軟土地基深基坑支護中土釘支護技術應用

張立中 于付強

（遼寧中廈建設工程有限公司,遼寧 鞍山 114031）

土釘支護技術是一種新型擋土技術，其應用實質是將土釘安裝在基坑周圍土體上，通過多個土釘起到群體作用，實現對其支護。當前這一技術在基坑支護中的應用十分廣泛，但針對軟土地基深基坑類型中這一技術的應用相關研究較少，基于此，本文開展基于土釘支護技術的軟土地基深基坑支護設計研究。

1 軟土地基深基坑支護設計

1.1 土釘支護結構參數選擇

本文在對軟土地基深基坑支護時，引入土釘支護技術，對其支護結構的相關參數進行設定。參數指標主要包含土釘本身制作材料、長度、土釘傾斜角度等。將安裝土釘的整個土體看作一個完整的重力式擋土墻結構，因此單獨一個土釘的長度與整個支護結構之間存在一定關系，并且在實際施工過程中，土釘的長度設定應當能夠在應用中滿足完整穿過基坑周圍土體失穩臨界面[1]。綜合上述需求分析結果，對土釘長度比、土釘粘結比、土釘強度比等參數進行選擇。長度比參數計算公式為：

公式（1）中，L 表示土釘長度比參數；I 表示土釘長度；H 表示軟土地基深基坑支護高度。粘結比參數計算公式為：

公式（2）中，T 表示土釘粘結比參數；D 表示鉆孔孔徑；A 表示每一個土釘所承擔的土體垂直地面方向上的面積。強度比參數計算公式為：

公式（3）中，P 表示土釘強度比參數；d 表示土釘鋼筋結構橫截面直徑。根據上述公式，完成對三個土釘結構參數的計算，并結合軟土地基深基坑支護需要，得出如表1 所示的土釘支護結構參數指標標準對照表。

表1 土釘支護結構參數指標標準對照表

完成對土釘長度比、土釘粘結比、土釘強度比，三種結構參數的選擇后，還需要根據土釘在實際支護結構當中的受力情況對土釘傾斜角度進行選擇。圖1 為土釘不同傾斜角度對應受力情況。

圖1 中當土釘受到拉力和剪力作用時，說明土釘引入起到了對支護的穩定性作用；當土釘受到壓力作用則說明對土釘墻整體穩定性起到了副作用[2]。因此，在對土釘支護結構進行設計時，應當盡可能避免出現土釘受應力狀態的問題發生，以此為依據對土釘的傾斜角度進行調整。對于軟土地基深基坑進行直立支護時，土釘的傾斜角度應當在0°～30°范圍以內，其具體數值應當結合注漿鉆孔和土體分層情況等多種因素進行綜合考量。通過對軟土類地基深基坑進行探究得出，當土釘的傾斜角度不斷增加，支護結構在水平方向上的位移以及與地表之間的夾角會不斷增加，而當土釘的傾斜角度超過25°時，這種增加的趨勢會逐漸加劇。因此，綜合上述分析，在對軟土地基深基坑支護時，應當將土釘的傾斜角度控制在不超過15°為最佳土釘傾斜角度參數。

圖1 土釘不同傾斜角度對應受力情況

1.2 基于土釘支護技術的支護結構設計

在對軟土地基深基坑支護結構進行設計時，本文結合土釘支護技術，在對其基坑支護結構進行初步設計時，根據周圍環境和施工場地的條件，采用放坡開挖和土釘支護相結合的方式完成。根據基坑不同區域的荷載以及開挖后的深度條件，將支護結構劃分為三個不同的區域，分別為鄰近道路區域、中間區域以及開挖區域[3]。同時，在實際應用中，需要結合施工區域的工程地質報告，對地基不同土層結構的厚度進行設定，為方便論述，本文以具體某一工程施工項目為例，針對其土層結構厚度進行設定，如圖2 所示。

圖2 土層結構厚度

在對其基坑支護結構進行設計時，將該支護土層的厚度設置為4.2m，其余土層的厚度及分布情況如圖2 所示。對于圖2中深基坑各個土層結構物理力學特征如表2 所示。

表2 深基坑土層結構物理力學特征表

為確保參數設定滿足施工區域普遍土體的特性，在對其物理力學性能指標進行取值時，選取地質報告當中的標準值或平均值。在對土釘墻支護結構進行設計時，應當首先確定土釘錨結構固體與軟土地基之間的極限摩擦力，并結合工程地質報告中的相關參數取上述三層土層結構的平均極限摩阻力數值。除上述操作以外，在實際施工中，為了進一步確保軟圖地基深基坑支護施工的安全，實現信息化施工，還應當在施工中及時反饋，對土釘支護結構的水平方向位移、地下水位、土釘鋼筋應力等參數變化進行實時監測，確保在出現參數異常變化時，能夠在第一時間查明原因，并給出相應的解決措施，從而在保證安全施工的前提條件下，實現施工質量的提升。

2 對比實驗

本文選擇以某四期建設工程為例，將其作為本文實驗的實驗環境，分別利用本文提出的基于土釘支護技術的軟土地基深基坑支護方法和傳統支護方法對該工程項目當中的軟土地基深基坑進行支護。該工程項目地質結構較為復雜，周圍河渠交錯綜合。建筑工程覆蓋范圍地勢平坦，表面土質為粘性土和碎石混合，現場施工地面標高在1.95m～4.25m 不等，平均地面標高為2.54m，在該區域當中高程為+3.8m。在該建設工程范圍內，需要搭建一個高度為18.23m，總體面積為19.25m×45.24m 建筑。為了避免在施工過程中大開挖作業對其基礎建筑設施及周圍道路造成影響，需要在開挖的同時對其基坑結構進行支護。為確保兩種不同支護技術在應用后，得出的實驗結果具有可對比性，除了本文上述設計內容不同外，其余支護條件均設置相同，其中預應力管樁施工均采用12.5m 長PHC 預應力管樁。本文選擇將兩種支護方法在完成支護作業后五個月時間中基坑邊坡的水平位移作為評價指標，水平位移越大，則說明該支護方法支護效果越差，支護質量越高；反之水平位移越小，則說明該支護方法支護效果越好，支護質量越高。根據上述論述完成實驗內容，并將結果記錄如表3 所示。

表3 兩種支護方法實驗結果對比表

從表3 中的數據可以看出，兩種支護方法在實際應用中，邊坡都出現了不同程度的位移，但明顯本文支護方法下基坑邊坡水平位移更小，在五個月時間內僅出現了1.23mm 的位移，在建筑施工標準當中未超過5.0mm 位移都不會對后續施工建設造成影響。但傳統方法下從8 月開始邊坡的水平位移已經不滿足施工要求，對于后續施工質量及安全會造成嚴重的影響。因此，通過對比實驗證明，本文提出的基于土釘支護技術的軟土地基深基坑支護方法在實際應用中能夠進一步提高基坑邊坡的穩定性，實現更加理想的支護效果。

結束語

本文通過引入土釘支護技術，提出一種全新的軟土地基深基坑支護方法，并通過實驗論證的方式證明了該方法的實際應用優勢。在研究過程中發現，土釘支護技術具備其它支護技術不具備的優越性，是一種利用土體自身承載能力的支護結構，將其應用于各類建筑施工的基坑支護當中具有良好的前景。在實際應用中，應當從土釘共同作用的角度出發對實際支護施工進行設計，以此避免出現將土釘支護技術與其它相類似支護技術混淆的現象出現。在后續的研究當中，本文還將針對更多土釘物理力學特征參數進行分析，找出影響土釘支護技術應用效果的參數，并對其加以合理設定，提高本文支護方法的適用性。