土釘支護在基坑支護中的應用研究

王 飛 常思源

0 引言

隨著我國經濟的發展,城市規模的擴大,城市基礎設施建設、地下空間開發等越來越受到重視。其中高層建筑的大量增加要求基礎地基應具有足夠的開挖深度,特別是在地質條件和土層分布比較復雜的區域,深基坑的支護已經成為工程必須解決的難題。由于深基坑支護不合理引發的事故,可以經常在各種工程中見到。在基坑工程施工中,應綜合考慮工程地質與水文地質條件、基礎類型、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環境對基坑側壁位移的要求、基坑周邊荷載、施工季節、支護結構使用期限等因素,做到因地制宜,因時制宜,合理設計、精心施工、嚴格監控。土釘支護技術作為基坑支護的一種重要手段,由于其具有施工機具靈活,工藝簡單,能夠適應比較狹小的工作場地,且投資少等特點,受到界內人士的廣泛重視,土釘支護技術也逐漸被推廣及使用。

1 土釘支護計算

對于基坑支護,規范規定應根據承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的設計要求進行計算和驗算。

1)基坑支護結構均應進行承載能力極限狀態的計算,計算內容應包括:a.根據基坑支護形式及其受力特點進行土體穩定性計算;b.基坑支護結構的受壓、受彎、受剪承載力計算;c.當有錨桿或支撐時,應對其進行承載力計算和穩定性驗算。2)對于安全等級為一級及對支護結構變形有限定的二級建筑基坑側壁,尚應對基坑周邊環境及支護結構變形進行驗算。3)地下水控制計算和驗算:a.抗滲透穩定性驗算;b.基坑底突涌穩定性驗算;c.根據支護結構設計要求進行地下水位控制計算。

一般來說針對土釘支護,需進行的計算包括土釘抗拉承載力計算和土釘墻整體穩定性計算,其中土釘抗拉承載力可以通過下式計算:

其中,Tjk為第j根土釘受拉標準荷載值;Tuj為第j根土釘受拉承載力設計值。

土釘墻應根據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定性驗算。計算方法如下:

其中,K為整體穩定系數,K≥1.3;cj為巖土粘聚力;φj為巖土的內摩擦角;Wj為分塊重量,kN/m;Lj為分塊的潛在破裂面長度;αj為破裂面與水平面的夾角,(°);βj為土釘軸線與破裂面的夾角,(°);Pj為土釘的抗拔力;n為實設土釘排數;sx為土釘水平間距,m。

2 土釘支護機理

在工作機理上,土釘墻是高強度土釘、網噴混凝土面層及原狀土三者共同受力,增強了土體破壞延性,很好地改變了邊坡突然塌方的性質,有利于安全施工。基坑邊坡置入土釘后,潛在滑動面的位置發生了變化,表現為向邊坡后移動。這是由于釘土間的相互作用使外荷載和主動滑動區土體產生的滑動力向素土邊坡最危險滑動面后土體傳遞,從而調動了滑動面后土體的粘聚力作用,使滑動面后的土體參與了阻止滑動區土體的滑動。隨著滑動力的逐漸增大,滑動面后更深層土體的粘聚力逐漸被調動起來,最先被調動起來的土體由于自身應力的增大,當達到抗剪強度時,將和滑動區土體一起滑動。所以土釘支護的邊坡失穩時,滑動面和素土邊坡最危險滑動面相比,會發生向邊坡后移動的現象。

土釘利用了土體的自承載能力,使基坑周圍土體轉化為支護結構的一部分,經濟效益可觀。土釘墻支護一般適合于地下水位以上或經過降排水措施后的素填土、普通黏性土、粘性的砂土和粉土等較為均勻土體邊坡。當場地同時存在土層和不同風化程度巖體時,應用土釘墻支護特別有利。

3 土釘支護技術在基坑支護中需要注意的問題

土釘支護技術被廣泛的應用于基坑支護中,土釘支護法以盡可能提高和最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度、變土體荷載為支護結構體系的一部分為其基本原理,土釘主動支護土體,并與土體共同作用,具有施工簡便、快速及時、機動靈活、適應性強、隨挖隨支,以及安全經濟等特點,因而在基坑中得到了廣泛的應用,取得了顯著的社會效益和經濟效益。但是在基坑支護中需要注意的問題有以下方面:

1)施工過程中必須自始至終與現場的測試監控相結合,通過變形等測量數據和施工過程,不斷發掘現場地質情況,及時指導下一步的施工。2)要充分考慮地表徑流和地下水的影響,如施工時滲水嚴重就不能噴射面層混凝土,容易引起塌坡和塌孔,當地下水的流量較大,施工時應采取專門措施降低地下水位。在今后的工程中,應加強和完善對坡面土壓力、土釘軸向的應力分布、錨固體與土體間的摩阻力的研究和測定,邊坡在開挖與支護后的變形觀測等工作,為完善設計理論提供可靠的測試數據。

在施工和管理中,首先需要制定安全生產責任制,明確項目經理為項目安全生產第一責任人,對有關的管理、執行和檢查人員都明確具體職責,做到分工明確,各負其責。其次制定基坑專項施工方案,分析確定危險部位和過程,并制定相應的應急措施,使這些危險部位和過程能得到有效控制。第三要堅持“安全第一、預防為主”的方針,加強對職工的安全教育,并體現全面、全員、全過程的原則,確保只有經過安全教育的人員才能上崗。

[1] 屠毓敏,王士宏.土釘支護結構極限支護深度的研究[J].巖土力學,2009,7(30):2087-2090.

[2] 董漢雄.土釘墻支護技術在邊坡支擋工程中的應用[J].山西建筑,2009,35(15):80-82.

[3] 楊光華.深基坑支護結構的實用計算方法及其應用[M].北京:中國地質出版社,2004.

[4] 侯學淵,劉國彬,黃院雄.城市基坑工程發展的幾點看法和施工技術[J].施工技術,2000,29(1):5-7.