復(fù)合土釘墻在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

0 引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑和地下空間的開發(fā)利用日益增多，深基坑支護(hù)技術(shù)成為了土木工程中不可或缺的一部分。復(fù)合土釘墻作為一種經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在深基坑支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。復(fù)合土釘墻主要由土釘、噴射混凝土面板和防水系統(tǒng)組成。其基本原理是利用土釘與土體的相互作用，通過土釘?shù)目估瓘?qiáng)度來增強(qiáng)土體的整體穩(wěn)定性。噴射混凝土面板則起到封閉土體和防止水土流失的作用，同時(shí)提供了一定的側(cè)向剛度[2]。防水系統(tǒng)則確保了基坑內(nèi)部不受地下水的影響。

1深基坑工程簡(jiǎn)介

以浙江省臺(tái)州市某實(shí)際基坑工程為背景，對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)在深基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。該工程項(xiàng)目在平面上呈現(xiàn)出“十”字的走向，基坑長(zhǎng)度約為725.3m，寬度約為13.8m。考慮到項(xiàng)目的主要功能，主體結(jié)構(gòu)將建設(shè)在城市道路下方。其中，地下街的布局設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，中間為主走道，兩側(cè)則規(guī)劃為商鋪。在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，這一地下街還能迅速轉(zhuǎn)化為人員避難所，為市民提供安全的避難場(chǎng)所[3]（見圖1）。

為確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行，對(duì)該工程的布設(shè)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃。項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)的用地面積為27，401.4m，其中，地下部分的建筑面積約為26，651.75m，深度達(dá)到7.5m。

在該基坑工程中，復(fù)合土釘墻作為一種有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于深基坑的支護(hù)工作中。復(fù)合土釘墻結(jié)合了土釘和土釘墻的優(yōu)點(diǎn)，通過土釘?shù)目估饔煤屯馏w的自穩(wěn)能力，共同抵抗基坑側(cè)壁的土壓力。根據(jù)地質(zhì)條件、基坑深度、周圍環(huán)境等因素，對(duì)復(fù)合土釘墻的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了合理地選擇和優(yōu)化，以確保其支護(hù)效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

圖1深基坑工程位置示意圖

在對(duì)該深基坑項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)勘察后，確認(rèn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)并未發(fā)現(xiàn)有斷層及斷裂帶通過，這為項(xiàng)目的順利進(jìn)行提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。場(chǎng)區(qū)下伏的基巖主要是上古生界泥盆系中統(tǒng)（D2）灰?guī)r，這種巖石具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為基坑的開挖和支護(hù)提供了良好的地質(zhì)條件。

盡管場(chǎng)區(qū)附近存在一條斷裂帶，但該斷裂的走向傾向西或北西向，傾角在43°～70°之間。這條斷裂主要切割了元古生界至石炭系的地層，斷距在200～500m之間[4]。經(jīng)過綜合評(píng)估，認(rèn)為這條壓扭性大斷裂對(duì)本項(xiàng)目的影響較小，不會(huì)對(duì)基坑的穩(wěn)定性和安全性造成明顯的影響。通過對(duì)場(chǎng)區(qū)的歷史地質(zhì)資料進(jìn)行分析，確認(rèn)自第四紀(jì)以來，該區(qū)域并未發(fā)現(xiàn)新的構(gòu)造活動(dòng)跡象。說明施工區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定性良好，為項(xiàng)目的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供了有力保障。對(duì)該基坑工程項(xiàng)目的巖土特性進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表1。

表1基坑工程項(xiàng)目所在區(qū)域巖土工程特性分析

復(fù)合土釘墻支護(hù)方案是一種柔性結(jié)構(gòu)支護(hù)方法，其特點(diǎn)是允許基坑在一定范圍內(nèi)適度變形，因此特別適合在地質(zhì)條件較好且基坑深度相對(duì)較淺的情況下應(yīng)用。在本工程的實(shí)際情況下，基坑的開挖深度恰好處于有利于土釘施工的范圍之內(nèi)，這使得復(fù)合土釘墻方案在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)性上相較于其他支護(hù)方案更具優(yōu)勢(shì)。具體而言，復(fù)合土釘墻不僅能有效滿足基坑支護(hù)的需求，還能在保證工程安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的成本控制[5]。因此，綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性和工程安全性等多方面因素，復(fù)合土釘墻支護(hù)方案成為本工程基坑支護(hù)的理想選擇。

2復(fù)合土釘墻支護(hù)方案設(shè)計(jì)

從技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)及施工的難度等方面，對(duì)該基坑的支護(hù)方案進(jìn)行了如下研究：首先，對(duì)基坑周邊采用預(yù)應(yīng)力錨索（桿）組合土釘墻進(jìn)行了研究。這一設(shè)計(jì)結(jié)合了預(yù)應(yīng)力錨索和復(fù)合土釘墻的優(yōu)點(diǎn)，既提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，又允許基坑在一定范圍內(nèi)適度變形，從而更好地適應(yīng)地質(zhì)條件的變化。其次，在具體的設(shè)計(jì)參數(shù)上，選擇 3×7?15.2 的預(yù)應(yīng)力錨索，水平間距為 1.5m ，以確保錨索的承載能力和穩(wěn)定性。對(duì)于鋼管土釘，選用了直徑為 48mm 的鋼管，水平間距為 1.2m^[6]"。坡前樁則采用直徑為 114mm （或 133mm ）的鋼管，水平間距在 0.4～1.0m 之間，以提供足夠的支撐力。

本項(xiàng)目是基于工程總體規(guī)劃、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及基坑埋深等關(guān)鍵因素綜合確定。依據(jù)工程實(shí)際情況，選取了 7.5m 深的基坑，1級(jí)地震設(shè)防，重要性系數(shù)取1.1。在考慮地表過載及基坑頂部建筑荷載影響的情況下，各層選取 15kPa 、 20kPa ，路面荷載采用 20kPa 。特別要指出的是，本次基坑工程的設(shè)計(jì)服務(wù)年限為1年以內(nèi)。

在豎向基坑段，擬采用復(fù)合土釘墻支護(hù)。為保證基坑周邊地層的穩(wěn)定與安全，需對(duì)其進(jìn)行加固。同時(shí)，針對(duì)其強(qiáng)度不高的特點(diǎn)，本項(xiàng)目擬在深基坑開挖前，通過對(duì)其進(jìn)行注漿加固，達(dá)到減小土壓力、保證基坑穩(wěn)定與安全的目的[7]。復(fù)合土釘墻支護(hù)方案結(jié)構(gòu)圖（見圖2）。

圖2復(fù)合土釘墻支護(hù)方案結(jié)構(gòu)圖

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料尺寸見表2。

表2基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料尺寸記錄表

3復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

按照上述設(shè)計(jì)的復(fù)合土釘墻支護(hù)方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及基坑開挖原則，將開挖分為9個(gè)步驟（見表3）。

表3復(fù)合土釘墻支護(hù)開挖步驟及工況

為精確評(píng)估復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同開挖工況下的受力狀態(tài)和變形情況，采用理正深基坑軟件進(jìn)行了詳細(xì)地分析計(jì)算[8]。該軟件能夠基于工程實(shí)際情況，模擬每一步開挖工況下的土壓力、位移、彎矩和剪力等關(guān)鍵參數(shù)。

在計(jì)算過程中，采用以下數(shù)學(xué)公式來描述土壓力、位移、彎矩和剪力的變化。

土壓力計(jì)算公式為：

P=K₀×γ×z

式中： P 代表土壓力， K_o"代表靜止土壓力系數(shù)，γ 代表土的容重， z 代表土層深度。

位移計(jì)算公式為：

式中： D_u"代表位移量， P 代表土壓力， h 代表支護(hù)結(jié)構(gòu)的高度， E 代表支護(hù)材料的彈性模量， I 代表支護(hù)結(jié)構(gòu)的截面慣性矩。

彎矩計(jì)算公式為：

式中： M 代表彎矩。

剪力計(jì)算公式為：

Q=P×h

式中： Q 代表剪力。

通過理正深基坑軟件的應(yīng)用，能夠全面評(píng)估復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同開挖工況下的受力狀態(tài)和變形情況，為工程設(shè)計(jì)和施工提供重要依據(jù)。這不僅有助于確保工程的安全性，還能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4穩(wěn)定性驗(yàn)證

結(jié)合上述公式計(jì)算，對(duì)提出的復(fù)合土釘墻深基坑支護(hù)方案應(yīng)用，以及基坑整體穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證。依據(jù)基坑支護(hù)的相關(guān)規(guī)范，選用了廣泛應(yīng)用的瑞典條分法來對(duì)基坑的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。在這種方法中，采用有效應(yīng)力法來描述土體的應(yīng)力狀態(tài)。為了更精確地分析，將條分法中的條寬設(shè)為0.4m。在此基礎(chǔ)上，對(duì)斷裂面進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出了斷裂面的主要參數(shù)：弧半徑為7.620m，中心坐標(biāo)值為-0.394，3.600（見圖3）。在此基礎(chǔ)上，對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，得到了邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)K，達(dá)到了2.313，大大超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)的1.0。這意味著基坑土體在當(dāng)前的支護(hù)條件下完全滿足穩(wěn)定性要求。圖3清晰展示了滑裂面的形狀、位置以及穩(wěn)定安全系數(shù)Ks的分布情況，為工程設(shè)計(jì)和施工提供了重要的參考依據(jù)。

圖3整體穩(wěn)定性驗(yàn)算示意圖

在此基礎(chǔ)上，對(duì)抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算公式為：

式中： K_s"代表抗傾覆安全系數(shù)， M_G"代表樁自身重力對(duì)樁底部產(chǎn)生的傾覆彎矩， M_a"代表主動(dòng)壓力對(duì)樁底部產(chǎn)生的傾覆彎矩， M_P"代表受動(dòng)土壓力和支點(diǎn)力對(duì)樁身底部產(chǎn)生的傾覆力矩，在錨桿、錨索中，支點(diǎn)作用力應(yīng)取其錨固力與抗拉強(qiáng)度之最小值。根據(jù)該公式計(jì)算上述9個(gè)工況下的抗傾覆安全系數(shù)，其結(jié)果見表4。

表49個(gè)步驟工況抗傾覆安全系數(shù)記錄表

從表中數(shù)據(jù)可以看出，各工況下的抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)定要求 ?1.250 的范圍。這一結(jié)果充分說明了在當(dāng)前的支護(hù)設(shè)計(jì)方案下，基坑整體具備足夠的穩(wěn)定性。

抗傾覆安全系數(shù)的計(jì)算是評(píng)估基坑穩(wěn)定性的重要手段之一。它反映了基坑在受到外力作用時(shí)，抵抗傾覆破壞的能力。當(dāng)抗傾覆安全系數(shù) ?1.250 時(shí)，意味著基坑在受到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的外力作用時(shí)，能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生傾覆破壞。

這一結(jié)論的得出，不僅依賴于準(zhǔn)確的計(jì)算方法和合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，還與施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況密切相關(guān)。在施工過程中，將繼續(xù)密切關(guān)注基坑的穩(wěn)定性狀況，采取必要的監(jiān)測(cè)措施，確保基坑的安全穩(wěn)定。

5結(jié)語

綜上所述，復(fù)合土釘墻作為一種有效的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。通過對(duì)其基本原理、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工注意事項(xiàng)的探討，可以更好地理解復(fù)合土釘墻在深基坑支護(hù)中的重要作用，為今后的工程實(shí)踐提供有益參考。隨著技術(shù)進(jìn)步和工程實(shí)踐的不斷積累，復(fù)合土釘墻將會(huì)在深基坑支護(hù)中發(fā)揮更大作用，為城市建設(shè)的快速發(fā)展提供有力支撐。

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