多方面探討深基坑工程施工中土釘支護技術的應用

周昌海

（甘肅瑞臨建設工程有限公司）

1 引言

隨著社會的發展，高層建筑、地鐵、橋梁等工程的修建量越來越大，因此，深基坑的應用也越來越廣泛。基坑的支護技術與建筑工程的安全有著密切的聯系，必須加強對深基坑支護技術的研究。深基坑結構的支護類型有很多，本文就土釘支護技術展開多方面的探討。

2 土釘支護技術的特點以及工作原理

2.1 特點

土釘支護作為最常用的深基坑支護方式具有以下特點：

（1）施工中使用的設備簡單、操作方便，不需要占用較大的場地，因此成本比較低。并且在使用過程中產生的噪音和震動比較少，不會給工作環境帶來較大的不利影響。

（2）一邊挖一邊支護，即土方開挖與土釘支護同時進行，不需要單獨占用施工工期，不會對邊坡土體產生過大的擾動，也不會對周圍建筑產生不良影響，可以加快施工速度。

（2）安全性高，土釘制作非常簡單而且數量很大，如果某個土釘出現質量問題不會對整體結構產生較大的影響。并且在邊挖邊支的過程中，施工人員可以隨時根據土質及土體的變形程度，改變土釘之間的距離以及土釘的長度，并且一旦出現安全事故，可以立即采取加固措施，防止更大的安全事故的發生。

（3）對不良的土質具有很強的適應性，特別是土層與風化程度不同的巖體同時存在時，應用此技術更好。

雖然土釘支護在應用中展示出了自身許許多多的優點，但是它也有不足之處：

（1）在施工結束后，它不能被回收再利用。

（2）對地下水位有要求，要求地下水位必須低于開挖面，若高于開挖面，會由于滲流作用引起開挖面的坍塌，使施工過程變的復雜。

2.2 工作原理

土體具有抗拉強度幾乎為零，且抗剪強度比較低，但是具有結構整體性的特點，在基坑開挖的時候，土體存在著一個使邊坡保持直立不坍塌的臨界高度，如果開挖的深度超過這一高度時，土體將發生整體性破壞。因此，在開挖時，需要采取支護措施。

土釘支護是在土體內每隔一定距離放置一個一定長度的土釘，土釘與土體兩者共同工作，相互作用，形成復合土體，該復合土體與原狀土的強度和剛度相比都得到了提高。土釘是主動加固，它與土體相互之間的作用，對土坡破壞形態也具有一定的改變作用，能夠大大地提高土坡的穩定性。并且采用土釘支護可以避免突發式破壞形式的發生。

在復合土體中，土釘的作用有：①起到箍束骨架的作用，它制約著土體的變形，使復合土體構成整體。②是起到分擔的作用，共同承受外荷載以及土體的自重應力。③起到應力傳遞與擴散的作用，使開裂區域的形成以及發展得到一定程度的延遲。④對坡面的變形起到一定的約束作用。

3 土釘支護技術的適用范圍以及工作性能

3.1 適用范圍

適用于具有比較低的地下水位的邊坡，要求地下水位在開挖面以下，對于土質情況的要求不是很高，適用于黃土、雜填土、粉土以及粘性土等土質。在軟土的基坑支護中也有比較多的應用，例如在上海、武漢、杭州等地方。此外，土釘支護在巖體邊坡的加固中也有了較多的應用。

3.2 工作性能

3.2.1 變形性能

（1）在土體開挖的過程中，土體的位移隨的施工日期的增加也呈現不斷增加的趨勢，當開挖完成后，土體的變形基本趨于穩定的狀態。土體的水平位移在支護頂面處的值最大，隨著深度的不斷增加，水平位移原來越小。由于開挖的影響，開挖面以下的土體也會產生一個較小的變形。

（2）支護面的位移在不同的土質中的變化情況也不相同，在勻質的土體中，位移隨著高度的變化呈現線性變化的趨勢。在非均質的土體中，最大位移可能產生在下部位置中。

（3）在一般情況下，支護面的最大水平位移不超過支護高度或者開挖深度的0.3‰，并且土釘的長度對位移也有比較重要的影響，為了減少基坑的變形，可以采取適當的增加土釘長度的措施。

（4）如果土釘的設置地水平，可以起到很好地約束土體的側向變形的作用，如果土釘的設置向下傾斜，會增加土體的水平位移，并且土釘的剛性越大，土體的最大水平位移就越小。

（5）與素土體邊坡的破壞狀態相比，土釘支護具有明顯不同的破壞狀態。前一種邊坡產生了明顯的破壞面，屬于脆性破壞。后一種邊坡沒有產生明顯的破壞面，屬于漸進性破壞。

3.2.2 受力性能

（1）不同的土體位置，支護面層背后的側土壓力的大小也不相同，在中間處，壓力最大，在底部和頂部的壓力比較小。土釘拉力之和遠遠大于支護面層所受到的土壓力之和。

（2）土釘在土體內部，如果土體不產生變形，那么土釘就不會受到力的作用，只有當土體產生變形時，土釘才開始發揮其強度。

（3）隨著土釘長度的變化，土釘的拉力也隨之發生變化。隨著開挖的進行，最大的拉力產生的位置逐漸向里面轉移，一般情況下，最大拉力在失穩破壞面上發生。如果土釘的長度比較短的時候，最大拉力通常發生在土釘的中間位置。

（4）土釘在土體中所處的位置不同，其最大拉力也不同，在土體中間位置的土釘的最大拉力最大，在上部和下部的土釘最大拉力比較小。土釘所受的力的大小除了與位移大小有關外，還與邊坡的滑動趨勢有關。在將要發生破壞的時候，位于底部的土釘的拉力明顯增大，因此，在進行土釘布置時，底部的土釘的間距要比較密集。

（5）隨著施工階段與使用階段的進行，土釘的拉力也逐漸發生變化，在施工階段中，土釘的拉力以緩慢的速度逐漸增加，在開挖時，土釘拉力會突然發生變化；在使用階段，土釘拉力不僅存在增加的現象，并且還存在損失的現象。

4 土釘支護技術的施工工藝以及施工過程中應注意的問題

4.1 施工工藝

4.1.1 基坑開挖

在土體進行開挖之前，必須要根據地質勘查報告和設計要求的有關規定選擇合適的開挖方式，在選擇分層方式開挖時，分層中每一層的厚度不能太大，并且需要邊挖邊支護。坡面必須做到平整，并且滿足設計的要求

4.1.2 基層初次噴射

在已經挖好的坡面上，必須及時進行混凝土噴射，使表層發生固結，以避免倒塌事故的發生。混凝土的噴射厚度大約在30～50cm之間，必須分段且自下而上地進行噴射。

4.1.3 土釘成孔

成孔的直徑在70～120mm之間，傾角向下，并且在15～200之間，成孔過程中所采用的方法和施工工藝要根據具體情況具體判斷。成孔作業圖如圖1所示。

圖1 成孔作業圖

4.1.4 土釘的安設與注漿

隱蔽驗收這項操作是在土釘安裝之前必須進行的操作。將土釘安裝完成后，不能進行隨意地敲打，防止發生碰撞。常壓灌注是土釘成孔灌注所經常采用的形式，漿液的水灰比要控制在0.4～0.45之間。必須在已經對孔位進行了沖洗，并且流出的水為清水之后，才能進行灌注這項操作，這樣可以保證灌注的質量。在進行灌漿操時，必須將孔灌注滿，避免形成空洞。

4.1.5 掛鋼筋網

根據規范與圖紙要求將鋼筋網片綁扎好，綁扎鋼筋通常選用直徑為6～10mm的一級鋼，綁扎的間距通常在200～300mm之間。并結鋼筋網片與土釘的連接必須牢固可靠。4.1.6再次噴設混凝土面層

首先需要對鋼筋網片的背面進行混凝土的噴射這項操作，目的是為了將網片后面的縫隙填掉，防止縫隙的出現。然后才可以對鋼筋的表面進行噴射。噴射所選用的混凝土的含水率需要在5～7%這個范圍內，并且需要控制好水灰比，以保證噴射的質量。并且噴射的厚度不能隨意設定，需要按照設計要求合理選擇。

4.1.7 混凝土墻體養護

為了使深基坑的支護具有良好的效果，必須對其加強養護，養護的次數每天至少要進行三次，并且至少需要進行14d的養護。

4.1.8 邊坡監測

為了防止對周圍建筑物產生影響以及防止邊坡產生位移，必須對邊坡和周圍的建筑物進行嚴格的監測，保證基坑支護過程安全有序的進行，如果監測到數據產生比較大的變動，必須及時采取相應的措施。

4.2 需要注意的問題

4.2.1 要預先留設泄水孔，以減少邊坡土體的水分

例如在對施工地段進行地質勘察的時候，如果沒有發現地下的排污管道的存在，將引起滲漏并對土體產生了沖刷，導致深基坑的支護產生變形，最終引起事故的發生。因此，對于這一類的問題，要求勘察人員必須認真勘測，并在圖紙上做記錄，并且需要在土釘墻內預先留設泄水孔，防止土釘墻內產生積水。

4.2.2 需要對周邊的環境加強監測

為了保證周邊建筑物的安全性，在對深基坑進行支護的施工完成后，必須對基坑周圍的建筑物進行嚴格的觀測，并且在觀測過程中必須做好記錄，對于在雨季施工的工程，更要定時進行監測，如果監測數據發生比較大的波動，應當立即向設計單位匯報，并且根據現場的情況以及數據分析發生的原因，立即采取相應的補救措施。

5 結束語

隨著深基坑的應用越來越多，對深基坑的支護技術進行研究也顯得越來越重要。為了加強基坑的穩定性，提高建筑物的安全性，必須對土體進行支護，而土釘支護技術以其對于不同的土質具有良好的適應性以及經濟方便等優點成為深基坑支護中最為常用的形式，并且它具有良好的發展前景，值得我們深入研究。