，自穩(wěn)性差。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，高層、超高層建筑也越來越多，而這其中有不少高層建筑位于深厚雜填土地段，隨之而來的就是深厚雜填土層深基坑的支護問題。在深厚雜填土基坑支護中，受空間限制不能放坡開挖，一般采用排樁+預應力錨索支護、旋噴樁加固雜填土層等方案，但支護成本都較土釘墻支護高的多。在眾多支護方案中，土釘墻支護以其特色及優(yōu)勢，在深厚雜填土層深基坑支護設計中具有較好的推廣應用前景。

1 工程概況

地電廣場農(nóng)行大廈位于西安市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，唐延路與科技四路十字的東南角。主樓26層，地下室2層;裙房3層，地下室2 層。基坑東西長83.55 m，南北寬65.85 m，開挖深度12.3 m，需支護坡段為基坑西側(cè)與北側(cè)。基坑西、北兩側(cè)緊鄰交通要道，西側(cè)距離基坑2.0范圍內(nèi)有市政電纜管溝，基坑側(cè)壁安全等級為一級，基坑開挖平面圖見圖1。支護段0 m～9.6 m范圍內(nèi)為雜填土，由建筑垃圾和生活垃圾組成，局部含大量粘性土，下為黃土、古土壤、粉質(zhì)粘土等土層，基坑周邊空間較小。地下水穩(wěn)定水位最高水位埋深距自然地面18 m，不需要降水。

圖1 基坑支護平面布置圖

2 支護設計

2.1 設計難點與要求

本基坑開挖深度范圍內(nèi)雜填土層厚達9.6 m，基坑周邊最大允許放坡空間不足3.0 m，且支護邊坡緊鄰交通要道，西側(cè)距離基坑2.0 m范圍內(nèi)有市政電纜管溝，不允許發(fā)生過大變形。基坑支護要求工期較緊，成本要低，在保證基坑支護安全可行的前提下，經(jīng)過多方案比選，擬采用土釘墻支護技術(shù)進行支護。

2.2 支護設計方案

根據(jù)王步云提出的土釘復合體簡化破裂面模型，如圖2所示，土釘與原位土體構(gòu)成的復合體，破壞時形成的滑動面與原位土體的破壞形式不同。根據(jù)不同場地試驗段用應變計監(jiān)測的結(jié)果顯示，在土釘墻2/3～3/4高度范圍內(nèi)，土釘最大荷載約為0.75KaγHShSv并不隨深度變化，土釘頭荷載約為 0.5KaγHShSv，其中，Ka為主動土壓力系數(shù)，γ為重度，H為土釘墻高度，Sh，Sv分別為土釘水平間距、垂直間距。但是僅僅滿足極限平衡狀態(tài)的要求，并不能保證得到合理的設計，尚應滿足一些約束條件:1)墻體高度上半部的土釘長度應一致。2)墻體高度下半部的土釘應適當縮減長度。

圖2 土釘復合體的簡化滑裂面

設計時考慮15 kPa的超載，各土層物理力學參數(shù)如表1所示，計算時根據(jù)當?shù)厥┕そ?jīng)驗對參數(shù)進行了適當調(diào)整，同時考慮到基坑開挖卸載的應力路徑、土釘施工注漿漿液擴散效應，結(jié)合雜填土強度特性，經(jīng)計算制訂如表2所示的復合土釘支護方案。

支護方式采取土釘墻加預應力錨桿的聯(lián)合支護方式。基坑上部2．8 m部分垂直開挖，2．8 m以下部分基坑邊坡坡比1∶0．25(部分1∶0．3)。土釘長度8．5 m ～11．5 m，下傾角 15°，成孔孔徑130 mm，土釘由一根Φ22鋼筋制作而成。預應力錨桿長14．5 m，下傾角15°，成孔孔徑130 mm，由一根Φ25鋼筋制作而成。面層噴射混凝土厚度10 cm，混凝土標號C20，采用φ8@200鋼筋網(wǎng)片。預應力錨桿處采用雙層φ8@200鋼筋網(wǎng)片。

表1 土層物理力學特性

表2 設計結(jié)果

2．3 土釘支護施工

根據(jù)支護設計方案，采取邊開挖，邊支護，跟進作業(yè)的方法。開挖深度要滿足設計要求，嚴禁超挖。正常施工流程為:開挖→成孔→插入土釘桿→注漿→編網(wǎng)→噴射混凝土→養(yǎng)護→下一步的開挖。

3 監(jiān)測

在土釘墻施工過程中及施工結(jié)束后，采用全站儀對基坑進行了全程監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，在工程施工過程中，整個基坑一直處于穩(wěn)定、安全狀態(tài)。截至目前，主體工程施工已然結(jié)束，基坑周邊已經(jīng)回填完畢。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，在12個月的服役期間，土釘墻工作狀況良好，變形輕微，邊坡最大水平位移不超過20 mm，基坑坡頂沉降位移最大不超過15 mm，均在規(guī)范允許接受范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本工程實例的成功應用證明，土釘墻支護技術(shù)可以成功的應用于深厚雜填土深基坑的支護，可以為類似深基坑支護設計和施工提供借鑒。12個月的基坑變形監(jiān)測表明，預應力錨桿的施加可以有效的限制土釘墻的過大位移。土釘+預應力錨桿這一支護技術(shù)的成功應用，解決了傳統(tǒng)支擋結(jié)構(gòu)費用高，工期長的問題。在深基坑支護中，在雜填土深厚且周邊地質(zhì)條件復雜情況下，無論從施工可行性還是從成本造價上分析，采用這一設計思路均是最合理、可行的，它為西部地區(qū)深厚雜填土深基坑的支護開辟了一條嶄新的道路，它的大力推廣和應用必將帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。

［1］王步云．土釘墻設計［J］．巖土工程技術(shù)，1997，4(4):19．

［2］美國交通部聯(lián)邦公路總局．土釘墻設計施工與監(jiān)測手冊［M］．余詩剛，譯．北京:中國科學技術(shù)出版社，2000:31-36．