復合土釘墻在杭州軟土地區深基坑圍護中的應用

葉逢春 邢玉芳 封 棋

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

0 引言

復合土釘墻是近年來在土釘墻基礎上發展起來的新型支護結構。該工法將土釘墻與水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、鉆孔灌注樁、各類微型樁、預應力錨桿等結合起來，根據具體的工程條件、周邊環境及地質情況進行組合，形成復合基坑支護的一種技術。復合土釘墻彌補了一般土釘墻的變形位移大、占地面積大等眾多缺陷和使用限制，極大地擴展了土釘墻技術的應用范圍。

復合土釘墻技術具有安全可靠、造價低、工期短、使用范圍廣等特點，獲得了越來越廣泛的工程應用。

1 工程概況

擬建工程位于杭州市余杭區，場地現狀為空地，四周為已建道路。地下室外墻距離道路紅線最小為7.0 m。道路下均埋有一些市政管線，周邊環境復雜。基坑平面尺寸為214 m×213 m，基坑開挖深度為5.80 m。

擬建場區上部為新近淤、堆積的填土和海相沉積的淤泥質軟土層，中部為陸相沉積的粘土層，底部為風化基巖。

基坑開挖深度及圍護樁長涉及深度范圍內的土層分布自上而下為:

①-1層雜填土:灰、灰黃色，以粘性土為主，混碎石、磚塊等建筑垃圾及生活垃圾，成分復雜，結構松散。層厚0.60 m～5.30 m。

③-2層淤泥質粘土:灰色，流塑，含腐殖質及少量有機質，局部為淤泥或淤泥質粉質粘土，搖振反應無，干強度低，韌性低，切面光滑，靈敏度高，高壓縮性。層厚0.30 m～7.20 m。

④層粉質粘土:灰黃、褐黃色，局部層頂位置呈灰綠色，可塑～硬可塑，含鐵錳質，搖振反應無，干強度高，韌性中等，切面稍有光澤，中等壓縮性。層厚4.10 m～12.20 m。

各土層物理力學指標見表1。

表1 各土層物理力學指標表

2 支護方案

2.1 工程特點

綜合分析本工程的基坑形狀、面積、開挖深度、地質條件及周圍環境，基坑圍護設計具有以下幾個特點:

1)本基坑工程平面尺寸大，采用鋼筋混凝土內支撐，工程造價高，施工速度慢;

2)本基坑周邊環境復雜，道路紅線與地下室外墻距離小，道路管線多，基坑變形要求高，不具備放坡或土釘墻支護條件;

3)基坑開挖范圍內淤泥質粘土較厚，對邊坡整體穩定不利;

4)本基坑開挖深度較大。

2.2 支護方案

根據對本工程的特點分析，通過對幾種支護方案的比選，最終確定采用復合土釘墻方案，即雙排深層攪拌樁+土釘墻+鉆孔灌注樁。支護參數如下:

1)深層水泥攪拌樁φ600@400，樁長9.70 m(按進入④粉質粘土層1.0 m控制);

2)土釘設置4排，長度11 m～13 m，采用打入式高壓注漿鋼管土釘(φ48 ×3.0);

3)水泥攪拌樁內插鉆孔灌注樁，灌注樁直徑600，間距為2.0 m，樁長為11.0 m。

具體支護典型剖面如圖1所示。現場施工情況如圖2所示。

圖1 復合土釘墻支護方案

圖2 現場施工情況

3 有限元分析

3.1 模型建立

采用Plaxis有限元軟件進行二維數值模擬，根據工程實踐經驗，采用理想彈塑性Mohr-Coulomb模型，該模型屈服函數表達為:

其中，σ1，σ3分別為最大主應力和最小主應力;c，φ分別為內聚力和內摩擦角。當fs＞0時，材料將發生剪切破壞。

3.2 邊界條件

二維分析時模型尺寸取30 m(X方向)×20 m(Y方向)，模型底部的約束條件為水平、豎直方向都固定;模型四周約束條件為水平方向固定，豎直方向自由。模型如圖3所示。基坑開挖至坑底網格變形圖見圖4。

圖3 模型示意圖

圖4 基坑開挖至坑底網格變形圖

3.3 模擬結果

通過Plaxis有限元軟件進行二維分析，復合土釘墻的水平位移主要發生在基坑坑底附近，最大水平位移為28 mm，與普通復合土釘墻(不插灌注樁)相比，其水平位移最大點下移，且位移可控，這主要是由于鉆孔灌注樁與水泥攪拌樁共同作用，抗彎剛度增加，從而改變了基坑邊壁水平位移的分布形式。基坑水平位移如圖5，圖6所示。

圖5 模型水平位移圖

圖6 A—A剖面水平位移圖

地面沉降沿坑邊向外呈曲線分布。隨著開挖深度的增加，地面的沉降值和分布范圍逐漸增大，沉降曲線呈凹形，形成沉降槽。最大沉降點位于水泥土攪拌樁后一定距離處，其后沉降量隨距坑邊距離增大而逐漸減小。

基坑豎直位移如圖7，圖8所示。

4 基坑變形監測

本基坑于2012年5月～9月完成支護及開挖工作。在施工期間對坡體位移(用測斜管測斜)及基坑周邊地面位移(水平位移及沉降)進行了較全面的工程監測。根據監測結果，至2012年9月底(基坑開挖至坑底)，本剖面周邊地面沉降為26 mm，水平位移為24 mm。測斜管監測的深層土體位移最大為28 m，位于基坑坑底附近，監測數據與數值模擬結果較為一致。基坑穩定情況良好，且在設計控制范圍之內。

圖7 模型豎直位移圖

圖8 B—B剖面豎直位移圖

5 結語

通過Plaxis有限元軟件對復合土釘支護結構進行二維數值分析，同時結合基坑變形監測成果，得到以下初步結論:

1)復合土釘墻(雙排深層攪拌樁+土釘墻+鉆孔灌注樁)支護方案應用在杭州軟土地區經濟可行，變形可控，能較好解決軟土地區基坑支護難題。

2)采用有限元法計算復合土釘墻位移是合理的，同時也能滿足工程設計的要求。

3)在基坑較深(坑深大于6.0 m)，軟土較厚時，采用復合土釘墻內插鉆孔灌注樁，可有效解決基坑整體穩定問題并減小土體位移。

4)對于復合土釘墻內插灌注樁支護結構，通過有限元法的計算結果證明水泥攪拌樁對側向土壓力起分擔作用，且最大位移一般在基坑坑底附近，與基坑變形監測資料相符。

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