基坑工程中土釘墻的信息化監測應用

劉治國 羅才松 孫旭龍 李義唐 王相程

摘要：土釘墻支護結構作為一種較好的原位土加固技術，具有施工速度快，安全經濟等優點，被普遍應用在基坑工程支護結構中。本文針對基坑支護結構的機理，通過對某沿海城市基坑工程土釘墻支護結構的水平位移及土體深層水平位移進行監測，對基坑施工技術、監測方案以及監測數據進行了詳盡分析，結果表明基坑工程中土釘墻支護技術的信息化監測應用具有較好的經濟性和適用性，對今后類似工程提供有價值的工程經驗。

Abstract： The soil nailing wall is widely used in the supporting structure of foundation pit engineering as a better in-situ soil reinforcement technology， due to the advantages of soil nailing wall， such as the fast construction， safety and economy， and so on. In this paper， by the working mechanism of supporting structures of foundation pits， the monitoring and analysis of horizontal displacements of soil-nailing walls and deep soils in a foundation pit of a coastal city were carried out. Moreover， the monitoring program and monitoring data of foundation pits were analyzed in detail， as well as the construction technology. The results shown that the application of the information monitoring to soil-nailing walls in foundation pits has economy and applicability， and this provides valuable engineering experiences for similar projects in the future.

關鍵詞：土釘墻支護結構;基坑;信息化;監測

Key words： soil-nailing wall;foundation pit;informatization;monitoring

中圖分類號：TV551.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0225-03

0? 引言

土釘墻是一種原位土體加筋技術。將基坑邊坡通過由鋼筋制成的土釘進行加固，邊坡表面鋪設一道鋼筋網再噴射一層混凝土面層和土方邊坡相結合的邊坡加固型支護施工方法。土釘墻具有合理利用土體的自穩能力，結構輕型，柔性大，施工速度快，造價低的特點。此外，土釘墻的施工特點是邊開挖邊支護，通過監測，一旦原來的勘察報告不符合實際的地質狀況，可以及時進行調整設計參數，另外，如果施工出現其他異常，也可以及時采取補救措施，這樣能夠最大程度地避免事故的發生，工程的安全可靠性大大提高。這些特點對于基坑工程的信息化施工[1，2]有極大的意義。

本文以某沿海城市基坑為研究的工程依托，通過對該工程土釘墻支護結構的水平位移及周邊建筑物的沉降進行監測和分析，對基坑施工技術、監測方案以及監測數據進行了詳盡分析，介紹土釘墻支護技術在基坑信息化監測工程中應用的經濟性和適用性，以便于有效指導現場施工，保證整個圍護結構在施工過程中的安全，對今后類似工程提供有價值的工程經驗。

1? 工程概況

1.1 周圍環境條件

本工程地處于某沿海城市街道辦事處的在建安置房場地，場地西南側為省道，場地東南側為約20m寬道路，場地東北部為在建住宅樓?，F有場地為拆遷后的回填地，尚未進行平整，場地一般高程在4.46～8.37m之間（黃海標高）。主體工程由6棟12～18層的高層建筑組成，其中1#～3#樓同處一個地下室，地下室面積為7872m2，基坑開挖深度約5m，基坑安全等級為二級。

工程設計中基礎采用樁基礎方案，基礎（承臺）埋置深度2.0～5.5m左右。

1.2 場區工程地質條件

基坑開挖范圍內主要土層自上而下為①雜填土;②粉質粘土、②a淤泥質土;③含砂粗中砂;④淤泥質土;⑤含泥粗中砂;⑥粉質粘土、⑥a淤泥質土;⑦含泥粗中砂;⑧卵石;⑨a強風化花崗巖（砂礫狀）、⑨b強風化花崗巖（塊狀）;⑩中（微）風化花崗巖。

1.3 場區水文地質條件

根據勘察揭露地層情況分析，場地內的含水層可細分為：上部雜填土中的上層滯水、中部砂層（③含泥粗中砂、⑤含泥粗中砂、⑦含泥粗中砂、⑧卵石）中的孔隙微承壓水以及下部的花崗巖風化帶中的孔隙—裂隙水。本場地近3～5年最高水位標高約5.0m，50年一遇最高水位標高約5.30m。由于本場地周邊地塊已人工回填3～4m的填土層，考慮到受上部填土層中的上層滯水、北渠的水力坡降影響，建筑物抗浮設計水位標高建議取黃海高程5.50m。

由于本工程設有一層地下室，地下室底板（底板標高3.50m）在134#～78#～129#孔一側以北將落在②粉質粘土中，在134#～78#～129#孔一側以南將落在③含泥粗中砂層中。對基坑開挖有直接影響的含水層有：①雜填土層中的上層滯水和③含泥粗中砂層中的微承壓水。為查明場地上部①雜填土層及③含泥粗中砂層中地下水的埋藏條件和水文地質參數，為基坑開挖及降水設計提供依據。

2? 基坑開挖支護

本期工程設計為一層地下室，開挖面積為7872m2，基坑開挖支護采用放坡結合土釘墻支護方式。

基礎施工后，上部雜填土2m采用放坡開挖，以下部分采取土釘墻支護[3]，坡面采用鋼筋網+噴射混凝土處理，對基坑南側采取攪拌樁止水帷幕等施工措施。采用本方案時，應注意支護體系的位移監控，采取動態設計、信息化施工方法，通過施工監測及時反饋施工信息，并及時調整設計、施工方案，對可能出現的問題及時采取預防、整治措施，做到安全、經濟、合理。在設置擋土結構后，基坑開挖時應該注意基坑降水，尤其要注意在坑底、護坡墻面、基坑周邊等做好截水和排水工作。

有關擋土結構設計計算參數參見表1?；又ёo見圖1。

3? 基坑監測與分析

3.1 基坑監測方案

為確保基坑安全，施工時應進行施工監測，主要內容包括預制樁的打樁監測及基坑開挖、降水施工監測。場地周圍地面、道路的隆起、裂縫及鄰近建筑物（構筑物）、管道、東側排洪渠擋墻的沉降、傾斜、裂縫監測，工程樁的位移監測等。基坑開挖及降水施工監測主要內容：擋土結構傾斜、位移監測，周圍建筑物及道路路面、管道等的沉降、裂縫監測，地下水位監測等。

通過監測信息指導施工，為了保證擋土結構體系安全，應該根據實際情況調整施工方案和施工順序，并對鄰近建（構）筑物及周圍環境采取預防保護措施。監測點平面布置見圖2，具體監測內容及預警值見表2[5，6]。

3.2 圍護結構水平位移監測結果及分析

在基坑的支護樁上共設置16個監測點，2月19日開始對基坑支護結構樁頂進行水平位移的監測，支護樁位移監測數據取于基坑開挖至坑底一段時間穩定后進行分析。

對基坑實行動態監測，每個項目都應該設定相應的警戒值。

在基坑的動態監測過程中，每個項目都應根據保護對象的實際情況，事先確定相應的警戒值。圍護結構水平位移的監測預警指標：日位移超過3mm和總位移值超過30mm，或連續3日水平位移平均超過2mm且不收斂。從表4監測的數據成果可以得出：隨著基坑土方分段開挖，在開挖出支護結構的樁頂的水平位移隨開挖深度也在變化，當開挖到第一層結束時，1#累計水平位移量為16.12mm，平均位移速率為0.31mm/d，支護結構的變形在允許范圍內?；颖O測1#-16#共16個測點的日位移量和累積位移量均在設計預警指標范圍內，且各測點的側移速率均在設計預警指標范圍內。

由上可知，該工程采用放坡結合土釘墻，并在支護面設置攪拌樁止水帷幕的支護方式提高了土釘墻的整體穩定性，能有效地控制支護結構的位移變化。同時，由于基坑是分階段開挖，基坑開挖期間樁頂水平位移逐漸增大，我們應注意對其位移速率變化相對較大時，應及時加大監測頻率并做出相應分析。在基坑施工過程中加強監測力度，保證基坑的整體安全。

3.3 土體深層水平位移監測結果及分析

土體深層水平位移是基坑監測分析當中最重要的指標之一，直接反映了基坑開挖期間施工安全與否。本次監測在基坑四周一共設置了16個土體側向位移測斜孔，編號分別為1#-16#。本文任選取其中4個測斜孔的數據對監測時間從3月28日到6月2日的數據進行對比分析，圖3分別為4個測斜孔的水平位移與時間關系曲線。

從圖3中可以看出，四個不同的測斜孔中土體深層水平位移隨深度的變化規律基本上是相似的，其變化趨勢較為平緩。如圖所示，開挖位置處土體的側向位移隨著基坑土層的開挖逐漸增大，最大位移處在基坑的頂部，發生位移值的時間是6月2日，也就是基坑監測的最后一天。這說明該測斜孔監測點的土體深層水平位移在隨著基坑開挖深度的增加而逐漸增大，并開始逐步趨向穩定。隨著開挖深度的加深，其水平位移也相應增加，說明基坑開挖加深，土壓力在不斷增大。另外，從基坑周邊土體深層水平位移監測結果表來看，1#監測點的最大土體深層水平位移為29.33mm，位置在孔深0.5m處;5#監測點的最大土體深層水平位移為18.27mm，位置在孔深0.5m處;13#監測點的最大土體深層水平位移為22.86mm，位置在孔深0.5m處;16#監測點的最大土體深層水平位移為17.64mm，位置在孔深0.5m處。所以，除1#測斜孔外，其他監測點的土體深層水平位移均小于預警值（25mm）。1#測斜孔監測點的土體深層水平位移略大于預警值，應及時加大監測頻率并做出相應分析，從而加強監測力度，以便于保證基坑的整體安全。

4? 結論

文中以某沿海城市基坑為研究的工程依托，采用放坡結合土釘墻，并在支護面設置攪拌樁止水帷幕的支護方式提高了土釘墻的整體穩定性，能有效地控制支護結構的位移變化，有效擴大了土釘墻支護結構的應用范圍。并且通過監測證明了基坑的穩定性，說明了設計方案的可靠性。同時，本工程的安全順利施工證明，在深刻了解地質情況和周邊環境的前提下，采用土釘墻結合攪拌樁止水帷幕的支護結構可用于地下水位以下的土層。攪拌樁止水帷幕與土釘墻的復合型基坑支護形式適用于一些的可行、安全、經濟的支護結構形式。

參考文獻：

[1]楊有海，王建軍，武進廣，等.杭州地鐵秋濤路車站深基坑信息化施工監測分析[J].巖土工程學報，2008，30（10）：1550-1554.

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