土釘墻支護穩定分析與施工技術探討

趙晨洋

（江蘇儀征蘇中建設有限公司江蘇儀征211400）【摘要】介紹土釘墻支護原理，結合工程實例，闡明關鍵工序的施工要點。通過基坑位移觀測和土釘的抗拔試驗，分析基坑穩定原因，提出土釘墻施工若干問題，對土釘墻設計和施工有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】土釘墻；施工要點；位移觀測；穩定分析

【Abstract】The principle of soil nail wall shoring systems are introduced， and key points in main working procedure of construction are discussed according to engineering project. The reasons for base hole stability are analyzed on the basis of the observation for displacement of base hole and the experiment for the up-lift resistance of soil nail. What's more， some suggestions for the construction of soil nail wall are put forward， which may benefit from design and construction of soil nail wall.

【Key words】Soil nail wall；Key points for construction；Observation of displacement；Stability analysis

1. 引言

土釘墻是由天然土體通過土釘就地加固并與噴射混凝土面板相結合，形成一個類似重力擋土墻以來抵抗墻后土壓力的一種支護結構。在工作機理上它是由高強土釘，網噴混凝土面及原狀土三者共同受力，來維護基坑邊坡的土體穩定。土釘墻支護技術，很好地增強土體破壞延性，改變邊坡突然塌方的性質，有利于安全施工。在工藝上，采用了邊開挖邊支護的方法，工作面不受限制，與其它支護相比，施工速度快，工期可縮短50%以上，用料省、節約造價可達60%左右。因此它在公路交通，水利建設，建筑工程等行業中應用越來越廣泛。

層，其地下室基坑采用土釘墻支護方案，基坑開挖深度為6.15m。

2.1工程地質情況。開挖深度范圍內地質特征分層描述如下：

①雜填土：灰黃色，以碎石塊、粘性土等組成；松散稍密；層厚0.2～1.5m，全場分布。

②粘土：灰褐色，含鐵錳質斑點，少量腐植物碎屑，可～軟塑，層厚0.4～1.8m，局部缺失。

③淤泥：青灰色，含少量粉細砂，腐植物碎屑，零星貝殼殘片，土性呈流塑，層厚13.0～15.4m，全場分布。

以上各土層物理力學指標如表1：

2.2設計情況。計算軟件采用北京理正軟件研究所“理正深基坑支護結構設計軟件”F-SPWV4.33，基坑重要系數 ，基坑周邊施工荷載 q0=15KPa，其土釘墻設計主斷面如圖1。

2.3.1土方開挖。

（1）本工程土釘主斷面處土方開挖分四個層次，第一層挖深1.3m，水平分段長度不大于12m進行跳挖，邊挖邊進行支護施工。第一層支護完成后再進行第二層土開挖，第二層每段開挖長度不得超過10m，挖深2m。第三層土挖深2m，第四層土挖深0.85m，每段開挖長度不超過6m。

（2）當土方開挖至標高-6.45m處，開挖時采用“五邊”法，即邊挖土，邊鑿去工程樁上部多余樁長，邊鋪片石基層，邊澆混凝土墊層，邊砌地梁和承臺磚胎模。這樣既能加快工期，又保護基坑土體不長期暴露，有利于基坑穩定。

2.3.2錨桿制作。本工程錨桿施工部位為淤泥土，機械成孔較為困難，故錨桿制作因地制宜。其制作方法：桿頭采用150鐵質錐形擴孔頭，桿身采用48×2.5焊接鋼管，在鋼管外壁上鉆3排梅花形直徑8mm的出漿孔，沿桿長方向每300mm設一個。桿端1m處為自由段不開孔，用止漿編絲袋隔開，每孔前焊20mm長10鋼筋頭，在錨桿壓入土體時減少淤泥土進入桿內，同時可增加握 窠力，錨桿長度按設計進行斷料，管與管對接時外圍均布314，L=140mm單面焊接。（詳見圖2）

2.3.3錨桿注漿和砼墻施工。本工程注漿砂漿配合比為水泥：砂：水=1：0.3：0.5，每米錨桿注漿必須大于30Kg水泥，采用低壓（0.4～0.6MPa）方法注漿裹管。注漿分三段，第一段壓力注漿時應用32高壓管直通入管底注漿；拔出注漿管3m，進行第二段注漿，再拔出3m，進行第三段注漿，直至達到注漿量與注漿壓力要求。土釘墻厚100mm，分二層施工，第一層厚70mm，在人工修整邊坡后，直接噴射在泥土側壁，之后鋪設6.5@250×250雙向鋼筋網及14骨架鋼筋，然后噴射厚30mm的第二層混凝土。

3. 土釘墻基坑穩定分析

3.1支護觀測及失穩處理。支護觀測主要內容為支護結構位移的量測和肉眼觀察地表開裂情況，本工程基坑周圍共設23個觀測點，在基坑施工中，每天觀測一次，其第46次觀測位移累計數據如表2：

觀測數據可知，最大位移發生在7#～9#點，最大水平位移達202mm，垂直位移364mm，已超出變形許可范圍，同時用眼觀測此段基坑周邊已出現裂縫，因此作如下處理：

（1）卸掉此段基坑周邊土，以減輕土體主動土壓力。

（2）基坑內壁堆積砂包，以減少側壁進步位移。其它部位，部分位移雖然較大，但觀測時，變形已基本穩定，地表無明顯裂縫，坑壁無坍塌，總體穩定性良好，基坑圍護是安全的，可不作處理。

3.2錨桿抗拔試驗。

（1）為檢測錨桿抗拔力，確保土釘墻質量，選取一組三根（編號為S1#、S2#、S3#、）錨桿進行抗拔試驗。

（2）參照基坑土釘支護技術規程，CEC96：97的規定，采用以下方案進行試驗。

選用設備：加載設備利用上海千斤頂廠生產的QFZ450-25型的油壓張拉千斤頂，一只行程為50mm的位移計觀測錨頭的變位情況。加載壓力及位移觀測由武漢巖海技術開發有限公司研制的RS-JYB靜載荷測試儀顯示與記錄。

（4）試驗方法：分五級加載，每級荷載17/16KN，要求最大加載力為84KN，試驗過程中每級加載后，第0，1，6，10min測讀一次變位數據，若同級荷載作用下1min與10min的位移增量小于1mm，即可施加下一級荷載；否則應保持荷載不變繼續測15，30，60min的位變，若6min與60min的位移增量小于2mm，可進行下一級加載，否則即為達到極限荷載。

（5）試驗成果：綜合試驗錨桿的荷載一位變一時間關系，匯總有關數據如表3～表5：

（6）從試驗的結果分析，本次的S1#、S2#、S3#錨桿的抗拔極限力為68KN，均未達到最大極限植84KN。

3.3位變原因分析。根據基坑位移觀測點位變偏大及抗拔試驗極限承載力偏低的情況，分析其原因如下：

3.3.1設計原因。

3.3.1.1土釘抗拔承載力基本要求： Tuj1.25γ0Tjk

3.3.1.2本工程基坑側壁安全等級為二級，按相關規范取 γ0=1.00

3.3.1.3土釘抗拉荷載設計值： Tuj=1rsπdnj∑qsikli

3.3.1.4受拉荷載標準值： Tjk=ζeajksxjszj/cosαj

3.3.1.5第j根土釘位置的基坑水平荷載標準值：

eajk=[q0+∑rihi+∑r'ih'i]×tg2（45°-φk2）

ζ=tgβ-φk2[1 tgβ-φk2 -1 tgβ ]/tg2（45°-φ2）

式中：

rs ——土釘抗拉抗力分項系數，取為1.3；

dnj——第j根土釘錨固體直徑；

qsik ——土釘穿越第j層土體與錨固體極限摩阻力標準值；

li——第j根土釘在直線破裂面外穿越第i層穩定土體內的長度。

破裂面與水平面的夾為 β+φk2。

ζ——荷載折減系數； sxj、szj——第i根土釘與相鄰土釘的平均水平、垂直間距；

aj——第j根土釘與水平面的夾角；

β——土釘墻的坡面與水平面的夾角；

φk——第i層土體的內磨擦角。

q0——基坑周邊超載值；

ri——地下水以上第i層土的重度

hi ——地下水以上第i層土的厚度

r'i ——地下水以下第i層土的浮重度

h'i ——地下水以下第i層土的厚度

3.3.1.6根據土體力學指標及相關數據，代以上公式，支護主斷面的從上到下六根土釘的受力情況如表6（土釘抗拉承載力計算簡圖見圖3）。

本工程錨桿制作時，錐形擴大頭直徑采用89，采用0.4～0.6 MPa 壓力注漿，據監理施工記錄，第一排錨桿注漿量可達到每米錨桿30Kg水泥用量，其余錨桿均未達到注漿量要求，由此可知，土釘錨固體直徑亦未能達到設計要求，造成土釘實際拉拔力降低，形成基坑位移偏大。

4. 結語

（1）土方分層分段跳挖是土釘墻施工的一大特點，是確保支護安全的關鍵，施工時嚴禁亂挖或一挖到底。

（2）土釘錨桿每米水泥灌注量是施工中重要指標，本工程由于施工時土釘孔徑太小，造成水泥灌注量不足。因此注漿時要確保水泥用量，使得土釘錨固體直徑達到設計要求，以保證土釘的抗拔承載力。

（3）根據地質實際情況，應驗算土釘抗拔力，以確定合理的錨桿長度和孔徑，避免因土釘抗拔力不足引起基坑位移過大。

參考文獻

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