復合土釘墻技術在基坑支護中的應用研究

董 銳，馮梟楠

(1．重慶市江北區市政設施管理所，重慶400017;2．成都市排水設施管理處城東管理所，四川成都610000)

復合土釘墻支護技術是在傳統土釘墻技術上發展而來，作為建筑基坑支護的一項新技術，它具有輕型、復合、機動靈活、針對性強、適用范圍廣、支護能力強等優點，可作超前支護，并兼備支護、截水等功能。在工程規模上，深度達16m以內的深基坑均可根據具體條件，靈活、合理使用。并且復合土釘墻支護技術可用于回填土、淤泥質土、粘性土、砂土、粉土泥(頁)巖等土層，施工時可不降水。重慶靠四川遂寧一帶多數區縣，表層粘土、砂土及泥(頁)巖分布較廣，甚至厚達15～25m，筆者統計顯示這一帶深基坑采用復合土釘墻支護技術較常規技術經濟、適用。

1 技術介紹

土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿系統是一個有機整體，這些要素的復合，使得這一技術具有多重性特點。土釘墻主要對土體起加固、封閉和局部穩定作用;止水帷幕除了止水作用，還兼作支擋結構并形成垂直開挖面;微型樁主要發揮超前支護和局部穩定作用;預應力錨桿將土、水、外荷載產生的拉力傳遞到深部穩定的土層中，以達到穩定的目的，并通過預加應力達到主動加固的效果。這套技術使得截水與支護作用相結合;淺部土體加固與深部錨拉作用相結合;挖后支擋與超前支護相結合;局部穩定與整體穩定相結合。其結構形式如圖1。

圖1 土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿

其中止水帷幕的厚度除滿足基坑防滲要求，其滲透系數宜小于1.0×10－6cm/s。并且止水帷幕應插入下臥不透水層1.5～2.0m，插入深度還應滿足下式:

式中:hw為作用水頭;b為帷幕厚度。

整體穩定性應滿足以下條件:

式中:Ks為整體穩定系數;[k］為整體穩定允許安全系數;Ks1～Ks4分別是土體、土釘、微型樁、預應力錨桿分項系數。

土釘抗拔力應滿足以下條件:

式中:KBj為第j個土釘抗拔力安全系數;[KB］為抗拔力允許安全系數;Txj為第j個土釘破裂面外土體提供的極限抗拔力，kN;eaj為主動土壓力，kPa;ξ為荷載折減系數;Sx、Sy分別為土釘水平間距、垂直間距，m;αj為土釘與水平面之間的夾角。

2 案例分析

重慶萬州區北山大道某經濟適用房工程項目，建設用地面積約5.1hm2，總建筑面積約25×104m2，地上建筑面積17.87×104m2，地下建筑面積7.13×104m2。其中包括13棟26層塔樓和3棟3層商業樓。本次基坑開挖為13棟26層塔樓部分，基坑開挖深度為13.7m。場地地質情況及各層土的土性指標如表1。

表1 場地地質情況及各層土的土性指標

續表1

根據巖土工程勘察報告，夾有2m左右的淤泥質及粉質黏土的抗剪應力53.8kPa;粉質黏土夾有細粉砂抗剪應力62kPa;夾有卵石細粉砂抗剪應力180kPa。第4層承壓水，標高－12.28～－13.53m，含水層主要為黏質粉土，作用水頭10.42m。每一土層重度約20kN/m3。經計算，并結合工程經驗，暫取土釘的水平間距和垂直間距均為1.5m，土釘直徑22mm，土釘與水平面夾角為15°，土釘錨固體直徑0.1m。本工程選用三重管高壓旋噴帷幕截水墻形式，經開挖檢驗，止水帷幕平均厚度為22cm，由式(1)計算得插入下臥層深度1.974m，取2m。

將上述相關參數輸入軟件，并建立模型，計算后統計各土釘相關數據如表2。

表2 各土釘相關數據

從上表可知各個土釘抗拔力安全系數均大于1.6，滿足式(3)條件。取墻寬6m，墻底部土內摩擦角42°。計算得抗滑力Ft=2382kN，抗傾覆力矩MW=7938kN·m，土壓力引起的水平推力為各道土釘(錨桿)拉力、微型樁及帷幕阻力之和，即∑N=831.4kN，傾覆力矩M0=5010.1kN·m。所以抗滑穩定系數:KS=Ft/∑N=2.87＞1.4，KS=Mw/MO=1.58＞1.4，設計驗算均滿足式(2)條件。此復合土釘墻剖面如圖2。

圖2 復合土釘墻剖面

本基坑支護工程從2010年4月底開始施工，至7月底支護基本完成，到2010年9月為止，根據對基坑的監測結果顯示，坡頂位移最大為24mm，最大位移與基坑深度比值不到0.18%，表明此復合土釘墻在本基坑運用非常成功。

3 結束語

土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿系統這種形式的復合土釘墻在該工程的成功應用，解決了傳統土釘墻位移過大、安全度低的問題，并有效控制變形和基坑穩定，避免基坑底的隆起和管涌，滿足周邊環境保護的要求。以回填土、淤泥質土、粘性土、砂土、粉土、泥巖等土層為主的地區，大力推廣和應用此技術，必將帶來巨大社會效益和經濟效益。

[1]孫邦賓，唐彤芝．復合土釘墻支護技術的研究現狀與思考[J］．水利與建筑工程學報，2008，6(1):67－69

[2]張曉亮，孫建，李小輝．攪拌樁復合土釘墻支護技術在基坑工程中的應用[J］．西部探礦工程，2010(3):198－200