復(fù)合土釘墻在超深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

劉家國

深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司 廣東深圳 518023

根據(jù)《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（SJ G05—2011），復(fù)合土釘墻適用于深度在15m 以內(nèi)，并對(duì)適用的地層條件進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，主要是由于基坑深度超過15m 后，坡腳應(yīng)力明顯集中、出現(xiàn)事故后修復(fù)十分困難、破壞后果嚴(yán)重。但隨著超深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的提高，一些實(shí)踐后可行的技術(shù)往往在實(shí)際工程中得到了成功的應(yīng)用，從而進(jìn)一步推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。對(duì)復(fù)合土釘墻在深度達(dá)19.0m 超深基坑支護(hù)中的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 土釘墻及復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)

土釘墻是由設(shè)置在需支護(hù)土體中的土釘和噴射砼面層組成，通過土釘、墻面與原狀土體的共同作用，形成主動(dòng)受力體系，采用分層分段開挖與支護(hù)技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)其施工速度較快、造價(jià)相對(duì)較低、可靠度較高、結(jié)構(gòu)輕、柔性大等優(yōu)點(diǎn)，在深基坑支護(hù)中廣泛得到應(yīng)用。

但土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)整體變形較大，在基坑緊臨建（構(gòu)）筑物時(shí)，可能出現(xiàn)較大的變形、下沉和開裂；尤其在松散砂土、軟土或?qū)ψ冃慰刂埔筝^高等情況下無法單獨(dú)使用，需要與其他支護(hù)或截水方法結(jié)合使用形成復(fù)合支護(hù)體系，統(tǒng)稱為復(fù)合土釘墻。復(fù)合土釘墻是近年來在土釘墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了一般土釘墻的諸多不足和使用限制，明顯增強(qiáng)基坑土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形能力，提高基坑的整體穩(wěn)定性，在越來越多的工程中得到大量的采用。復(fù)合土釘墻支護(hù)是一項(xiàng)技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性較好、施工方便的基坑支護(hù)技術(shù)，適用范圍較廣、安全可靠性較高，可以較好解決大量的工程實(shí)際問題。可根據(jù)工程需要進(jìn)行多種結(jié)合，超前支護(hù)可采用微型樁、預(yù)應(yīng)力管樁、木樁等；截水帷幕有水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等；水平受力構(gòu)件有預(yù)應(yīng)力錨索等。

因復(fù)合土釘墻支護(hù)施工便利，尤其是能夠確保基坑坡面在開挖過程中不發(fā)生局部坍塌、滑坍，具有良好的超前控制作用，同時(shí)對(duì)控制基坑的位移和沉降、提高基坑整體穩(wěn)定性和安全性方面，效果十分明顯。對(duì)周邊環(huán)境較為簡單、可利用放坡的空間較小，深度較大的基坑，采用常規(guī)土釘墻無法保證安全，采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)其造價(jià)明顯上升，復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，就凸顯其他支護(hù)類型無法比擬的優(yōu)勢(shì)，給這種支護(hù)結(jié)構(gòu)提供了廣闊的使用前景。

2 復(fù)合土釘墻常用工程構(gòu)件及其作用

（1）水平受力構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力錨桿（索），對(duì)支護(hù)體施加一定的預(yù)應(yīng)力，以有效控制和減小基坑的變形。

（2）復(fù)合土釘墻中的截水帷幕型式主要有：水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、高壓擺噴樁。截水帷幕可以減少地下水位因基坑的開挖而下降，可以加固與開挖坡面相鄰的土體，增加支護(hù)面層的剛度，解決開挖后與該層土釘支護(hù)完成期間自身的穩(wěn)定性。此外，可以固化松散砂土、軟土，使其形成一個(gè)硬殼面層，給基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工和土方開挖提供可能。

（3）豎向受力構(gòu)件的微型樁，根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定：直徑小于250mm 的樁稱作微型樁，但大量基坑工程中，一般指樁徑不大于400mm 樁。微型樁的作用是改善支護(hù)的整體穩(wěn)定性和面層剛度、減少分層開挖施工中土體的側(cè)向變形、支承噴射混凝土面層重量。微型樁可選用鋼筋籠、型鋼（一般采用工字鋼）和鋼管等，投放碎石礫料并進(jìn)行注水泥漿而形成的樁。微型樁在基坑支護(hù)中可單獨(dú)設(shè)置，也可插入截水帷幕中。

3 復(fù)合土釘墻的設(shè)計(jì)計(jì)算

基坑整體穩(wěn)定性分析驗(yàn)算中，需要考慮微型樁、截水帷幕、預(yù)應(yīng)力錨桿（錨索）等超前柔性支護(hù)構(gòu)件對(duì)基坑整體穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)，并根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)其發(fā)揮的抗剪作用以一個(gè)折減系數(shù)來綜合考慮。

穩(wěn)定性分析采用以極限平衡法為基礎(chǔ)的圓弧滑動(dòng)法，預(yù)應(yīng)力作為復(fù)合土釘墻支護(hù)的一種安全措施，其主要目的是有效控制土釘墻的水平位移和坡頂沉降。目前復(fù)合土釘墻的設(shè)計(jì)計(jì)算理論滯后于工程實(shí)踐，有待在工程現(xiàn)場(chǎng)加大原位測(cè)試和監(jiān)測(cè)的工作力度，積累寶貴的第一手資料，反饋和驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算模式和參數(shù)選取的合理性。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某深基坑支護(hù)工程，位于深圳市南山區(qū)，原始地貌為臺(tái)地，場(chǎng)地北側(cè)、東側(cè)和南側(cè)均為空地，西側(cè)距市政主干道約10m，基坑面積約5 萬m2，支護(hù)最大深度為19.0m。

4.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

（1）素填土：主要由黏性土組成,局部夾少量碎石以及碎磚塊等物。密實(shí)程度不均,結(jié)構(gòu)松散,表層多含植物。層厚3.3～6.8m。

（2）含礫黏土:普遍含石英礫15%～20%,光滑,干強(qiáng)度中等,韌性高，濕,可塑～硬塑。層厚8.5～15.5m。

（3）礫質(zhì)粉質(zhì)黏土：普遍含石英礫20%～30%，由下伏粗粒花崗巖風(fēng)化殘積而成。稍有光滑,干強(qiáng)度中等,韌性中等。濕,可塑～硬塑。層厚5.5～19.0m。

（4）地下水賦存于第四系土層中，主要靠大氣降水補(bǔ)給，混合穩(wěn)定水位埋深為4.2～6.0m。

4.3 基坑支護(hù)方案

基坑周邊環(huán)境相對(duì)較為簡單，支護(hù)最大深度為19.0m，開挖深度范圍內(nèi)無強(qiáng)透水地層，且地下水位變化不大。采用上部局部放坡+ 土釘墻、下部微型樁復(fù)合土釘墻進(jìn)行支護(hù)。該種支護(hù)型式在不具備采用坡率法的條件下，比土釘墻有以下一些優(yōu)點(diǎn)：微型樁起到一種超前支護(hù)的作用，能夠確保每層土方開挖期間坡體的穩(wěn)定，防止坡面土體局部坍塌和崩解；微型樁可提高基坑的整體穩(wěn)定性，有效控制基坑的水平位移和沉降變形,減小基坑底部的水平位移和隆起變形；預(yù)應(yīng)力錨索大大提高了基坑的整體穩(wěn)定性，減小了基坑的位移變形，還可以適當(dāng)分散個(gè)別土釘失效或抗拔力不足而產(chǎn)生的應(yīng)力集中，達(dá)到共同作用的支護(hù)效果。相比樁錨支護(hù)體系，造價(jià)大約可以節(jié)省35%。

基坑上部8.6m 按照1:0.75 放坡，設(shè)2m 寬平臺(tái)，下部垂直開挖。上部設(shè)6 排長12m、間距1.3m×1.3mΦ25鋼筋土釘，最上面一排土釘距坡頂1.6m。平臺(tái)處設(shè)Φ350@1300 微型樁，樁長12m，樁內(nèi)插18# 工字鋼，樁頂壓頂梁為450mm×300mm。基坑下部設(shè)8 排Φ25 鋼筋土釘，在第1、3、5 排土釘位置間隔布置預(yù)應(yīng)力錨索，第1～5 排土釘長15m、第6～8 排土釘長12m，土釘間距1.3m×1.3m；預(yù)應(yīng)力錨索間距為2.6m×2.6m，三排錨索長度分別為26m、26m、25m，采用3×7Φ5 鋼絞線，設(shè)計(jì)拉力350kN，鎖定拉力210kN，錨索設(shè)400mm×350mm鋼筋砼腰梁。

坡面掛Φ6.5@200×200 鋼筋網(wǎng)，噴射C20 細(xì)石砼100mm 厚，支護(hù)坡面按照3m×3m 間距設(shè)PVC 泄水管。

4.4 主要土層物理力學(xué)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

坡頂均布荷載按10kN/ m2考慮，邊坡的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.41，大于1.3，滿足要求。局部抗拉驗(yàn)算滿足相關(guān)要求。復(fù)合土釘墻外部穩(wěn)定抗滑移安全系數(shù)1.53，大于1.3；抗傾覆安全系數(shù)1.98，大于1.6，均滿足規(guī)范要求。

4.5 主要支護(hù)參數(shù)及施工工藝

（1）土釘。土釘采用φ25 鋼筋制作，成孔直徑大于100mm，傾角15°，梅花形布設(shè)。土釘注漿材料為P.O42.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比0.45～0.55，注漿體設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為M25。對(duì)于不易成孔地段，改用打入式鋼花管土釘，桿材為φ48×3.5 鋼花管。

（2）噴射砼。網(wǎng)筋采用φ6.5 鋼筋，網(wǎng)度為200×200，加強(qiáng)筋噴2φ16@1300。噴射砼原材料采用P.O42.5R 普通硅酸鹽水泥，干凈的中粗砂和粒徑小于15mm 的礫石，土釘墻面層砼強(qiáng)度等級(jí)為C20。

（3）微型樁及壓頂梁。成孔直徑350mm，間距1.3m。成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高清孔后，內(nèi)置18# 工字鋼，與工字鋼一同下放二條φ25PVC 注漿管，開口在孔底，洗孔后投入10～20mm 干凈碎石，碎石灌入量不小于計(jì)算值的95%。注漿材料為P.O42.5R 普通硅酸鹽水泥漿，注漿體強(qiáng)度等級(jí)為M25，水泥漿水灰比0.4～0.55，分兩次注漿，一次注漿為常壓注漿，返漿較濃后停注；6h 后第二次注漿壓力不小于2.2MPa。樁頂設(shè)300×450 壓頂梁，C25 混凝土。工字鋼錨入冠梁250mm。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索。預(yù)應(yīng)力錨索傾角15°，成孔直徑為150mm，成孔深度比錨索設(shè)計(jì)長度長500mm，采用錨桿鉆機(jī)全長跟管鉆進(jìn)。錨索桿體每隔1.5m 設(shè)置一個(gè)對(duì)中支架，以確保錨索處于鉆孔中心位置。注漿錨固體采用水灰比約0.45 的純水泥漿，水泥為P.O42.5R 普通硅酸鹽水泥，外加0.03%水泥用量的三乙醇胺作早強(qiáng)劑，漿體抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度為M30。預(yù)應(yīng)力錨索采用二次注漿工藝，第一次注漿壓力0.4 ～0.6MPa，二次高壓注漿壓力2.5 ～3.0MPa。錨索自由段裹塑料、套波紋塑料管并用鐵線兩端扎牢。錨索張拉在達(dá)到錨固體設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后進(jìn)行，具體張拉時(shí)間根據(jù)試塊抗壓強(qiáng)度結(jié)果確定。

（5）土方開挖。必須配合復(fù)合土釘墻的分段、分層施工，每層開挖底面位于各層土釘下500mm。

（6）基坑監(jiān)測(cè)。依據(jù)基坑場(chǎng)地及周邊環(huán)境情況，按約20m 間距設(shè)坡頂水平位移及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)精度為二等。基坑坡頂最大水平位移允許值按1.0%H 控制（其中H 為基坑開挖深度），位移警戒值按最大水平位移允許值的0.80 倍控制；沉降允許值按30mm、警戒值按24mm 控制。監(jiān)測(cè)頻率為：基坑開挖前，測(cè)得初讀數(shù)值，不少于兩次。基坑施工期間，每兩天監(jiān)測(cè)一次，基坑支護(hù)施工完成與地下室施工期間，每7～10d 監(jiān)測(cè)一次，直至土方回填至±0.00m 為止。經(jīng)第三方監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)基坑坡頂最大沉降和水平位移均在基坑西側(cè)中部，最大沉降為21mm，最大水平位移為39mm，小于設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。周邊構(gòu)筑物及道路水平位移及沉降變形均滿足要求，地面無下陷、開裂。

5 結(jié)語

在支護(hù)開挖面設(shè)置微型樁可提高土釘墻的整體穩(wěn)定性，增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索以有效控制土釘墻的位移，使復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。該工程經(jīng)過近一年的水平位移和沉降監(jiān)測(cè)，表明基坑安全穩(wěn)定，滿足相關(guān)規(guī)范和基坑使用的要求。與樁錨支護(hù)方案相比，可節(jié)約造價(jià)約35%左右。因此復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是安全、經(jīng)濟(jì)、可行的，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面都具有較大的優(yōu)勢(shì)，隨著基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工水平的不斷提高，復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)必將得到更大的發(fā)展，尤其在超深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用將會(huì)有更加廣闊的前景。