明挖隧道深基坑支護中關于土釘墻+排樁的相關問題探討

文/汪亞 建設綜合勘察研究設計院有限公司安徽分院 安徽合肥 230000

隨著城市化進程不斷加快，導致可用的建設面積逐漸縮小，地上用地已經不能滿足建設需求，因此大量地下空間被開采使用。在進行地下開采的過程中，基坑工程的支護是一項重點內容，具有一定難度系數，不但需要保證支護結構的安全性，同時還應避免對周圍建筑物造成影響和破壞。

在深基坑支護工程中土釘墻+排樁技術已經得到廣泛應用。一般來說，對于深度較小、對于基坑周邊沒有嚴格要求的邊坡支護更適合應用土釘墻噴錨支護，而排樁則在不同要求的邊坡中都可應用，但是所需成本較高。

1、土釘墻噴錨支護和排樁支護的原理

1.1 土釘墻噴錨支護

土釘墻噴錨支護結構綜合了土釘與鋼筋網噴射混凝土的優點，為基坑邊坡進行柔性支撐。在高壓氣流的影響下混凝土與鋼筋網形成一個整體支護面層，進而對面層和被支護土體起到嵌固作用，緩解邊坡承載的壓力，合理控制位移程度，為邊坡穩定性提供保障。土頂嵌入土體之內，并進行固定，與土體形成復合性重力構造，使邊坡整體的土體強度得以提升。鋼筋網則對噴射混凝土面層及土釘應力進行調整，提高支護體系的柔和度，使其更具整體性。這種技術實現了土體荷載用于支護的效果，從被動支護轉化為主動支護。

1.2 排樁支護

排樁支護能夠在多種地質環境下應用，尤其在深基坑中應用較為廣泛，用于排樁擋墻的制作，具有較強的支護剛度、且具有較強的抗彎性，不會產生較大的變形，在施工的過程中無擠土和振動的情況發生，不會對周圍建筑物造成較大影響。如果樁端嵌入過深的深度或則采用的懸臂裝為單獨式，那么將會影響施工的經濟性與可行性。對于對基坑的變形有極高要求的情況下，通常將護坡樁和預應力錨桿（或錨索）相結合的方式進行支護，也就是常說的樁錨支護，并將腰梁橫向連接于預應力錨索。受力形式由單頭固定轉變成簡支梁體系，有效控制變形情況，具有良好的支護效果。

2、工程背景

2.1 工程概況

以某高速公路建設為例，公路全長為174.8km，施工采用明挖暗埋隧道，隧長度為1200m，在隧道的K35+080-180段，周圍不設有重要的管線和建筑物，基坑為長條狀，長度為100m，寬度為34m，深度為12.4-14.0m左右，基坑邊線和用地紅線的間距為9.0m，將排樁冠梁施工和坡頂截水溝的施工空間除外，可用于土釘墻施工的寬度為6.5m。此工程基坑內的土質以黏土為主，且多為硬黏土。

2.2 支護方案

根據施工的水文條件、地質狀況、周邊環境設施以及基坑深度等情況，決定采用上部土釘墻，下部排樁+鋼管支撐的方案進行支護。并將基坑中間設置一排立柱，避免跨度較大影響鋼支撐穩定能力。

2.3 主要支護參數

上部土釘墻：墻高度為6.5m，土釘墻坡度為1：10，相鄰土釘的距離為1.5＊1.5m，且布設成梅花狀，長度為6.0m。選用C20的混凝土用于面層噴射，同時在內部設置一定的鋼筋網。

下部排樁+鋼支撐：樁距為1.6m，樁徑長1.2m，樁頂標高與土釘墻底部持平。樁長15.0m，嵌固深約7.5m，樁頂的冠梁長為120cm、寬為80cm，并將鋼管設在樁間用于支撐，與樁頂的距離為2.5m。

2.4 工況計算

為了對此工程支護體系進行施工的力學研究，采用施工過程全模擬的形式，將應力學初始計算土體開挖和支護的施工等進行綜合分析，根據實際開挖方案開始數值模擬，比如排樁支撐和換撐的施工的計算。計算概況如下：工況1為初始地應力平衡，應力場保留，清除速度場和位移；工況2a為將土方挖至低于第一層土釘的0.3m之下；工況2b為第一層土釘施工，土方挖至第二層土釘的0.3m之下；工況2f為土方挖至排樁頂部，最后一層土釘開始施工；工況3為排樁和樁頂冠梁的施工，應力場保留，清理速度場和位移；工況4為土方挖至支撐底部；工況5為進行鋼支撐架設，基坑底部的土方開挖；工況6為底板制作、部分墻位于鋼支撐喜愛0.5m處；工況7為鋼支撐架設和換撐，將原鋼支撐拆除。

2.5 結論

通過土釘墻的相應計算可以知道土釘墻i越小，土釘墻的穩定性越強，但位于下部的排樁發生位移也就較大，導致支護費用增加。土釘墻破壁越大，所需的土釘長度也越長，這樣才能使其穩定滑動。因此，選取土釘墻坡比時還應充分考慮下部排樁和自身的整體穩定性。

3、土釘墻+排樁支護的優點與缺點

土釘墻+排樁支護更適合應用在基坑深度不太深、四周存在較小的既有荷載同時對變形要求較高的邊坡支護當中。相較于單一的土釘墻支護或者樁錨支護來說，其具有一定支護優勢：首先，其能夠有效掌控基坑邊坡變形程度，對變形情況進行檢測合理對土釘結構進行調整，能夠靈活增設錨索或錨桿，操作性較強；其次，融合了土釘墻支護與樁錨支護的雙重優勢，也就是說既具經濟性又具安全性；再次，結構相對簡單，便于施工操作，對場地大小沒有過多的要求；最后，由于基坑施工涉及到的管道、圍墻、道路等較多因素，而土釘墻+排樁支護技術不會對此類因素造成過大的影響，因此值得推廣使用。

除上述優勢之外，其也存在不可避免的缺陷。具體表現在：首先，其施工工藝較為簡單，適用范圍具有局限性，僅僅適合在較好的土質中及含砂厚度較小的邊坡支護中；其次，土釘的排數要比普通錨桿或錨索要多，面層剛度與大口徑排樁相比要小一些，對土方開發施工及工藝有較高的要求；再次，應保證圖定向與排樁之間的作用協調，在設計方面還處于經驗期；最后，計算理論還有待進一步完善，在實際施工時，還需對樁頂和既有建筑物加大變形監測力度。

結語：

綜上所述，在明挖隧道深基坑支護中應用土釘墻+排樁技術具有一定的優勢，但是選擇支護方案時還應充分考慮工程的地質條件和水文情況等，保證應用的合理性。在實際應用時，還應保證土釘墻技術與排樁技術各方面參數的合理確定，只有做到各環節嚴謹，才能使土釘墻+排樁技術發揮優勢，提高基坑的穩定性。但是這種支護方式也存在一定局限性，對此還應加大研究力度，逐步進行完善。總之，合理的運用土釘墻+排樁技術能夠有降低工程造價，縮短工期，促進工程順利開展。