【摘要】止水型土釘墻的復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)，被應(yīng)用在鄭州地區(qū)某深基坑工程中，較好地解決了地下水位較淺時(shí)，由于基坑降低地下水引起地面沉降、道路的開裂而造成環(huán)境破壞的問題。文章對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算、施工方法及應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析研究，對(duì)鄭州地區(qū)復(fù)合土釘支護(hù)設(shè)計(jì)和施工具有一定的參考價(jià)值。
土釘支護(hù)技術(shù)以其獨(dú)特的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，在深基坑支護(hù)工程中廣泛應(yīng)用，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益，但其對(duì)地層條件的依賴性很大。自20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)將傳統(tǒng)土釘墻與深層攪拌樁、旋噴樁、各種微型樁、鋼管土釘及預(yù)應(yīng)力錨桿等結(jié)合起來，根據(jù)具體工程條件形成多種組合彌補(bǔ)了一般土釘墻的許多缺陷和使用限制，大大擴(kuò)展了土釘技術(shù)的應(yīng)用范圍。以前被視為土釘應(yīng)用禁區(qū)的高水位軟土地層中，現(xiàn)在廣泛采用復(fù)合土釘作為基坑支護(hù)手段。文中以鄭州市緯五路某基坑工程為例，對(duì)深層攪拌樁＋土釘?shù)膹?fù)合土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了較為深入的分析。
一、工程概況
?。ㄒ唬﹫?chǎng)地環(huán)境
擬建工程位于鄭州市緯五路，包括2幢28層的住宅樓、1幢4層的辦公樓以及地下車庫(kù)，基坑深度為自然地坪向下約6.40m。
場(chǎng)地地貌單元屬黃河沖積平原，地形平坦。擬建工程基坑周邊環(huán)境比較復(fù)雜，東側(cè)距已建大廈約6.00m，南側(cè)已建辦公樓約8.50m，西側(cè)在基坑外側(cè)為2層臨建職工宿舍、北側(cè)距已建住宅樓約15.00m。
?。ǘ┑刭|(zhì)情況
根據(jù)鉆探揭露、原位測(cè)試及土工試驗(yàn)資料，按其成因類型、巖性及工程地質(zhì)特性現(xiàn)將在基坑支護(hù)和降水影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)單元層描述如下：
場(chǎng)地地層分布及其主要物理性質(zhì)指標(biāo)
擬建場(chǎng)地的穩(wěn)定水位一般位地表小2.00～2.50m左右。勘察期間在豐水期，近年最高水位可按現(xiàn)地表下1.50m考慮。場(chǎng)地內(nèi)淺部地基土的巖性多以粉土、粉質(zhì)粘土為主，屬弱透水層。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，建場(chǎng)地上部土層的綜合的滲透系數(shù)取K＝0.5m/d。
二、基坑支護(hù)方案選擇
根據(jù)調(diào)查了解和收集的區(qū)域資料，目前鄭州地區(qū)采用的支護(hù)形式主要有：懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)、重力式擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)及土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)等?；訑M采用輕型井點(diǎn)和深井相結(jié)合的聯(lián)合降水方式，可不考慮降水對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。
上述各類支護(hù)結(jié)構(gòu)均有成功的先例，若以施工難易程度及工程造價(jià)等綜合考慮，其中以重力式擋土墻和土釘支護(hù)較為經(jīng)濟(jì)合理。但是根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求重力式擋土墻的寬度不宜小于基坑深度的0.6倍，本工程擋土墻寬度需5m多，而周邊場(chǎng)地狹窄，無施工空間，故不宜采用。而土釘支護(hù)技術(shù)在本區(qū)域已比較成熟，其施工工藝簡(jiǎn)便，采用人工洛陽(yáng)鏟成孔技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，無噪音、無施工污水污染等環(huán)境危害，是比較理想的施工方案。但完全采用普通土釘支護(hù)技術(shù)不能起到擋水作用，因此，決定普通土釘＋深層攪拌樁的復(fù)合土釘形式。
三、土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)計(jì)算
?。ㄒ唬﹥?nèi)部整體穩(wěn)定性驗(yàn)算
復(fù)合型土釘墻設(shè)計(jì)中，整體穩(wěn)定性分析是一個(gè)控制性環(huán)節(jié)，其重點(diǎn)在于分步計(jì)算每一開挖階段的穩(wěn)定性。一般某一層開挖完畢而該層土釘尚未施工的情況為最不利工況。
1.普通土釘支護(hù)。土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動(dòng)面采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法按下式進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：
，
式中：KS為土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù)；ci為土體的粘聚力(kPa)；φi為土體的內(nèi)摩擦角(°)；Li為土條滑動(dòng)面弧長(zhǎng)(m)；Wi為土條重量(kN)；TNj為土釘?shù)臉O限抗拉力(kN)；S為土釘?shù)乃介g距(m)；θi為滑動(dòng)面某處切線與水平面之間的夾角(°)；αi為土釘與水平面之間的夾角(°)；ξ為折減系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.5。
2.止水型復(fù)合土釘。復(fù)合土釘墻的整體穩(wěn)定性分析也采用圓弧滑裂面計(jì)算，計(jì)算中考慮止水帷幕、微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等的作用，其計(jì)算公式為
，
式中：Kp為復(fù)合土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù)；τs為攪拌樁，微型樁的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa)；As為攪拌樁，微型樁的面積(m2)；SL為攪拌樁、微型樁的間距(m)；ζ為組合折減系數(shù)，取值0.5～1.0；其余符號(hào)同前。
對(duì)于施工階段不同開挖深度和使用階段不同位置分別計(jì)算，保證各個(gè)階段各個(gè)位置的安全系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)的要求，容許的安全系數(shù)可根據(jù)工程性質(zhì)和安全等級(jí)在1.2～1.5之間選取。
?。ǘ┩獠空w穩(wěn)定性驗(yàn)算
根據(jù)重力式擋墻的方法分別計(jì)算簡(jiǎn)化擋土墻的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻底部土的承載能力。計(jì)算時(shí)縱向取一個(gè)單元，即一個(gè)土釘?shù)乃介g距進(jìn)行計(jì)算。土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑安全系數(shù)KH＝1.62，抗傾覆安全系數(shù)KQ＝4.33，承載力安全系數(shù)KC＝1.45，支護(hù)外部穩(wěn)定性滿足要求。
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采用單排水泥土攪拌樁墻止水帷幕（500mm厚，咬合180mm，空噴1.50m，有效樁長(zhǎng)10.00m）＋土釘支護(hù)，第一排土釘豎向間距為1.40m，水平間距為1.40m，長(zhǎng)度為6.00m；第二、三、四排土釘豎向間距分別為1.40m、1.30m、1.30m，水平間距均為1.20m，長(zhǎng)度分別為7.00m、6.00m、5.00m。設(shè)計(jì)土釘直徑均為為￠100mm，采用￠18Ⅱ級(jí)鋼筋，邊坡傾角均為90度，土釘傾角均為10度。
四、支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)和信息化管理
?。ㄒ唬┲ёo(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)
1.基坑開挖前預(yù)先設(shè)置深層攪拌樁止水帷幕，樁體達(dá)到一定強(qiáng)度后開挖。
2.根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，采用合適的施工工藝流程：挖土→清坡→成孔→置入筋體→注漿→掛網(wǎng)→噴射砼面層→設(shè)置排水系統(tǒng)→下一步開挖。
3.嚴(yán)禁超挖，嚴(yán)格控制開挖步?；由疃却?，土體開挖時(shí)地面影響范圍大，坡角部位應(yīng)力集中明顯，超挖易出現(xiàn)坡角失穩(wěn)而導(dǎo)致基坑滑坡或地面沉陷。要嚴(yán)格控制開挖步，挖土緊密配合土釘施工。除第一步開挖2.0m深外，其他每步開挖深度不大于相應(yīng)土釘間距，水平段長(zhǎng)度每步不大于20m。
4.降水防滲，及時(shí)支護(hù)。在開挖支護(hù)施工中，采取輕型井點(diǎn)結(jié)合深井聯(lián)合降水，每天觀測(cè)降水深度，確保地下水位在坑底下0.5m；所有開挖工作面均在開挖當(dāng)夜當(dāng)天完成，做到開挖一片，支護(hù)一片，隨開挖隨支護(hù)。
（二）信息化管理
該基坑于2006年3～6月完成基坑開挖和支護(hù)工作。施工期間進(jìn)行了較全面的工程監(jiān)測(cè)，包括基坑周邊水平位移，坡頂和鄰近道路的沉降觀測(cè)，地下水位觀測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，至2006年6月底，基坑周邊位移多數(shù)點(diǎn)在30mm以下，少數(shù)點(diǎn)達(dá)到50～60mm；沉降值多數(shù)點(diǎn)在30mm范圍內(nèi)。坡體位移觀測(cè)西側(cè)由于下水道被堵，基坑外部土體嚴(yán)重蓄水致使基坑發(fā)生較大位移，位移值45～58mm；南側(cè)一廢棄下水管道與基坑連通，業(yè)主和地質(zhì)報(bào)告均為反映此問題，基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，由于積水水壓力增大，致使帷幕發(fā)生裂縫漏水，發(fā)生較大位移，位移值在54～63mm之間，出現(xiàn)險(xiǎn)情后及時(shí)加設(shè)斜支撐，封堵廢棄下水管道，險(xiǎn)情未繼續(xù)發(fā)展。總之，基坑穩(wěn)定情況良好。監(jiān)測(cè)也發(fā)現(xiàn)，在暴雨以及基坑外部積水時(shí)對(duì)邊坡部分測(cè)點(diǎn)位移有明顯影響。
五、結(jié)語
經(jīng)過幾年的理論研究和工程實(shí)踐，止水型復(fù)合土釘墻技術(shù)有了充分的發(fā)展，對(duì)它們的適用條件、設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造型式有了深入研究。止水型復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)在鄭東新區(qū)的成功應(yīng)用豐富了鄭州地區(qū)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的方法，為深基坑土釘支護(hù)設(shè)計(jì)與施工提供了較高的參考價(jià)值，必將產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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