摘要：本文敘述了混凝土在高壓空氣作用下高速噴向受噴面，在噴層與土層面產(chǎn)生嵌固效應(yīng)。錨桿深固于土體內(nèi)部，主動支護土體，并與土體共同作用，有效保持和提高圍土強度，使土體變荷載為支護結(jié)構(gòu)。鋼筋網(wǎng)能有效地調(diào)整噴層與錨桿內(nèi)應(yīng)力分布，增強支護體的柔性和整體性，將傳統(tǒng)支護被動受力結(jié)構(gòu)體系變?yōu)橹鲃邮芰Y(jié)構(gòu)體系。該文以某辦公樓為例，對土釘墻支護技術(shù)加以介紹。
1工程概況
某辦公樓基坑開挖深度為4.10m，四周場地狹小，不能直接放坡開挖，需要進行基坑支護。經(jīng)驗算，水泥攪拌樁、松木樁不能滿足抵抗土體壓力的要求，若采用沉管灌注樁和攪拌樁相結(jié)合的方案，不但工期長，而且造價相對較高，綜合比較后決定采用土釘墻支護技術(shù)。
2工程地質(zhì)條件
根據(jù)地質(zhì)勘察報告，該場地地下水埋深1.70～1.92m，為淺表孔隙潛水，對混凝土無侵蝕性，基坑影響范圍內(nèi)的地層分布敘述如下：第1層：①號土，人工雜填土：厚度2.68～3.45m，土體灰色，含磚頭碎石，局部夾有大量塊石及粉質(zhì)粘土，土質(zhì)不均勻，具高壓縮性。第2層：③號土，淤泥質(zhì)粘土：厚度2.68～4.03m，土體灰色，很濕，軟流塑狀，具高壓縮性，基坑底落在該層土上。第3層：④號土，可塑粘土：厚度0.85～2.03m，土體灰黃褐色，稍濕，中壓縮性。
3土釘墻支護各組成部分參數(shù)的確定及設(shè)計計算
鑒于該場地施工條件及工程地質(zhì)條件，為了確保開挖后邊坡的穩(wěn)定與安全，同時降低造價，在場地允許的范圍內(nèi)，先將基坑土挖去1～1.5m深，邊壁外四周按1∶1比例放坡，以減少土體壓力。由于基坑作用在③號淤泥質(zhì)粘土層上，施工時需采取基底的抗滑措施，即在開挖前先打一排超前錨桿(Ф18@300長3000)以阻止基坑土的隆起，俗稱“爛腳”。
3.1錨桿各參數(shù)的確定、注漿的控制、支護面層的做法
3.1.1水平錨桿間距
根據(jù)目前的理論和實踐，錨桿的間距大小與土體的整體作用之間尚不能給出明確的定量關(guān)系。為了便于操作及減少土體的擾動，錨桿縱、橫間距一般取1.0～2.0m，上下錨桿交錯排列。該工程錨桿雙向間距均取1.0m。
3.1.2錨桿的長度
在支護深度范圍內(nèi)，錨桿內(nèi)力一般為中部大、上部和底部較小。中部錨桿所起的作用至關(guān)重要，頂部錨桿主要作用是限制支護的最大水平位移，底部錨桿主要用于抵抗基底滑動，防止圍護體系傾覆或失穩(wěn)。所以一般做法頂部錨桿稍長，底部錨桿稍短。
根據(jù)經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)定，在非飽和土中，錨桿有效長度L與開挖深度H之比為La/H=0.6～1.2之間。該工程上排錨桿長度取7m，下排錨桿長度取6m。
3.1.3錨桿直徑
錨桿常用材料通常為Ф18～Ф32的Ⅱ級螺紋鋼或Ф50鋼管L5×50×50角鋼也有使用。該工程根據(jù)地質(zhì)條件及錨桿的間距采用Ф18螺紋鋼。
3.1.4錨桿傾角
θ錨桿傾角一般不宜過大，常取值0～20°，以方便注漿為目的，盡量小角度置入，具體施工時傾角也不易精確控制。該工程按最不利情況考慮，取=20°。
3.1.5注漿的控制
注漿材料一般用水泥砂漿或水泥素漿，根據(jù)工程地質(zhì)情況及施工安排可適當摻加早凝劑或減水劑。該工程采用525級普通硅酸鹽純水泥漿，水灰比為1∶0.5，注漿的控制是通過注漿機壓力表的讀數(shù)值來控制的，注漿壓力一般不大于上覆土壓力的2倍，同時也不得大于8MPa。止?jié){塞安放的好壞，注漿排氣管放置的正確與否，直接影響注漿壓力值的讀取及注漿飽滿度。
3.1.6支護面層
土釘墻圍護設(shè)計中，面層的工作機理尚不明確，只能根據(jù)通常做法按構(gòu)造規(guī)定的厚度及配筋噴射混凝土，往往不做計算。該工程采用C25厚150mm內(nèi)配6@200雙向單層鋼筋。噴射混凝土配合比按GBJ86285《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》配制。
根據(jù)試驗質(zhì)量配比：水∶水泥∶砂∶石子=0.4∶1∶2∶2。實際施工時根據(jù)天氣情況、基坑地質(zhì)情況、施工單位現(xiàn)場調(diào)整配合比。
3.2設(shè)計計算
3該工程土體內(nèi)粘聚力C取23kPa，內(nèi)摩擦角Ψ取21°，土體重度γ取20kN/m，地面堆載q取18kPa
3.2.1土釘(錨桿)長度和截面的驗算
按土體側(cè)壓力全部由土釘承擔的原則，將土釘所在深度Z處的側(cè)壓力e乘以土釘縱向間距Sv和橫向間距Sh，即為土釘所受的最大拉力T。按最不利條件考慮，以第2排土釘為計算對象，取Z=3m。)土體側(cè)壓力e=(γZ+q)Ka其中：Ka=tan2(45°-Ψ/2=0.47故：T=eSvSh=38.46kN土釘?shù)脑O(shè)計長度根據(jù)滑移面由下式確定：L設(shè)=Lo+La+0.15H/cos(45°-Ψ/2-θ)其中：La=K1T/πDτ；K1為安全系數(shù)取1.5；D為土釘孔徑按100mm計τ為周圍土體的界面粘結(jié)強度查表取42kPa。經(jīng)計算L設(shè)=5.648m故此實際取第2排土釘長為6m，第1排土釘適當加長取7m。
土釘鋼筋截面的取定由下式確定：
Ag=K2T/fy式中fy為鋼筋的抗拉強度設(shè)計值310N/mm2；K2
為相應(yīng)安全系數(shù)取1.2。經(jīng)計算Ag=148.88mm2故此Φ18滿足強度要求。
3.2.2邊坡內(nèi)部整體穩(wěn)定性驗算
按圓弧滑動面條分法進行簡化計算，其總安全系數(shù)為K總。
式中，Wi、Qi為作用于土條i的土體自重和荷載(kN/m)；αi為土條i圓弧滑裂面切線與水平面之間的夾角(°)；△i為土條i的寬度m）；Ψi為土條i圓弧破壞面所處第j層的內(nèi)摩擦角(°)；Cj為土條i圓弧破壞面所處第j層的內(nèi)粘聚力(°)；TRK為破壞面上第K排錨桿的最大抗力；βK為第K排土釘軸線與該處破壞面切線之間的夾角(°)；Sh為第K排土釘?shù)臋M向間距。經(jīng)計算本工程穩(wěn)定性總安全系數(shù)K總>1.2。
3.2.3外部整體穩(wěn)定驗算
?。?）抗滑移驗算
為簡化計算土釘墻背摩擦角δ取0，墻體寬度B取5m，墻底土體粘結(jié)強度C1取42kPa，于是有土釘墻所受主動土壓力Ea=(γH2/2+qB)Ka=121.26Kh=(γHB+qB)tanΨ+BC1/Ea=2.52>1.5
?。?）抗傾覆驗算
K=(WB/2+qB2/2)/(EaH/3)=2.15>1.5
（3）基坑底穩(wěn)定驗算
Φ基坑底部已打有18@300長3000m超前錨桿，無需再驗算。
經(jīng)計算后該工程土釘墻具體參數(shù)確定如下：
?、偻玲斢骚?8螺紋鋼和Ф6圓鋼（井字銷頭）制作，傾角20°安裝
第1排：Ф18@1000長7000
第2排：Ф18@1000長6000
超前錨桿：Ф18@300長3000；
②鋼筋網(wǎng)Ф6@200雙向單層滿布；
?、蹏娚浠炷粒涸O(shè)計強度等級：C25，邊壁噴混凝土厚150mm。
4土釘墻支護技術(shù)與其它支護方案幾種方案比較
5結(jié)論
綜合土釘墻支護技術(shù)，在達到支護邊坡穩(wěn)定安全的同時，它還具有以下優(yōu)點：
?。?）相對于灌注樁圍護方案，具有投資經(jīng)濟，造價可降低20%以上。
?。?）隨基坑土方開挖，即可施工支護，不占和少占作業(yè)時間。一旦土方開挖完成，邊坡支護也基本結(jié)束。
?。?）作為一種靜態(tài)施工方法，施工噪聲和振動小，無污染，施工文明。
?。?）施工不單獨占用場地，工藝簡單，設(shè)備小，可以最大限度地利用施工場地。
?。?）相對于內(nèi)支撐加固，不占用空間，給挖土、結(jié)構(gòu)施工帶來很大方便。
（6）施工時應(yīng)做好全面監(jiān)測工作，及時把邊坡水平位移、周圍建筑物及塔吊的沉降與傾斜、土釘?shù)膽?yīng)力變化數(shù)據(jù)記錄匯總，發(fā)現(xiàn)異常情況，做好應(yīng)急與搶險工作。
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