放坡基坑中的復合土釘墻結構設計和應用

王宏東

（蘭州工業學院土木工程學院，甘肅蘭州 730050）

隨著科技的進步，全球高層建筑跨越式發展，深基坑工程逐漸增多，基坑工程投資增加，成為高風險工程。隨著城市化進程加快，人們對生活工作等方面需求不斷增加，大量地下空間得到開發。復雜的高架橋及地下停車場等隨處可見，一線城市城市化率達到80%。為提高經濟活力，減緩城市用地壓力，城市高層建筑拔地而起。建筑深基坑是復雜的系統性工程，支護方案選擇直接影響基坑的穩定性。良好的基礎才能造就優秀的上層建筑，只有打好基坑基礎，才能做好穩定的建筑。隨著市政地下設施工程建設，推動深基坑工程的發展，對基坑支護結構優化非常重要。安全性等是深基坑支護結構選型設計必要考慮的因素，深基坑支護機構安全穩定相互影響，設計工程中往往出現實踐大于理論的問題，需要深入研究工程施工技術。

1 土釘墻支護簡介

土釘支護技術適用粉質黏土等地質條件[1]。基坑存在軟土層應經加固措施處理，擋土結構承受支護結構背后地下水及其他形式荷載對支護結構產生側向土壓力。復合土釘擋墻由面層、攪拌樁等構成，其破壞類型包括內部、整體與面層破壞。目前相關穩定性研究較少，設計主要依靠經驗進行。

土釘是置入現場原位土地密集排列的細長桿件，與土體形成組合體。土釘墻支護通過制約鋼筋產生結構側向變形提高鋼筋受拉力，土釘墻在承受荷載中不會發生突然坍塌，土釘頭荷載為最大土釘荷載一部分，土釘最大拉邊界抵抗區剪應力向內，土釘抗拉強度必須足夠大。微型樁復合釘支護工作性能影響因素較多，如土釘直徑、粘聚力等。復合土釘墻錨桿支護加固邊坡土體，在地下水位較高基坑工程中應用[2]。水泥樁可以預防坑底出現隆起等現象。水泥土樁剛度較大，微型樁+土釘支護可以提高土體穩定性。

土釘墻是近年來發展的新型技術，通常邊開挖基坑邊設置土釘。土釘與土體依靠粘結力結合，約束土體變形。土釘與面板作用成為整體，土釘支護具有用料省優點，工期可縮短一半以上。土釘支護可緊貼已有建筑物施工，由于分層開挖土體，緊湊分步施工工序有效控制變形。土釘支護施工適用于狹窄施工場地，目前土釘支護發展迅速，成為基坑開挖邊坡支護結構中的理想技術。

基坑支護結構分為主被動與組合形式。新奧法施工思想利用圍巖支撐作用，發揮圍巖抗剪作用是新奧法施工理論基礎。遠古時期先人們使用開挖放坡方法，近現代對現代化生活要求提高促進基坑工程的發展，基坑機械工具不斷發展。最早應用土釘墻構成為英國泰晤士河地下隧道開挖工程，1970 年開始在北美等地應用。在這之前，我國很少有標志性高層建筑，1980 年首例土釘墻支護技術在柳灣煤礦調度房邊坡工程應用，1990 年后土釘墻技術在我國基坑工程得到廣泛應用。

2 相關研究

基坑開挖中超過臨界高度會使邊坡整體性破壞。土釘作用原理包括箍束骨架等。土釘支護可以承受更大荷載，土釘加入提高土體剛度，土釘墻主動土壓力大于背側土壓力值，土釘相互作用構成為土釘支護體系。土體位移最大部分在開挖未完成支護前發生。土釘支護抑制土體塑性變形，使其呈現漸進性破壞不會導致整體性崩塌。復合土釘墻支護能解決開挖面的自立性等問題。

隨著城市化進程加快，大型市政設施施工項目增多?；又ёo要使變形在允許控制范圍內，確保基坑周邊地下設施不受影響?；又ёo是綜合性巖土工程，需要研究土力學基本問題，要求具有結構力學、地基基礎等多種學科知識[3]。復合土釘墻支護由于操作便捷等優點在基坑支護中應用推廣?；痈浇叵鹿芫€埋設條件復雜，施工中對地下建筑物基礎產生破壞。土釘墻支護影響基坑周邊建筑物施工。土釘支護結構具有一定缺點，采用隨挖隨支法，不能用于周邊環境敏感區。目前我國深基坑工程設計缺乏完善的理論，對土釘支護設計中忽略土釘作用，多數理論分析需要用實驗研究驗證。

土釘是主動加固形式，改變基坑變形達到支護目的。土釘墻通過面層連接形成空間骨架，削弱應力集中的形成，骨架箍束作用提高土壤塑性性能。土釘分擔作用體現在土體內部應力，延緩滑裂面形成效果?；瑒悠茐狞c蔓延到土釘附近，應力按剛度重新分配。通過土釘與土作用，降低復合土應力水平。支護樁作用機理表現為承力作用、支點作用，擋土是支護樁承受地面荷載，抑制樁后土體變形。支護樁可以作為錨索著力點，利用其剛度發揮支護效果。樁-土釘墻復合結構是復合支護技術，利用土釘墻承受樁間土間土部分壓力，克服傳統土釘支護基坑位移的缺點，解決樁間土的自立難題。

土釘墻結構在工作狀態下有較大的變形，土釘墻是由鋼筋混凝土面層構成，土釘能對滑動區土體提供抗拉作用力。土釘墻與土體構成類重力擋墻結構，復合土釘墻支護問題包括設計按照極限平衡法考慮危險滑斷面，對三位基坑開挖應重點考慮各支護結構與土體相互作用關系。土釘支護在軟基應用有很多成功例子，但不宜在軟土底層采用土釘支護，主被動支護結構聯合如何耦合機理難以了解，內部穩定性分析可用性建立于經驗基礎上。參考普通土釘墻支護計算方法，折減系數通過工程經驗確定。數值模擬計算方法選取不當，通常把土釘與周邊土體作為復合加固體考慮，造成巨大資源浪費。由于其工作機理認識不充分，對支護中不確定因素把握不全面。

3 復合土釘墻支護的應用

廣州市珠海區某醫院大樓位于南洲路，大樓地上12 層，地下室尺寸為34.2m×55m，挖土局部達到9m，工程基坑東側距離14m處有已建高層住宅，西面距基坑邊線5m 處為6 層磚混結構單位宿舍。場地土層包括人工填土等，場內人工堆積，淤泥質土含中細砂。基巖為白堊系沉積巖，埋深12.4～15m，以泥質膠結為主。

3.1 結構設計

基坑工程設計應綜合考慮水文地質條件等因素，做到合理設計、嚴格控制。基坑工程支護設計要保證結構開挖起到約束變形作用，保證變形不影響下道施工，為保證地下結構順利施工，本著經濟合理的原則，應對基坑邊壁采取相應的支檔措施[4]?；硬煌课恢苓叚h境條件等不同，應結合現場設計合理選擇支護方案。基坑支護選型涉及因素較多，要保證施工安全要求，選擇支護方案要考慮各種影響因素，包括周邊環境條件、基坑安全等級等。

結合工程實際情況，考慮施工工期短，保證車輛正常通行下，實現支護結構合理要求，土釘支護結構設計方案為施作0.6m 寬水泥攪拌樁，水泥凈漿注漿，形成水密封閉。采用全長錨固壓力注漿土釘。錨長自上而下12～8m，每根土釘施加35kN 預應力，錨長自上而下8～6m。面層用φ6.5mm@150mm×150mm 單層雙向鋼筋網。

3.2 施工技術

施工流程為施工放樣→坑內降水→鉆孔→注漿→噴C20 混凝土面層→錨桿鎖定→開挖下層土。深層攪拌樁成樁每條樁下沉提升兩次，檢查樁機是否偏位。攪拌下沉要求鉆頭直徑小于520mm，原位鉆動2min，深層攪拌機下沉，漿液倒入集料斗[5]。提升攪拌機集料斗中漿液排空，將深層攪拌機下沉，補漿將深層攪拌機提升出地面。提升后清除將攪拌頭包裹黏土。

止水帷幕得到設計強度，開始土方開挖，采用挖掘機分段進行。鉆孔前根據設計要求定出孔位，對地質條件較差地段，避免用膨潤土作為鉆進護壁。按設計要求截取鋼筋，對中用定位鋼筋，檢查孔內是否有雜物，防止強行推送，鋼筋無法到達孔底進行修孔。推送后檢查注漿管是否通暢，將鋼筋網φ6.5mm@150mm沿護壁鋪放。

施工中注意基坑嚴禁超挖。發生返漿需間隔進行二次注漿；鋼筋網噴混凝土面層向上翻過邊坡頂部0.5m，周邊按井距12m布設降水井，土釘面層背部隔2m 插入長600mm 排水管，確保坡面無積水。施工現場做好嚴密監控控制，做好安全防護措施。

4 結語

建筑物關鍵部分是基礎，基坑工程安全性影響因素較多，目前基坑工程大多在城市原有建筑區域附近進行，深基坑工程涉及方面廣泛，安全質量事故經常發生，帶來經濟財產損失巨大。如何保證結構達到穩定性要求是工程建設目標，土釘墻與攪拌樁聯用，可以把攪拌樁視為板樁。在西南側建筑物，基坑四周邊坡設置移觀測點，圍護墻體測斜變形最大為14mm，地下室結構施工完成，基坑邊坡水平位移穩定。