【摘要】止水型土釘墻的復(fù)合土釘支護技術(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，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。文章對此項技術(shù)的設(shè)計計算、施工方法及應(yīng)用價值進行了分析研究，對鄭州地區(qū)復(fù)合土釘支護設(shè)計和施工具有一定的參考價值。
土釘支護技術(shù)以其獨特的技術(shù)經(jīng)濟性能，在深基坑支護工程中廣泛應(yīng)用，取得了良好經(jīng)濟效益，但其對地層條件的依賴性很大。自20世紀90年代發(fā)展起來的復(fù)合土釘支護技術(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了一般土釘墻的許多缺陷和使用限制，大大擴展了土釘技術(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手段。文中以鄭州市緯五路某基坑工程為例，對深層攪拌樁＋土釘?shù)膹?fù)合土釘支護的設(shè)計計算方法進行了較為深入的分析。
一、工程概況
?。ㄒ唬﹫龅丨h(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，基坑深度為自然地坪向下約6.40m。
場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、原位測試及土工試驗資料，按其成因類型、巖性及工程地質(zhì)特性現(xiàn)將在基坑支護和降水影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)單元層描述如下：
場地地層分布及其主要物理性質(zhì)指標
擬建場地的穩(wěn)定水位一般位地表小2.00～2.50m左右?？辈炱陂g在豐水期，近年最高水位可按現(xiàn)地表下1.50m考慮。場地內(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)巖土工程勘察報告，建場地上部土層的綜合的滲透系數(shù)取K＝0.5m/d。
二、基坑支護方案選擇
根據(jù)調(diào)查了解和收集的區(qū)域資料，目前鄭州地區(qū)采用的支護形式主要有：懸臂樁支護結(jié)構(gòu)、樁錨支護結(jié)構(gòu)、重力式擋土墻支護結(jié)構(gòu)及土釘支護結(jié)構(gòu)等?；訑M采用輕型井點和深井相結(jié)合的聯(lián)合降水方式，可不考慮降水對支護結(jié)構(gòu)的影響。
上述各類支護結(jié)構(gòu)均有成功的先例，若以施工難易程度及工程造價等綜合考慮，其中以重力式擋土墻和土釘支護較為經(jīng)濟合理。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，而周邊場地狹窄，無施工空間，故不宜采用。而土釘支護技術(shù)在本區(qū)域已比較成熟，其施工工藝簡便，采用人工洛陽鏟成孔技術(shù)工藝簡單，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、土釘支護結(jié)構(gòu)方案設(shè)計計算
?。ㄒ唬﹥?nèi)部整體穩(wěn)定性驗算
復(fù)合型土釘墻設(shè)計中，整體穩(wěn)定性分析是一個控制性環(huán)節(jié)，其重點在于分步計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。土釘支護結(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面采用圓弧滑動簡單條分法按下式進行整體穩(wěn)定性驗算：
，
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為土條滑動面弧長(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算，計算中考慮止水帷幕、微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等的作用，其計算公式為
，
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，微型樁的抗剪強度設(shè)計值(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；其余符號同前。
對于施工階段不同開挖深度和使用階段不同位置分別計算，保證各個階段各個位置的安全系數(shù)均滿足設(shè)計的要求，容許的安全系數(shù)可根據(jù)工程性質(zhì)和安全等級在1.2～1.5之間選取。
?。ǘ┩獠空w穩(wěn)定性驗算
根據(jù)重力式擋墻的方法分別計算簡化擋土墻的抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和墻底部土的承載能力。計算時縱向取一個單元，即一個土釘?shù)乃介g距進行計算。土釘支護結(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10.00m）＋土釘支護，第一排土釘豎向間距為1.40m，水平間距為1.40m，長度為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，長度分別為7.00m、6.00m、5.00m。設(shè)計土釘直徑均為為￠100mm，采用￠18Ⅱ級鋼筋，邊坡傾角均為90度，土釘傾角均為10度。
四、支護施工技術(shù)要點和信息化管理
?。ㄒ唬┲ёo施工技術(shù)要點
1.基坑開挖前預(yù)先設(shè)置深層攪拌樁止水帷幕，樁體達到一定強度后開挖。
2.根據(jù)場地的工程地質(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.嚴禁超挖，嚴格控制開挖步?；由疃却?，土體開挖時地面影響范圍大，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，水平段長度每步不大于20m。
4.降水防滲，及時支護。在開挖支護施工中，采取輕型井點結(jié)合深井聯(lián)合降水，每天觀測降水深度，確保地下水位在坑底下0.5m；所有開挖工作面均在開挖當夜當天完成，做到開挖一片，支護一片，隨開挖隨支護。
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該基坑于2006年3～6月完成基坑開挖和支護工作。施工期間進行了較全面的工程監(jiān)測，包括基坑周邊水平位移，坡頂和鄰近道路的沉降觀測，地下水位觀測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，至2006年6月底，基坑周邊位移多數(shù)點在30mm以下，少數(shù)點達到50～60mm；沉降值多數(shù)點在30mm范圍內(nèi)。坡體位移觀測西側(cè)由于下水道被堵，基坑外部土體嚴重蓄水致使基坑發(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)報告均為反映此問題，基坑開挖到設(shè)計標高時，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)險情后及時加設(shè)斜支撐，封堵廢棄下水管道，險情未繼續(xù)發(fā)展?？傊?，基坑穩(wěn)定情況良好。監(jiān)測也發(fā)現(xiàn)，在暴雨以及基坑外部積水時對邊坡部分測點位移有明顯影響。
五、結(jié)語
經(jīng)過幾年的理論研究和工程實踐，止水型復(fù)合土釘墻技術(shù)有了充分的發(fā)展，對它們的適用條件、設(shè)計計算方法和構(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)深基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的方法，為深基坑土釘支護設(shè)計與施工提供了較高的參考價值，必將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益。
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