復合土釘墻在某基坑工程中的應用研究

連 蕓，魯玉芬，吳立坤

(1.蕪湖職業技術學院，安徽 蕪湖 241002 2.蕪湖市勘察測繪設計研究院有限責任公司，安徽 蕪湖 241000)

隨著我國城市建設規模的不斷擴大,為了節省地上空間,節省土地,充分利用地下空間的深基坑工程也隨之增加,為了保證地下施工的安全和基坑周圍工程的安全,這就需要對深基坑進行工程進行支護[1,2]。復合土釘墻支護技術采用因地制宜、靈活多變的組合支護結構,在國內外的深基坑支護工程中得到廣泛的應用[3]。它是將土釘墻與一種或幾種單項支護技術或截水技術有機組合成的復合支護體系。常用的復合土釘墻支護有土釘與預應力錨桿結合、土釘與微型鋼管樁結合以及土釘與止水帷幕結合三種基本形式[4,5]。本工程為蕪湖市中興智能科技蕪湖產業園研發樓工程,采用水泥土樁止水帷幕與土釘墻的聯合應用技術。

1 支護選型及方案設計

本工程的支護難點是地下水位的控制跟南側已施工管樁的保護;根據現場環境、地質情況跟地下水特點。最終本工程采用2排水泥土樁止水帷幕+土釘墻展開支護，如圖1所示。具體設計計算指標參數如表1所列。設計荷載坑頂按10kpa均載考慮。基坑安全等級按二級基坑設計。

表1 基坑圍護設計參數

1.1 土釘承載力計算

以工況① 開挖深度為2.200m為例,土釘承載力計算過程如下:

(1)土壓力計算。

(1)

(2)土釘承載力計算。對土釘① 土釘長度8.000m,土釘直徑100mm。

p=pm+pq=12.265+4.903=17.168

ξ=0.894

土釘抗拔承載力計算公式為R=πdj∑qsiklmij≥1.4Tjk其計算結果如表2所列。

表2 土釘抗拔力計算結果

同理,可以獲得其他工況的土釘承載力計算結果,計算結果表明,各項指標均滿足要求。

1.2 整體穩定性驗算

根據文[1]規定估算基坑的整體穩定性，計算如下：

K1=Ks0+η1Ks1+η2Ks2+η3Ks3+η4Ks4≥Ks

K2=Ks0+Ks1+0.5Ks2≥1.0

各工況計算結果如表3所列。

表3 各工況整體穩定性驗算結果

1.3 土釘驗收抗拔力計算

根據文[1]土釘的工作系數為

ψ=1.000,土釘號①,②,③ 驗收抗拔力分別為80.767kN, 135.717kN,90.47kN。

(1)抗隆起穩定性驗算。根據文[1]按式(1)計算:

(2)

q1=0.5γm1h+γm2D=108.575(kPa)

q2=γm1h+γm2D+q0=18.321×4.200+18.447×3.800+10.000=157.050(kPa)

=1.213≥1.200，抗隆起穩定性計算結果滿足要求。

2 基坑監測效果分析

2.1 深層位移監測

基坑開挖前測試水平位移的初始值,以后每開挖1步展開1次測量,測得各監測點的深層水平位移。經過比較,位移變化較明顯的CX16為例,其水平位移隨施工日期的變化情況如圖3所示。

圖3 基坑水平位移變化圖

圖4 土釘拉應力分布圖

由測試結果可見,沿深度各點的水平位移隨施工日期的延續而增加;土體開始開挖位移增幅較明顯,基坑于12-20日開挖完成后逐漸趨于穩定,開挖對邊坡上部的土體影響較大,最大位移位于基坑頂面下2.5m處;隨后土體的位移隨深度的增加逐漸減小。在土釘施工階段,基坑邊坡位移一直在發展,最大水平位移為28mm,跟基坑深度的比值約為6.4‰。

2.2 土釘應力監測

現場測試在基坑北、西、東坡各選4個試驗斷面,土釘拉力的測試工作結合施工同步展開,土釘拉應力分布如圖4所示。開挖施工前期:每天測量1次。開挖施工后期:每天1次,發現土釘受力或變形較大時加密監測頻率。穩定期:土釘受力及變形穩定后每2天測量1次。

由測試結果可知:土釘支護受力隨施工日期的延續而變化, 在施工階段,從土釘被置入邊坡土中開始,所受的拉力每天都有增加,隨開挖深度的增加,土釘的拉力也逐漸增加。下層土體開挖對已設的所有上層土釘的受力均有較大影響,各層土釘的拉力均有突變,即土釘的受力具有開挖效應。

工程實測表明:土釘支護的變形趨勢是:自上而下變形逐漸減小,靠近上部的位移最大,底部很小,說明上部土釘承受的拉力較大,土釘的最大拉力位置距面層較近,且從最大拉力點位置到土釘的末端拉力值減小的很快。因此在下部采用長土釘不能有效的發揮土釘的作用而造成浪費,可適當減少土釘的長度;同時適當減小間距,采用密而短的土釘,才能充分發揮土釘的加固效果。

3 結束語

本基坑工程開挖支護采用水泥土攪拌樁止水帷幕+復合土釘墻,監測結果表明,該技術能夠有效解決軟土地基基坑支護問題,很大程度上提高了工程質量。在選型過程中,要充分發揮水泥土的作用,在做支擋、拉錨等抗力分析的同時,一定要選擇合理的方案,做好基坑土、尤其是被動土的加固,以減小基坑主動土壓力,增加被動土抵抗能力,另外,給基坑周邊全面固化,增加基坑突發情況下的安全度。