土釘墻在黃土地區(qū)基坑工程中的應(yīng)用

(長(zhǎng)安大學(xué)　陜西　西安　710064)

引言

土釘墻起源于20世紀(jì)60年代法國(guó)的加筋土技術(shù)，充分利用巖土體自身的強(qiáng)度，即利用鋼筋和混凝土與巖土體結(jié)合，共同成為支護(hù)結(jié)構(gòu)，維持邊坡或基坑的穩(wěn)定。典型的黃土地區(qū)土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是從上到下一般為素填土，黃土，古土壤，黃土古土壤，粉質(zhì)黏土。由于非飽和黃土的直立性、含水率低時(shí)強(qiáng)度較高等特點(diǎn)，在保證基坑整體穩(wěn)定和安全的前提下，選用土釘墻支護(hù)更經(jīng)濟(jì)、合理。

一、土釘墻概述

土釘墻施工時(shí)通常先采用洛陽鏟人工成孔，若人工成孔困難可用鉆機(jī)成孔，再放入一定長(zhǎng)度、一根或捆扎在一起的數(shù)根鋼筋束，再往孔內(nèi)灌注一定強(qiáng)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(chǎng)地土之間的摩阻力形成一個(gè)整體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。屬于被動(dòng)型支護(hù)結(jié)構(gòu)。因?yàn)橥玲攭Φ氖┕げ徽加脝为?dú)的施工作業(yè)時(shí)間，所以工期較短。雖然土釘墻相對(duì)于其他支護(hù)結(jié)構(gòu)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(jīng)過降水)、場(chǎng)地土為非軟土、基坑深度不大于12m的二、三級(jí)基坑。[1]

二、工程實(shí)例

(一)工程概況

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

場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)為雜填土、黃土、古土壤、粉質(zhì)粘土(自上而下)。穩(wěn)定水位變化于15.70～22.50m，屬于潛水類型，因此基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)時(shí)不考慮地下水的影響。根據(jù)勘察方提供的場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告，并結(jié)合該地區(qū)建筑邊坡以往成功的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)主要土層參數(shù)如下表：

表1　基坑開挖深度范圍各土層設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)

(二)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

1.方案擬定

擬建場(chǎng)地內(nèi)不存在地裂縫和斷裂活動(dòng)對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性的影響。場(chǎng)地周圍無建筑物，南側(cè)和北側(cè)各有一條東西向的公路，南側(cè)公路距離基坑底邊線15.4m，北側(cè)公路距離基坑底邊線42m，可不考慮其動(dòng)荷載對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)以上情況，綜合工程地質(zhì)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(jià)格較高，選擇技術(shù)上可實(shí)施，經(jīng)濟(jì)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(xù)施工的土釘墻支護(hù)方式。

2.土釘墻結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

面層參數(shù)：噴射混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C20，厚度80mm，鋼筋網(wǎng)片Φ8@200200。此外，為保持坡頂?shù)姆€(wěn)定，在坡頂設(shè)置截水臺(tái)并進(jìn)行地面硬化。

排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)：(1)泄水孔：在土釘墻面層內(nèi)設(shè)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(zhǎng)度為15mm，孔內(nèi)應(yīng)設(shè)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(nèi)的水排出。(2)土釘墻的墻腳處設(shè)置厚0.2m、高0.7m腳墻，并設(shè)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(wěn)定性驗(yàn)算

土釘墻實(shí)際上是利用鋼筋和場(chǎng)地土之間的模量不同，在砂漿界面產(chǎn)生摩阻力，約束土體，提高“復(fù)合土體”的整體強(qiáng)度和剛度，相當(dāng)于一個(gè)重力式的擋墻。因此土釘墻的整體穩(wěn)定性與水泥土墻相似，需要應(yīng)用圓弧滑動(dòng)條分法進(jìn)行相應(yīng)的整體滑動(dòng)穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗整體圓弧穩(wěn)定的驗(yàn)算[2]。另外，單根土釘?shù)目拱巍⒖估瓘?qiáng)度(即局部強(qiáng)度)也應(yīng)該滿足規(guī)范要求。

在此我們選用理正深基坑軟件對(duì)土釘各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如下。

表2　驗(yàn)算結(jié)果

顯然滿足規(guī)范要求。

三、土釘墻施工中注意的事項(xiàng)

(1)在基坑開挖前，應(yīng)先在坡頂布設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)，并且在周邊建筑物設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，記錄初始數(shù)據(jù)。(2)在基坑開挖過程中應(yīng)嚴(yán)格按照分層分段的原則進(jìn)行，分層的厚度應(yīng)該與土釘豎向間距相適應(yīng)，超挖深度小于0.5m,且每層分段開挖的長(zhǎng)度不能超過30m。(3)開挖完每層土方后必須及時(shí)進(jìn)行土釘墻的施工，噴射混凝土面層；如果要進(jìn)行下一層土方的開挖，上層支護(hù)體系的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%。(4)成孔時(shí)如果出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，可以采用注入水泥漿護(hù)壁的方式進(jìn)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(yīng)小于0.6Mpa，注滿漿后并在該壓力下保持2-3min。(5)監(jiān)測(cè)工程預(yù)警值：根據(jù)規(guī)范要求,坡頂水平位移最大35mm(二級(jí)基坑深度的0.5%)，預(yù)警值25mm。(6)在土方開挖的過程中要保護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不被破壞，及時(shí)記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果并反饋，做到實(shí)行信息化施工和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

四、結(jié)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(nèi)，表明土釘墻在該支護(hù)工程中安全合理。工程設(shè)計(jì)人員在黃土地區(qū)基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮利用地下水位以上非飽和原狀黃土的直立性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，并結(jié)合土釘墻支護(hù)方式的作用原理使支護(hù)結(jié)構(gòu)在安全性上達(dá)到規(guī)范要求，與其他支護(hù)結(jié)構(gòu)如排樁、地下連續(xù)墻等比較更加經(jīng)濟(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-2012.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012

[2]建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范GB50497-2009.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009