基坑在土釘支護下坑底隆起分析及處理*

王成鋒 高向陽

在建筑工程施工時，很多情況下要在土體中進行基坑開挖，由于地質條件的復雜性和土體的彈塑性的存在，必然會帶來基坑的穩定問題和隆起問題。基坑坑底隆起有幾個方面原因:1)豎向自重應力減小，原來被壓縮的土體因彈性性能在基坑底面產生一定的向上隆起;2)土體松弛和蠕變，使得解除豎向約束的土體向上隆起;3)基坑開挖后所用的擋土墻墻體在背后土側壓力作用下向基坑方向位移，擠推墻腳前的土體而造成局部隆起;4)基坑外土體在水壓力作用下發生塑性變形，造成坑內土體的隆起;5)施工過程中基坑積水，造成細粒土吸水后體積增大形成隆起。

基坑隆起量的大小成為判斷基坑穩定和變形的重要依據。在基坑開挖之前如何方便、準確地預測基坑隆起量是我們關注的問題。

1 土釘支護的基坑開挖后卸載狀態

1.1 土釘復合墻失穩

一個典型的土釘墻結構剖面圖如圖1所示。最常見的破壞模式是土體沿著最危險滑動面發生滑動。但在軟土中只要土坡加固得足夠穩定，破壞不再沿著如圖1所示最危險滑動面向下滑動，而是發生基坑土體隆起破壞。

此時，土層開挖，應力釋放，基坑土體發生的是由地基豎向承載力不足所導致的剪切破壞，土坡下陷，基坑土體不斷從坡腳處隆起。由于土釘是打在基坑上部的土體中，對基坑底部土體沒有任何的約束和抗隆起作用，顯然再加密加長土釘都只能造成浪費。

1.2 土釘基坑的隆起破壞面可視為圓弧滑動面

工程實踐中常采用圓弧滑動穩定性分析法對由于地基承載力不足導致的基底隆起進行定性分析。該方法假設土體隆起破壞的滑動面呈圓弧狀，采用瑞典條分法或者Bishop法進行圓弧滑動安全系數的驗算，以確定基坑的抗隆起穩定性是否達到要求。這種將驗算地基承載力通過圓弧滑動假設轉化成驗算圓弧滑動安全系數的方法在工程實踐中得到廣泛運用，并取得較好的效果。

認為復合土釘支護基坑隆起滑動面可以用一個近似的圓弧代替，并利用瑞典條分法計算圓弧滑動的安全系數。如果在地表有大面積均布荷載Q作用，則滑動力Fi用瑞典條分法的計算式為:

其中，c，φ分別為土體的抗剪強度指標，即內聚力和內摩擦角。

1.3 回彈量的計算

1.3.1 卸荷比表示法

研究表明，當卸荷量達到一定數量時，才會有較大的回彈變形量。取pmax為最大預壓荷載或初始上覆荷載，pi為卸荷后上覆荷載，則基坑卸荷量可以表示為 pmax-pi，簡單計算時可以用挖去土的自重表示。

用卸荷比Rh表示卸荷水平:

（7）綜合防治措施不到位。大部分牧區對于傳染疾病的防治僅停留在免疫注射的領域，對于綜合防治措施的認識還不到位，牧民的基本消毒設施不完善，對于傳染疾病的認識水平和管理水平都不高，無法進行科學合理的疫情管理，除患病牦牛不能得到好的醫治外，病死牦牛的處理方式不完善，病菌就有機會進行繼續擴散。部分牧民會對牦牛進行私自出售和引進，而且忽視了對于產地的檢疫，這也在另一方面增大了疾病傳播的機會。

參照壓縮沉降有關概念，得到回彈模量:

其中，emin為最大預壓荷載或初始上覆荷載下的孔隙比;ei為對應于卸荷后上覆荷載下的孔隙比。

比照壓縮變形理論，我們可以得到回彈量的計算公式:

其中，卸荷比Rh，回彈模量 Er可根據壓縮回彈試驗得到;m為土體分層數。

1.3.2 分層總和法

采用上述兩種近似計算方法，可以簡便地估算出坑底隆起是否會造成基坑事故，從而采取有效的預防和控制措施。

2 垂直土釘抗隆起措施

我們根據以往工程豎向土釘處理基坑事故中的應用情況，研究認為采用垂直向土釘可以有效處理基坑坑底隆起的問題。

2.1 基坑上口周邊垂直土釘

在要進行處理的垂壁基坑坡段上口周邊，擊入兩排或幾排豎向土釘。如果土釘周圍土質較差，可再配合擊入方法將花管擊入地層，進行注漿。漿體在注漿壓力的作用下，順著沿花管徑向分布的注漿孔擠入土體，使密排的垂直土釘及其間的土體形成一個堅固的連續整體。垂直土釘與普通土釘結合起來便形成一種特殊的復合土釘形式(見圖2)，共同起抗滑擋墻作用，用以加固土釘周圍的滑坡體滑面及其以下的土體。

2.2 基坑坡腳垂直土釘

密布在基坑邊坡滑體上穿過滑動面嵌入坑底土層成為錨固樁(見圖3)，利用型鋼等土釘材料的較大的抗彎剪能力，對滑體產生支擋作用，增加抗滑力。布置在基坑即在基坑周邊沿開挖線設置豎向土釘。主要是通過豎向土釘的支擋、增阻、擋墻和止水作用對基坑裂縫、滲水和失穩等進行處理，以達到治理的目的。

2.3 基坑坑底垂直土釘

土釘花管注漿形成樹根狀錨固體，漿液凝固時具有粘聚性，將坑底隆起土體和不動地基土體形成一個連續狀的整體，利用土釘材料強大的抗拉能力形成增阻作用，使欲隆起土的性質得到改善，提高了回彈隆起處巖土體的豎向穩定。

以上三種情況下的垂直土釘，通過水泥漿體的充填擠密使巖土體密度加大、孔隙減少、滲透系數減小。在地下水豐富時，可以阻止地下水壓力向坑內滲入擠壓，減小土的塑性變形;在周圍土層條件為砂土層的基坑工程中，還可以減少基坑積水以及地下水向坑內滲入。

3 結語

土釘支護下的基坑，不能避免起因復雜的坑底隆起問題。借用上述簡便計算方法評估隆起程度后，可以利用垂直土釘的工作特質，把垂直土釘和普通土釘配合起來，并可聯合花管注漿措施，從不同角度改善坑底土體隆起對工程造成的危害。

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