摘要：近年來，隨著我國建設(shè)的發(fā)展，在建設(shè)中采用止水型的復(fù)合土釘墻技術(shù)，可解決地下水位較淺時，由于基坑降低地下水引起的地面沉降、道路開裂造成環(huán)境的破壞等問題。本文就對止水型復(fù)合土釘墻支護的結(jié)構(gòu)型式、設(shè)計計算、變形控制、施工應(yīng)用等技術(shù)進行了探討。
隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，建筑物越來越密集，基坑開挖深度不斷加大，地下水位較淺地區(qū)的基坑降水深度不斷增加，對基坑支護和降水工程的要求也更加嚴格。然而在工程實踐中，敞開式基坑降水經(jīng)常引起周圍建筑、道路沉降，造成環(huán)境破壞，引起糾紛，止水型復(fù)合土釘墻就是在這種情況下發(fā)展起來的。
1結(jié)構(gòu)型式
止水型復(fù)合土釘墻是常規(guī)土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨桿、止水帷幕三種支護體系相互結(jié)合的產(chǎn)物，常用的結(jié)構(gòu)型式有止水帷幕+常規(guī)土釘墻和止水帷幕+常規(guī)土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿。
1.1止水帷幕
一般情況下，高水位地區(qū)的基坑支護均設(shè)置止水帷幕。止水帷幕起止水和加固支護面的雙重作用。
止水帷幕一般采用相互搭接的深層攪拌樁或高壓旋噴樁，伸入基坑底部2～3m，并需要穿過強透水層，進入不透水層1～2m。
復(fù)合土釘墻中的止水帷幕，除止水功能外，還有加固地層和穩(wěn)定開挖面的作用，所以對攪拌樁或旋噴樁的強度有一定要求，其水泥摻量也比常規(guī)攪拌樁或旋噴樁高，并常選用早強型水泥品種，樁身強度一般可達到1～3MPa。
1.2土釘
在復(fù)合土釘墻中，除使用傳統(tǒng)的鉆孔注漿型土釘外，常采用新型的打入注漿型鋼管土釘，以解決在砂層或軟土中土釘成孔問題和成孔穿透止水帷幕時的漏水問題。土釘長度一般為6～12m，間距1～2m，其他構(gòu)造及連接與普通土釘墻相同[1]。
1.3預(yù)應(yīng)力錨桿
在復(fù)合土釘墻的中部設(shè)置1～3排預(yù)應(yīng)力錨桿，對土釘墻施加初始背拉力，可大大減少土釘墻的位移，提高工程的安全度，滿足不同工程的需要。預(yù)應(yīng)力錨桿可采用鋼絞線預(yù)應(yīng)力錨索和鋼筋預(yù)應(yīng)力錨桿，也可采用鋼管預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿錨頭必須與噴射混凝土面層連接可靠，可設(shè)置承壓板和噴射混凝土連梁，保證足夠的強度和剛度，將錨固力有效地傳遞到面層和土層中。復(fù)合土釘墻中預(yù)應(yīng)力錨桿與樁錨體系中的預(yù)應(yīng)力錨桿有所不同。設(shè)計荷載不宜過大。一般宜小于300kN。
2設(shè)計計算
擋土擋水復(fù)合型土釘墻支護的設(shè)計計算，包括帷幕體的設(shè)計、整體穩(wěn)定性分析及抗拔力驗算等內(nèi)容。
2.1帷幕體的設(shè)計
常見的止水帷幕類型有幕簾式和落底式兩種。幕簾式帷幕是指帷幕墻的墻底未進入相對隔水層中，即帷幕墻未完全封閉、隔斷區(qū)域內(nèi)賦水
層；落底式帷幕與之相反，即帷幕墻底巳進入相對隔水層中，完全封閉了區(qū)域內(nèi)賦水層，使外界水源無法向該區(qū)域補給。
不論止水帷幕呈“懸吊”形式未插入相對不透水層，還是能夠插入相對不透水層，止水帷幕深度t都應(yīng)按下式進行管涌驗算：
?t?(k•h′γw-γ′h′)2γ′(1)
式中：k為系數(shù)，k≥1.5～2.0；γ′為土體的浮重度；γ?w為水的重度；h′為水頭差。若t?值小于1.50m，應(yīng)取1.50m。
2.2整體穩(wěn)定性分析
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。
?、僬w穩(wěn)定性分析驗算的基本方法為簡化的圓弧滑動分析法
式中：k?g為土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù)；λ?0為基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；c?i為土體的粘聚力?(kPa)；???i為土體的內(nèi)摩擦角(°)；L?i?為土條滑動面弧長(m)；?w?i?為土條重量(kN)；?q?0為第i條土體上部超載；b?i為第i分條寬度；T?Nj?為土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力(kN)；?S?為土釘?shù)乃介g距(m)；?θ?i為滑動面某處切線與水平面之間的夾角(°)；α?i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；d?nj為第j根土釘錨固體直徑；q?sik為土釘穿越第i?層土土體與錨固體極限摩阻力標準值，應(yīng)由現(xiàn)場試驗確定如無試驗，可查《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)；?l?ni為第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長度。
?、趶?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的作用，其計算公式為：
式中：K?p為復(fù)合土釘墻整體穩(wěn)定安全系數(shù)，ι?g?為攪拌樁的抗剪強度設(shè)計值(kPa)；?A?g?為攪拌樁的面積(m2)；?S?L為?攪拌樁、微型樁的間距(m)；?S?M?為預(yù)應(yīng)力錨桿的水平間距(m)；?ζ為組合折減系數(shù)，取0.5～1.0；?為折減系數(shù)，根據(jù)預(yù)應(yīng)力水平在0.5～1.0之間選取。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應(yīng)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。
?、蹚?fù)合土釘墻中土釘(錨桿)抗拔力驗算與土釘墻相同，即
?K?Bj=T?Xj?cos?α?ie?njS?XS?Y(4)
式中：K?Bj為第j個土釘(錨桿)抗拔力安全系數(shù)，取1.5～2.0，對臨時性土釘墻工程取小值，永久性工程取大值；T?Xj為第j?個土釘(錨桿)破裂面外土體提供的有效抗拉能力標準值(KN)，?α?i為土釘(錨桿)與水平面之間的夾角；S?x，S?y為土釘(錨桿)平均水平(垂直)間距?(m)；?e?nj為主動土壓力強度?(kPa)。
2.3止水型復(fù)合土釘墻的變形計算
復(fù)合土釘墻的變形計算目前尚無解析方法，一般采取數(shù)值方法或經(jīng)驗類比法進行估算。
比較常用的數(shù)值方法為彈性模型及非線性彈性模型有限元等。較好的方法是結(jié)合現(xiàn)場實測資料，利用數(shù)值方法進行反分析，以提高數(shù)值方法預(yù)測的精度。常用的計算軟件為?FI3D?ac、Piaxis8.2等?。
經(jīng)驗類比法也是比較常用的方法，水泥土樁作為止水帷幕超前支護的土釘擋墻，墻后的地表沉陷比較小，一般為0.3%的開挖深度，且沉降槽靠近開挖面的水泥土樁沉陷非常小，通常為幾毫米，最大沉陷位置距開挖面0.5～1.0H，沉降量為30～50mm，約為0.3～0.5%H。沉降槽寬度，即沉陷影響范圍為1.0～2.0H。
墻體位移和地表沉降都是隨開挖逐步發(fā)展的。量測表明：每開挖一層(約1.0m深)，會引起1～8mm的沉陷和位移，沉陷、位移的大小取決于開挖深度、土層及施工工藝等因素[4]。
3變形控制技術(shù)
深基坑工程設(shè)計不僅要保證支護體系的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制的要求。復(fù)合土釘墻的變形控制技術(shù)是融設(shè)計與施工于一體的綜合性措施，既包括設(shè)計措施，又包括配套的施工工藝。
3.1設(shè)計措施
(1)帷幕體系起著超前“襯砌”屏障的作用，可以適當增加帷幕體的剛度和強度，減少開挖應(yīng)力釋放引起的位移。
(2)用自鉆式錨桿取代土釘，由于自鉆式錨桿將鉆孔、壓力注漿及預(yù)應(yīng)力錨桿張拉三者結(jié)合，不會引起水土流失，且能很方便地施加預(yù)應(yīng)力，以限制沉降和位移。
(3)預(yù)應(yīng)力錨桿一般用于對基坑變形需嚴格控制的場合，立面上宜布置在邊坡中上部，平面上錨桿布置以“長而疏”為原則。
(4)按注漿加固地基的要求足量注漿，改善邊坡土體的力學(xué)特性。
3.2基坑支護時空效應(yīng)和信息化施工
考慮基坑開挖的空間效應(yīng)以及飽和軟弱地層變形的時間因素，應(yīng)嚴格制訂分層、分塊、對稱、限時開挖和及時支護的科學(xué)施工程序，盡可能減少基坑暴露時間，要求土方開挖和基坑支護緊密協(xié)調(diào)，杜絕超挖現(xiàn)象。
根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控反饋信息，合理確定施工進度，調(diào)整工序等。在施工中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測情況，及時調(diào)整修改原設(shè)計及施工進度。對于開挖面，需嚴格分層分段開挖，隨挖隨支；同一層開挖面的支護施工，可劃分為間隔斷開的施工段，每兩個施工段之間預(yù)留平衡土體。結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控措施，建立嚴格科學(xué)的施工程序，可較好地控制地層位移。
4工程實例
4.1工程概況
擬福建省漳州市漳浦縣富麗山莊19號樓建筑工程為例，該樓地下一層，地上24層，基坑深度為自然地坪向下3.9m～5.2m。
4.2周圍環(huán)境及地質(zhì)條件
場地地貌單元屬沖洪積Ⅱ級階地，地勢略有起伏。擬建工程基坑周邊環(huán)境如下：東側(cè)距已建住宅最近距離6.15m，且6.15m范圍內(nèi)有已建工程獨立基礎(chǔ)、埋地雨污水管及高壓線等，其下部還有地下暗河，寬約5m，深約5.2m；南側(cè)、西側(cè)為沿街市政路；北側(cè)距已建住宅樓約11.4m。地質(zhì)環(huán)境總體較好，僅東側(cè)局部比較復(fù)雜。
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，將東側(cè)局部基坑支護和降水影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)單元層描述。
層號名稱厚度(m)天然重度?γ?(kN/m3)粘聚力?C?(kPa)粘聚力?φ(°)?
?、倩靥钔?.4018.01510.0
②粘土8.1019.31333.5
?、鄣[砂1.1022.015
④…………………………
擬建場地的穩(wěn)定水位距地表下2.5m～3.7m，近年最高水位可按現(xiàn)地表下2.50m考慮。場地內(nèi)淺部地基土的巖性多以五年以上的回填土、粘土為主，屬弱透水層。根據(jù)巖土工程勘察報告，場地上部土層的綜合滲透系數(shù)K取3.25m/d。
4.3東側(cè)有暗河處支護方案
考慮到靠已建住宅一側(cè)地下有暗埋高壓管線，雨污水管線，且有暗河通過，是該項目最復(fù)雜區(qū)域，故設(shè)計采用單排旋噴樁墻止水帷幕+注漿錨管的復(fù)合支護方案。旋噴樁樁徑500mm，樁與樁間相互搭接不小于100mm，有效樁長6.00m；第一排注漿錨管豎向間距為1.50m，水平間距為1.00m，長度為4.00m，傾角20°；第二、三排注漿錨管豎向間距分別為1.30m、1.20m，水平間距均為1.50m，長度分別為4.00m、6.00m，傾角分別為20°和15°；錨管直徑均為φ48，邊坡傾角均為80°。(見圖3)。
4.4施工與監(jiān)測情況
該基坑于2008年9～10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和地下水位觀測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，至2008年11月底，基坑周邊位移多數(shù)點在30mm以下，少數(shù)點達到40～50mm；沉降值多數(shù)點在30mm范圍內(nèi)。由于下水道即暗河被堵，經(jīng)東觀測側(cè)坡體位移情況，基坑外部土體嚴重蓄水致使基坑發(fā)生較大位移，位移值40～50mm；同時監(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。本工程由于采用了止水型復(fù)合土釘墻支護技術(shù)，達到了即滿足基坑支護的目的，又滿足止水要求，同時，施工快捷，經(jīng)濟效益明顯。
5結(jié)論
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)造型式也進行了深入研究。大量工程應(yīng)用表明，在地質(zhì)條件較復(fù)雜的地方，止水型復(fù)合土釘墻具有傳統(tǒng)土釘墻無法比擬的優(yōu)點。止水型復(fù)合土釘墻擴展了土釘墻技術(shù)的應(yīng)用范圍，已成為基坑開挖支護中很有競爭力的技術(shù)手段。
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