土釘墻在黃土地區基坑工程中的應用

(長安大學　陜西　西安　710064)

引言

土釘墻起源于20世紀60年代法國的加筋土技術，充分利用巖土體自身的強度，即利用鋼筋和混凝土與巖土體結合，共同成為支護結構，維持邊坡或基坑的穩定。典型的黃土地區土層結構特點就是從上到下一般為素填土，黃土，古土壤，黃土古土壤，粉質黏土。由于非飽和黃土的直立性、含水率低時強度較高等特點，在保證基坑整體穩定和安全的前提下，選用土釘墻支護更經濟、合理。

一、土釘墻概述

土釘墻施工時通常先采用洛陽鏟人工成孔，若人工成孔困難可用鉆機成孔，再放入一定長度、一根或捆扎在一起的數根鋼筋束，再往孔內灌注一定強度的水泥砂漿(在注漿前要清孔)，從而利用不同模量的鋼筋、混凝土、場地土之間的摩阻力形成一個整體作為支護結構。屬于被動型支護結構。因為土釘墻的施工不占用單獨的施工作業時間，所以工期較短。雖然土釘墻相對于其他支護結構而言投資少、施工便捷，但是要求基坑是在地下水位以上(或者經過降水)、場地土為非軟土、基坑深度不大于12m的二、三級基坑。[1]

二、工程實例

(一)工程概況

該工程場地位于西安市的西太路以東、創匯路以南，交通比較便利。場地整體上東北高、西南較低。基坑深度為7.48m；擬建場地的地貌單元為皂河Ⅱ級階地。

場地地層結構為雜填土、黃土、古土壤、粉質粘土(自上而下)。穩定水位變化于15.70～22.50m，屬于潛水類型，因此基坑支護工程設計時不考慮地下水的影響。根據勘察方提供的場地巖土工程勘察報告，并結合該地區建筑邊坡以往成功的設計及施工經驗，基坑支護設計主要土層參數如下表：

表1　基坑開挖深度范圍各土層設計參數數

(二)基坑支護設計方案

1.方案擬定

擬建場地內不存在地裂縫和斷裂活動對場地穩定性的影響。場地周圍無建筑物，南側和北側各有一條東西向的公路，南側公路距離基坑底邊線15.4m，北側公路距離基坑底邊線42m，可不考慮其動荷載對基坑支護結構的影響。根據以上情況，綜合工程地質條件等因素的分析，考慮到放坡空間有限并且土方開挖的價格較高，選擇技術上可實施，經濟上投資較合理，并且整體性好、水平位移小，又便于基坑開挖以及后續施工的土釘墻支護方式。

2.土釘墻結構參數確定

面層參數：噴射混凝土設計強度為C20，厚度80mm，鋼筋網片Φ8@200200。此外，為保持坡頂的穩定，在坡頂設置截水臺并進行地面硬化。

排水結構設計參數：(1)泄水孔：在土釘墻面層內設置兩層泄水孔，水平向間距2m，孔徑為60mm，孔深為0.5m，仰角為10°，外伸長度為15mm，孔內應設置PVC管，其孔壁帶有小孔，管外纏土工布(透水)，以便墻體以及土層內的水排出。(2)土釘墻的墻腳處設置厚0.2m、高0.7m腳墻，并設置寬0.4m、高0.4m、厚0.2m的排水溝，均用C20混凝土澆筑。

剖面詳見圖1。

圖1　土釘墻剖面圖

(三)穩定性驗算

土釘墻實際上是利用鋼筋和場地土之間的模量不同，在砂漿界面產生摩阻力，約束土體，提高“復合土體”的整體強度和剛度，相當于一個重力式的擋墻。因此土釘墻的整體穩定性與水泥土墻相似，需要應用圓弧滑動條分法進行相應的整體滑動穩定、抗傾覆穩定、抗整體圓弧穩定的驗算[2]。另外，單根土釘的抗拔、抗拉強度(即局部強度)也應該滿足規范要求。

在此我們選用理正深基坑軟件對土釘各設計參數進行驗算，結果如下。

表2　驗算結果

顯然滿足規范要求。

三、土釘墻施工中注意的事項

(1)在基坑開挖前，應先在坡頂布設變形觀測點，并且在周邊建筑物設置沉降觀測點，記錄初始數據。(2)在基坑開挖過程中應嚴格按照分層分段的原則進行，分層的厚度應該與土釘豎向間距相適應，超挖深度小于0.5m,且每層分段開挖的長度不能超過30m。(3)開挖完每層土方后必須及時進行土釘墻的施工，噴射混凝土面層；如果要進行下一層土方的開挖，上層支護體系的強度必須達到設計強度的75%。(4)成孔時如果出現塌孔現象，可以采用注入水泥漿護壁的方式進行；若仍然無法成孔，可采用擊入式花管代替鋼筋,擊入式鋼管的注漿壓力不應小于0.6Mpa，注滿漿后并在該壓力下保持2-3min。(5)監測工程預警值：根據規范要求,坡頂水平位移最大35mm(二級基坑深度的0.5%)，預警值25mm。(6)在土方開挖的過程中要保護監測點不被破壞，及時記錄監測結果并反饋，做到實行信息化施工和動態設計。

四、結語

該工程已于2017年12月竣工。基坑周邊沉降及水平位移均在安全范圍內，表明土釘墻在該支護工程中安全合理。工程設計人員在黃土地區基坑支護工程設計中應考慮利用地下水位以上非飽和原狀黃土的直立性、結構強度大等特點，并結合土釘墻支護方式的作用原理使支護結構在安全性上達到規范要求，與其他支護結構如排樁、地下連續墻等比較更加經濟。

【參考文獻】

[1]建筑基坑支護技術規程JGJ120-2012.北京：中國建筑工業出版社，2012

[2]建筑基坑工程監測技術規范GB50497-2009.北京：中國建筑工業出版社，2009