軟土夾層中土釘墻實例及設計施工探討

程 劍

(北京市勘察設計研究院有限公司，北京 100038)

軟土夾層中土釘墻實例及設計施工探討

程 劍

(北京市勘察設計研究院有限公司，北京 100038)

通過對北京某軟土夾層區域土釘墻支護施工技術以及支護效果的介紹，著重研究了該工程施工中土釘墻支護體系出現的突發情況以及相關解決方法，根據對比分析擬建場區的地層物理力學性質參數以及采用相關專業軟件對不同部位的土釘墻支護體系重新進行理論計算分析，推測土釘墻支護體系突變的原因，并針對土釘墻支護體系突變根源對軟土夾層區域中土釘墻支護體系的設計及施工提出相關建議，以確保軟土夾層中土釘墻施工安全性。

軟土夾層，土釘墻，整體穩定，施工措施

0 引言

土釘墻支護結構具有施工方便、經濟效益顯著等優點，在北京地區基坑工程中已廣泛應用。根據北京市地方標準[1]：土釘墻支護適用的基坑側壁安全等級為三級，單一土釘墻支護深度不得超過10 m，當地下水位高于基坑底面時，應采取降水或截水措施。同時根據土釘墻的施工工藝要求對土釘墻的水文地質條件的適用性進行了規定。

土釘墻的作用機制是采用土釘形成復合土體，在土體中通過土釘錨固體與土的摩阻力約束土體變形，穩定土體。軟土夾層中土釘錨固體與土的摩阻力、土釘墻受力等與硬土有明顯差異，而工程設計往往按一般硬土地基進行設計，故在軟土夾層地區土釘墻支護結構發生較大位移較為常見。

1 工程概況及地質條件

本工程位于北京市海淀區上莊鎮，包括16棟住宅樓及地下車庫，根據設計單位提供的數據：本工程基坑深度主要為9.89 m，占地約6.9萬m2。

依據巖土工程勘察報告，擬建場區主要地層情況如表1所示。

表1 土層基本參數

擬建場區水位地質條件如表2所示。

表2 場區地下水情況

基坑深度范圍內，共揭露3層地下水，為潛水、層間水(一)和層間水(二)。

2 基坑支護設計及施工情況

2.1 基坑支護體系設計

表3 復合土釘墻設計參數

考慮到本工程所處場地較為空曠，根據基坑形狀、面積、開挖深度、地質條件及周邊環境等情況，確定基坑側壁安全等級為二級，主要采用復合土釘墻支護體系。基坑支護平面圖見圖1，復合土釘墻設計參數見表3。復合土釘墻支護剖面圖見圖2。

2.2 基坑支護體系施工情況

基坑工程施工過程簡述：本工程從2014年6月初施工，受施工期間雨季影響，為避免雨水對坡面的沖蝕，土釘墻施工流程調整為：

土方開挖→面層噴錨→土釘施工。2014年8月初基坑支護體系施工完畢，共歷時約2個月。

工程施工期間現場布置約70余組水平及豎向變形觀測點，除圖3所示區域外，其余部位監測點位移均滿足設計及規范要求，最大位移不超出30 mm。從施工整體看，基坑位移控制較好，對周邊環境影響也比較有限。

基坑監測異常情況說明：(一)～(三)：基坑土方開挖至槽底以上30 cm處，第六步土釘墻面層噴錨當天施工完畢，土釘尚未進行施工，在沒有任何明顯征兆的情況下，第二天清晨發現基坑上口外2.0 m～3.0 m及5.0 m～6.0 m處突現寬度1.0 cm～2.0 m裂縫，土釘墻面層下口處出現較大位移，而在轉角部位則出現明顯撕裂(見圖4)。

基坑監測異常區域處理措施：根據基坑監測數據變化情況：(一)～(二)區域進行地面以下2.0 m土方卸載、鋼管樁超前支護處理措施，(三)區域采取增加坡頂地錨、坡腳堆土反壓的加固措施，處理完畢后基坑監測數據趨于穩定(見圖5)。

3 軟土夾層對土釘墻的影響分析

3.1 整體穩定性核算及分析

運用啟明星基坑支護結構分析軟件對監測正常區及異常區域土釘墻支護結構進行對比計算，地層參數及計算結果如表4所示。

表4 地層概化參數表

根據各開挖工況的最危險圓弧滑裂面的計算機程序分析結果：邊坡土質較差的監測異常區，土釘支護結構的最危險滑弧面并不通過坡腳，而是從坡底下軟弱下臥層(③2層有機質粘土～有機質重粉質粘土)底部通過(見圖6)。

根據計算結果(見表5)、巖土工程勘察報告及現場施工情況，推測邊坡變形原因如下：第六排土釘施工工作面為③層粉質粘土～重粉質粘土、③2層有機質粘土～有機質重粉質粘土，其中③2層物理力學性質較差，在上部土體自重荷載作用下，一定時間內的自穩能力不能滿足原設計要求，在該排土釘施工前發生蠕變，產生側向位移，進而引起上部硬土土層受力狀態突變，同時受該區域土釘墻整體穩定性的影響導致邊坡整體水平位移突變。

表5 安全系數計算結果

3.2 軟土夾層中土釘墻設計思路及相關措施

分析現階段土釘墻設計計算的多種計算方法，土釘墻設計及施工過程中存在以下缺陷：

1)對于復雜的地質條件下土釘墻在穩定方面目前的分析方法尚未完善，位移分析方面更缺少可靠實用及較高精度的方法。

2)地下水的可能存在對土釘墻設計及施工具有極大影響，地下水可以通過物理和化學的作用改變土體結構，影響地層物理力學性質，還可以通過對土體孔隙水壓力的作用，使土體有效應力減小、土體抗剪強度降低，故需處理好地下水對其的影響，否則不僅會給其施工造成極大困難，還會對土釘墻支護體系造成極大的破壞。

為最大可能規避設計缺陷對邊坡安全的影響，通過分析本工程土釘墻實例，對于存在軟土夾層區域的土釘墻建議可采用以下設計思路及相關措施：

1)最大程度上合理概化地層。

土釘墻設計計算前，尤其在可能存有軟土夾層的區域，應仔細進行實地調查與地質情況研究，包括周邊地區成功與失敗的經驗，不能憑以往設計經驗簡單的進行地層概化，盡可能減小軟土夾層的存在對邊坡造成的安全隱患，避免緊急情況的發生。同時在進行概化地層時應當將軟土夾層單獨劃分出來，分析沿軟弱面滑動的可能性，以便在設計時采取適當的措施。

2)土釘抗拔試驗。

土釘墻的整體穩定性與土釘抗拔力息息相關，如何合理確定軟土中土釘的極限粘結強度，進而確定土釘的極限抗拔承載力，是保證土釘墻設計和邊坡安全的基礎。工程實踐中針對軟土夾層的土地的土釘抗拔試驗尤為重要，不能憑施工經驗或套用其他試驗結果。

3)下臥層計算。

軟土夾層區域的土釘墻計算除按規范要求驗算土釘墻本身的安全系數外，必要時需對土釘墻軟弱下臥層本身穩定性進行驗算，同時根據計算結果選擇是否對軟弱土層進行加固，避免施工過程中出現下臥層滑移現象。

4)加大上部土釘長度。

土釘在受力狀態下，必然會產生變形，進而地表可能會出現裂縫，裂縫一旦滲水，就可能引起更大的變形，通常情況下土釘墻的上部變形最大，故控制上部土釘的長度就顯得尤為必要，增加上部土釘的長度可以增加土體的強度和土釘的抗拔力，減小墻體的水平位移和沉降變形。

5)減小軟土夾層中土釘間距。

按照土釘受力分析，土壓力與基坑開挖深度成正比，下部土釘所受的土壓力較上部土釘大得多，在軟土夾層中宜減小軟土地層中土釘間距，加大土體中土釘錨固體與土的摩阻力，約束土體變形，穩定土體。

6)增加超前支護結構。

鋼管樁及其他類型的微型樁是常見的土釘墻超前加固結構形式，其有助于開挖前下部軟土夾層加固，改善土釘施工期間土體自穩能力，同時可以促進各層土釘的協調工作，防止開裂，較小位移。如槽底以下有軟弱夾層時，微型樁樁底應超過坡底軟弱土層進入相對較好土層，可較好限制軟土層側向位移。

7)預應力錨桿的應用。

對于支護結構位移控制要求相對較高的工程，可以增加預應力錨桿的設置，減小土釘墻中土釘受力，有效控制土釘墻的位移。

8)針對性的施工措施。

軟土因其特殊的物理力學性質：土體的低滲透率，常規的降水措施往往達不到預期效果，而土釘施工的水泥漿也很難與土體形成致密的結合體，造成土釘的抗拔力達不到設計要求，故有針對的選擇施工降水方法和注漿方式是保證土釘墻設計準確及施工安全的重要措施之一。

9)良好的施工配合措施。

土釘支護要求快速施工，每一層從開挖到支護完成的時間越短，地層變形就越小，邊坡的穩定性就好。在軟土地區基坑的變形隨土釘施工時間的增加而增大，故嚴格控制土方施工順序，盡量減少邊坡的暴露時間，同時采取分段開挖，在時間和空間上同時協調控制可有效減少基坑的變形。

10)針對性的監測措施。

針對性的監測措施是軟土夾層區域土釘墻設計及施工的重要補充手段，除常規的坡頂水平及豎向位移監測外，可根據實際情況增加坡面的水平位移監測、坡腳的豎向位移監測以及深層水平位移監測，確保設計的準確性及施工的安全性。

[1] DB 11/489—2007，建筑基坑支護技術規程[S].

[2] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[3] 張 斌，丁建華.軟弱土層基坑土釘支護事故分析與處理[J].江蘇建筑，2013(154)：87-91.

Inquiry on soil-nailing wall examples in soft soil interlayer and design construction

Cheng Jian

(BeijingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100038,China)

Through introducing soil-nailing support technology in the soft soil interlayer region of Beijing and its support effect, the article mainly studies engineering construction emergent conditions and relevant solving methods in the soil nailing wall support system. According to comparative analysis, it simulate field stratum physical stress parameters and applies relevant professional software, carries out theoretical computation analysis for various soil nailing wall support system, and induces emergent soil nailing wall system causes. In light of emergent soil nailing wall support system sources, it puts forward corresponding design and construction suggestions for soil nailing wall support system in soft soil interlayer area, with a view to guarantee soil nailing wall construction safety in soft soil interlayer.

soft soil interlayer, soil-nailing wall, integral stability, construction measures

2015-08-25

程 劍(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0064-04

TU447

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