土釘墻支護在干渠頂板開艙破除中的設計計算研究

雷 準 李 馥 方 濤 李朝輝 曹紅軍

（中建五局第三建設有限公司，云南 大理 671000）

1 工程概況

1.1 干渠概況

于2002 年建成的雙艙過水干渠建設工程位于云南省大理市，干渠臨近西洱河——洱海的唯一自然泄水河流。工程施工全段長度為5.5km，起于登龍河，止于大理市一污廠，干渠涉及范圍甚廣。

其中，雙艙干渠上游長約4.5km，污水艙凈空尺寸為4.2×3.0m，雨水艙凈空尺寸為2.0×3.0m，中間隔墻高1.5m。

接近一污廠段穿隧道干渠約1.0km，污水艙凈空尺寸為1.3×4.0m，雨水艙凈空尺寸為3.0×4.0m，中間隔墻高3.0m。

1.2 工程概要

干渠因年久失修，經調查暴露出如下問題：一是渠內淤泥沉積，導致干渠過水斷面大幅減小[1]，左右雨水、污水艙溢流，對水質造成了極大影響[2-3]；二是干渠主體損壞、坍陷，干渠自身穩定性尚需提高；三是管道錯接，加重了雨污混流現象。

2021 年開始了干渠清淤、修復、改造工程，力在拯救下游水質，挽回洱海生態環境，為了提高施工效率，采取在干渠頂板選開艙位置同時進行垂直開孔的方式，將整個干渠分成若干段，分段施工。開艙過程中需要基坑開挖，支護將必不可少。

本文基于該干渠工程，針對開艙點上方基坑開挖，提出了開挖支護土釘墻的驗算方式，希望能為類似工程提供一定參考。

2 開艙點位介紹

干渠開艙過程前，開艙點位確定需要根據施工現場要求及對周邊環境的影響等因素綜合考慮。該工程開艙點定在大理市興盛橋東側綠化帶、美登橋下游綠化帶。

本文以美登橋下游綠化帶開艙點位為例，開艙破除部位在經過原地貌測量，標準定位，考慮放坡系數后對原有道路、綠化帶、人行道進行破除，同時進行土方開挖施工，開挖過程中嚴格監測基坑穩定性，特別是基坑頂部堆載位置，務必考慮基坑內降排水。開艙完畢后，應針對破除頂板處的洞口進行臨時加固，并采用型鋼對稱支撐。

3 支護驗算

3.1 驗算簡介

美登橋開艙分步開挖，深度分別取1.2m、2.2m、3.2m、3.5m，最大深度即3.5m。計算參考規范《復合土釘墻基坑支護技術規范（GB50739-2011）》[4]以及《建筑基坑支護技術規程（JGJ120-2012）》[5]。

巖土計算參數按照經驗[6]取值，填土重度18KN/m3，粘聚力5kpa，內摩擦角取值15°。

計算內容分別為：土釘承載力[7]設計；整體穩定性設計；土釘桿體截面積計算。

3.2 計算參數

3.2.1 計算基本信息

圖1 干渠部分橫斷面圖

規范或方法：復合土釘墻基坑支護技術規范GB50 739-2011；計算目標：設計；計算書類型：簡明；基坑等級：二級；支護結構重要性系數：1.000；基坑深度（m）：3.500；開挖步驟[每步開挖深度]（m）：1.2,1.0,1.0,0.3；設置截水帷幕：否；設置微型樁：否；坡線段數：1；超載個數：1。

3.2.2 坡線信息

水平投影長為0.617m，豎直投影長為3.500m，坡角為80.00°。

3.2.3 超載信息

具體如表1 所示。

表1 超載信息

3.2.4 土層信息

土層數為1 層，不采用加固土，坑內水位深度為20.000m，坑外水位深度20.000m。土類型為素填土，層厚20.000m，重度18.000kN/m3，飽和重度18.000kN/m3，粘聚力為5.000kPa，摩擦角為15.000°，土釘的qsk為20.000kPa，與錨固體摩擦阻力為70.000kPa。

3.2.5 土釘和錨桿信息

具體如表2 所示。

表2 土釘和錨桿信息

3.2.6 穩定計算信息

圓弧滑動計算目標：自動搜索最危險滑裂面；圓弧滑動分析方法：瑞典條分法；應力狀況：總應力法；土條寬度為0.400m；基坑下穩定計算截止深度為0.000m；基坑下穩定計算搜索步長為1.000m；搜索最不利滑裂面不考慮加筋；土條切向分力與滑動方向反向時，當下滑力對待。

4 計算結果

4.1 土釘承載力設計

具體如表3 所示。

表3 土釘承載力設計

4.2 整體穩定性設計

根據《土釘規范》第5.3.2 條、第5.3.5 條，驗算基坑整體穩定性：

式中，

Ks——整體穩定性安全系數。

Ks0、Ks1、Ks2、Ks3、Ks4——整體穩定性分項抗力系數，分別為土、土釘、預應力錨桿、截水帷幕及微型樁產生的抗滑力矩與土體下滑力矩比。

η1、η2、η3、η4——土釘、預應力錨桿、截水帷幕及微型樁組合作用折減數。

4.2.1 開挖至1.20m（工況1）

滑動圓心：（-1.113，4.582）m；滑動半徑：2.742m；土體下滑力：7.401kN/m 土體抗滑力：9.809kN/m；土釘抗滑力：0.000kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩定安全系數K1：1.325；整體穩定安全系數K2：1.325；要求安全系數Ks：1.300，滿足要求。

4.2.2 開挖至2.20m（工況2）

滑動圓心：（-2.239，7.811）m；滑動半徑：6.963m；土體下滑力：46.733kN/m；土體抗滑力：36.308kN/m；土釘抗滑力：25.843kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩定安全系數K1：1.330；整體穩定安全系數K2：1.330；要求安全系數Ks：1.300，滿足要求。

4.2.3 開挖至3.20m（工況3）

滑動圓心：（-5.474，8.488）m；滑動半徑：9.879m；土體下滑力：67.899kN/m；土體抗滑力：40.052kN/m；土釘抗滑力：49.050kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩定安全系數K1：1.312；整體穩定安全系數K2：1.312；要求安全系數Ks：1.300，滿足要求。

4.2.4 開挖至3.50m（工況4）

滑動圓心：（-6.100，8.264）m；滑動半徑：10.272m；土體下滑力：74.053kN/m；土體抗滑力：41.286kN/m；土釘抗滑力：80.765kN/m；錨桿抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型樁抗滑力：0.000kN/m；整體穩定安全系數K1：1.648；整體穩定安全系數K2：1.648 要求安全系數Ks：1.300，滿足要求。

4.3 支護建議

計算結果土釘長度分別為9m、11.5m、12.3m。土釘長度較長，雖然計算能通過，但是從巖土經驗角度，不建議取1：0.1 坡率。因為都是填土層，比較松散，建議坡率按照1：0.5，加土釘支護。實際配筋面積參與據表8 進行。

5 結語

本文基于云南省大理市某干渠工程，圍繞干渠頂板開艙時的邊坡支護展開了驗算。

主要成果如下：

1.提出了該類工程邊坡開挖的方法。

2.從理論計算的角度，通過分析承載力、穩定性、土釘截面面積，得出坡比、土釘長度方面的支護建議。保障了邊坡的安全穩定性，為近似工程的護坡開挖提供了一定的參考價值。