土釘墻與高壓旋噴樁在某核電邊坡工程中的綜合應用

摘要：本文通過某核電站邊坡支護工程為例，分別介紹了土釘支護與高壓旋噴樁支護兩種支護方式的一種計算方法，通過兩種支護方式的綜合應用，取得了較好的支護效果和經濟效益，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：基坑；土釘支護；高壓旋噴樁支護；核電站

【Summary】This paper will presents a slope support engineering in a nuclear power station，and introduce a calculation method of soil nailing supporting and high-pressure rotary jet grouting pile . The integrated application of soil nailing and high-pressure rotary jet grouting pile bought preferable support effects and economy benefit.

【Keywords】excavation；soil nailing supporting；high-pressure rotary jet grouting pile；nuclear power station

1.引言

含油廢水處理間為該核電站配套子項，基底標高2.2m，基坑深度6.1m。介于核廢液儲存罐廠房與放射源庫中間，距離兩個廠房分別為9.6m和6.2m。有一條地下機械廊道與之相連。周邊有主體施工單位臨時辦公設施和衛生間、化糞池等設施，含油廢水處理間距辦公區約3.6m，距衛生間約3m，平面布置見圖1-1。經論證，為保證主體廠房施工，這些臨時設施在較長時間內都不能拆除。

根據地質報告，該區域主要為填土和粗砂，根據規范GB-50202-02要求，若采用自然放坡，則會對放射源庫、衛生間、辦公區和相關管線造成破壞，為選擇最佳的支護方式，根據現場情況，考慮周邊施工條件及對周邊環境的影響，分別從高壓旋噴樁支護和土釘支護兩種方式進行設計和對比。

2.高壓旋噴樁支護設計

2.1 A區高壓旋噴樁支護設計

施工前先對HBN平行于基坑一側進行開挖，寬度沿該側方向兩邊分別延伸3m，開挖至HBN基礎底標高7.2m，HXG廠房底標高2.2m，故該側開挖高度5.0m。擬設計旋噴樁樁長L1=11.5m，樁徑D=50cm，打3排樁，相互之間絞合15cm，則擋土墻寬b1=1.2m，固結體重度γ≈29KN/m3。高壓旋噴樁均按W/C=1拌漿。

2.1.1 土的壓力計算

= tan2（45°- /2）× ×h=94.3KN/m

= tan2（45°- /2）× × H1 =392.78KN/m

Ep1== tan2（45°+ /2）× × =1140.75KN/m

h為將附加荷載折算為填土的厚度，h= = =1.38m

=18KN/m3，填土內擦角 =30°，擋墻高度H1= L1=11.5m

2.1.2 抗傾覆性驗算

抗傾覆安全系數：

Kt= = =1.32>1.3 （2-1）

滿足，其中G1為每延米擋墻自重29×11.5×1.2=400.2KN/m

2.1.3 抗滑移驗算

安全系數Ks= =2.7>1.5 （2-2）

滿足，其中 為填土對擋土墻基底的摩擦系數，取0.45

2.1.4 抗剪強度驗算

假設h1=x時，擋土墻一側剪力最大，則可得剪力y對擋土墻x的方程 y= × ×tan2（45°- /2）×x2+q1×tan2（45°- /2）×x- × ×tan2（45°+ /2）×（x-5）2，則 =-48.06x+278.2，令 =0 x=5.8m，即當h1=5.8m時，擋土墻一側剪力達到最大。

最大剪力Q=1.2 × ×h×Ka×h1+1.4× × ×h1×Ka×h1 =186.48KN/m。

（fv+0.18 ）A=1.0×（0.11×1.5Mp+ ）×1.2=234.6KN/m>Q=186.48KN/m，滿足。 （2-3）

即A區采用高壓旋噴樁（樁長L1=11.5m，樁徑D=50cm，打3排樁，相互之間絞合15cm，滿足要求。同理可算得在B區采用樁長12.6m、樁徑50 cm的高壓旋噴樁（打2排樁，相互之間絞合15cm）；在C區采用樁長13.5m，樁徑的50cm高壓旋噴樁（打3排樁，相互之間絞合15cm），均滿足要求。

3.土釘支護設計

考慮基坑周邊有建筑物，施工人員多等因素，土釘支護邊坡開挖坡度為60°，且邊坡開口線距周邊構筑物的水平距離不小于1.5m，開挖深度H=6.1m，土釘與水平方向夾角=α15°，采用Ⅲ級Φ25鋼筋，鉆孔直徑90mm，錨固體直徑150mm。

3.1 A區計算

3.1.1 土釘布置

單寬坡面上的荷載E= ×h×Ka×H+ × ×H×Ka×H=18×1.38×0.33×6.1+ ×18×6.1×0.33×6.1=160.52 KN。

單寬坡面上所受軸向拉力設計值 = =1.3× =216.03 KN。

單寬坡面上鋼筋總面積 = = =913

其中為邊坡工程重要性系數，取1.4；0r1ξ為鋼筋抗拉工作條件系數，取0.92。

故單寬坡面上鋼筋根數n1= = =1.86，取n=2。

即單寬坡面上垂直布置兩排鋼筋、間距2.0m，水平間距1.0m。

3.1.2 土釘長度

≥ = =9.2m （3-1）

考慮鋼筋的外錨端長度30cm，則 =9.2m+0.3m=9.5m

3.1.3 穩定性驗算

假定滑裂面與水平方向的夾角?= =45°，則土釘軸向拉力與滑裂面法線的夾角β=30°，如圖。

易知，單寬坡體自重G=142.74KN，單寬坡體自重及荷載重度w1=G+q1=167.57KN。

穩定區（破裂面外）土釘軸向拉力 =3.14D Σ =3.14×0.15×50×16.5=388.58KN。其中Σ 為破裂面外土釘長度和。

故邊坡穩定系數K= =2.2>1.3，滿足。 （3-2）

即A區采用土釘支護（土釘長 =9.5m，鉆孔直徑90mm，錨固體直徑150mm，采用Ⅲ級Φ25鋼筋，土釘沿水平方向間距1.0m布置，垂直方向上：第一排土釘距坡頂2.5m，第二排土釘距第一排土釘2.0m）滿足要求。

3.2 B、C區計算：同理可計算得B、C區土釘長 = =8.8m，鉆孔直徑90m，錨固體直徑150mm，采用Ⅲ級Φ25鋼筋，土釘沿水平方向間距1.0m布置，垂直方向上：第一排土釘距坡頂2.5m，第二排土釘距第一排土釘2.0m

4.方案的對比與選擇

4.1 A區支護方案的對比與選擇

采用高壓旋噴樁支護與土釘支護在技術上皆可行，但土釘支護成本較低，因此采用土釘支護方案，即A區采用土釘支護，土釘長9.5m，鉆孔直徑90mm，錨固體直徑150mm，采用Ⅲ級Φ25鋼筋，土釘沿水平方向間距1.0m布置，垂直方向上：第一排土釘距坡頂2.5m，第二排土釘距第一排土釘2.0m。

4.2 B區支護方案的對比與選擇

采用高壓旋噴樁支護與土釘支護在技術上皆可行，但需拆除污水管線和主體施工單位的辦公設施，因此采用高壓旋噴樁支護，樁長12.6m、樁徑50 cm，打2排樁，相互之間絞合15cm。

4.3 C區支護方案的對比與選擇

采用高壓旋噴樁支護與土釘支護在技術上皆可行，但需拆除北側衛生間，因此采用高壓旋噴樁支護，樁長13.5m，樁徑的50cm，打3排樁，相互之間絞合15cm。

5.結束語

（1）在空間有限，采用自然放坡不能滿足坡率要求的情況下，采用高壓旋噴樁支護或土釘支護可有效節省空間，增大基坑施工工作面。

（2）高壓旋噴樁支護和土釘支護設計，可先根據工程經驗、現場情況和試算確定設計參數，再采用公式2-1、2-2、2-3、3-1、3-2分別進行抗傾覆、抗滑移、抗剪強度和穩定性等的驗算，計算較為簡單，實踐證明也是可行的和安全的。

（3）同一工程中，可以根據不同的現場條件采用不同的邊坡支護方式，其中高壓旋噴樁支護成本相對較高，但所需空間相對土釘方式較小，可用于比較狹窄區域的邊坡支護；當有足夠空間時，應采用土釘支護，以節約工程成本。合理地對這兩種支護方式進行綜合應用，可取的較好的經濟效果。

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作者簡介

婁宗斌（1984-），男，重慶綦江人，工程師，現主要從事核電站廠房設計管理工作。