蘭州城市規劃展覽館土釘墻支護應用技術

張福龍， 賈　良， 梁瀟文, 郭亞宇

(陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西渭南 741000)

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蘭州城市規劃展覽館土釘墻支護應用技術

張福龍， 賈良， 梁瀟文, 郭亞宇

(陜西鐵路工程職業技術學院， 陜西渭南 741000)

【摘要】通過對蘭州城市規劃展覽館基坑土釘墻支護工程的設計施工、現場監測及分析研究，總結在基坑支護設計及施工時，基坑地表裂縫、土釘墻坡頂位移及墻體頂部變形的規律，為蘭州地區類似基坑支護工程積累一定工程經驗。

【關鍵詞】土釘墻支護；面層位移；坡頂位移

土釘墻支護技術因施工速度快、經濟合理、噪音及環境污染小、抗震性能好、移動靈活等優點，使其已逐漸成為我國主要的基坑支護技術。雖然土釘墻支護技術在我國起步較晚，但具有的諸多優點，使其在基坑支護，尤其是黃土地區的基坑支護具有廣闊的應用前景。國內初次在基坑支護工程中使用土釘墻的是山西柳灣煤礦的基坑支護工程，該基坑通過采用土釘墻支護技術，基本達到了預期的支護效果。隨后在深圳金安大廈和發展銀行大廈的基坑支護工程中，胡建林等人設計采用土釘墻支護并獲得成功。隨著工程案例的不斷增多，土釘墻的應用也更為普遍。雖然國內土釘墻支護技術起步較晚，但由于諸多在工程上成功使用的案例，使我國土釘墻支護設計施工技術位于世界的領先水平。

蘭州城市規劃展覽館在基坑支護設計時采用土釘墻，本文針對基坑施工時及后續監測時地表裂縫、坡頂位移及墻體頂部的變形規律進行研究與歸納，總結其規律，為蘭州地區采用類似的支護工程提供一些經驗。

1工程及工程地質概況

蘭州市城市規劃展覽館場地位于蘭州市城關區北濱河路南側，東臨蘭州市自然能源研究所，南臨黃河。擬建設用地1.13ha(17畝)，總建筑面積約15 000m2，基坑總面積約4 900m2。

據相關方介紹及現場勘查，該基坑南側緊鄰黃河，在河堤人行道下方有一道天然氣管線，埋深約1.5m，該管線在基坑開挖前將移至本次開挖基坑北側，新管線距基坑上口線約3.3m，埋深約1.5m；基坑周邊還有部分雨水及天然氣管線緊靠北側地下車庫；基坑西側無管道，場地較簡單，無建筑物及構筑物。基坑各土層力學指標見表1。

表1　土層物理力學指標

2總體設計原則與設計方案

在保證基坑邊壁穩定、基坑周邊道路及地下管線不受損害的前提下，做到技術先進、施工簡便、經濟合理是該基坑設計必須遵循的原則。

結合工程的基坑面積、開挖深度、周邊環境的實際情況以及工期和造價等綜合因素的考慮，確定本基坑工程采用土釘墻支護。支護斷面為3個，分別為：

(1)南側。基坑開挖深度為4.0m，開挖的坡率為1∶0.3(圖1)。

(2)東側、西側。周邊無建筑物、構筑物及地下管網，土釘墻支護設計方案按原方案進行。此處基坑開挖深度為5.6m，開挖的坡率為1∶0.3(圖2)。

(3)北側。北臨新遷移天然氣管道，在支護中考慮土釘長度及入射角度，設計土釘從天然氣管道下方穿過。此處基坑的開挖深度為5.6m，坡率為1∶0.3(圖3)。

圖2　剖面圖2

圖3　剖面圖3

3基坑設計及施工關鍵技術

3.1工程降排水系統設計

3.1.1降水井與管井設計

(1)根據計算結果，降水井設置16口，距離基坑上口線開挖線1.0m左右。根據基坑周邊情況，在臨黃河一側(即基坑南側)適當加密降水井數量，間距18m左右，其他三個方向降水井間距可設為20m左右。

(2)降水井成孔設計采用清水或泥漿護壁沖擊鉆進，井管下沉后洗井，保持濾網暢通，孔徑設計為600mm，管井直徑設計為300mm。

(3)降水井下部設置一根沉砂管(長度2.5m)，降水井管過濾器長度與含水層厚度相適應，采用長度不小于5m的過濾器。

(4)井管外濾料厚度不小于120mm，濾料采用磨圓度較好的3～15mm礫石，從井底填至井口下2.5m左右，上部用黏土封口，井管管底必須封閉，保證密封質量。

(5)在基坑開挖前期及施工期間的降水過程中，定期抽取水樣，進行含砂量的測定試驗，確保水樣中的含砂量小于0.5 ‰。

3.1.2排水系統設計

(1)沿基坑周邊設置直徑不小于200mm的鋼管主排水管，經沉淀池沉淀后排入城市下水管網。

(2)三級沉淀池設置不少于2個，可用鋼板制作，也可為37磚墻，長3m，寬1.5m，高1.2m。

(3)在臨近基坑頂部約2m范圍內的地表采取適當的填土加高措施，保證雨期造成的地表徑流得到有效的疏散，避免坑頂積水對邊坡造成危害。

3.1.3應急預案

因該基坑緊臨黃河，豐水期黃河補給地下水，必須要考慮黃河水大量補給基坑導致基坑積水的問題。因此一旦出現基坑坑底大量積水、涌水等問題，在積水、涌水等較嚴重位置的基坑底部設置集水井，及時用水泵將水抽出，防止積水浸泡坡腳。

坑底集水井應不透水，集水井深約900mm，直徑約700mm，集水井壁外包30～80目濾網。

3.2土方開挖

基坑土方開挖依據從上到下的開挖原則，分層分段依次進行。圖1剖面每次開挖深度不超過2m；圖2剖面每次開挖深度不超過1.3m；圖3剖面每次開挖深度不超過1.4m。車庫坡道可作為馬道，坡率為1∶6.67。考慮到基坑開挖正值蘭州的雨季，在土方開挖施工完畢后，應及時組織工人對邊坡進行修整，并且預噴一層素混凝土。

3.3土釘施工的問題和應對措施

3.3.1土釘施工的問題

根據對現場環境實地勘察和測量，土釘墻施工需要考慮如下問題：

(1)北濱河路為蘭州市交通主干道，交通量大，可利用的施工操作空間狹小；

(2)北濱河路距離開挖基坑最近處約為2m，并且靠近基坑一側有新遷移天然氣管道，施工不便；

(3)基坑開挖及支護時，正值蘭州雨季并且位于黃河岸邊，基坑地下水位較高，在鉆孔時常會引起孔壁坍塌。

3.3.2應對措施

針對以上問題，通過設計計算和研究，采取如下的具體措施：

(1)根據施工現場周邊的具體條件及環境，采用鉆孔注漿型土釘，確保支護施工對基坑周邊的管線及建筑物的影響降到最小，并且保證基坑安全。

(2)為確保土釘注漿順利、漿液飽滿及抗水平能力，土釘以15°～20°的傾角打入，并且可根據現場實際的地質情況，適當調整土釘的打入傾角，以方便土釘打入更好的土層及避開周邊障礙物。

(3)為使土釘釘體居中安裝，保證土釘質量，螺紋鋼筋每隔2m安裝一個定位支架，驗孔完畢后與螺紋鋼筋共同插入孔內。

(4)事先做好降低地下水的工作，確保土釘施工時位于地下水位之上。

4基坑工程應急預案及措施

4.1應急預案

4.1.1危險源

蘭州城市規劃展覽館基坑因位于黃河岸邊，并且開挖正值雨季，因土方開挖卸載引起了以下工程問題：

(1)開挖南側邊坡時，因未及時支護，導致有邊坡有局部的塌方；

(2)基坑北側因開挖施工等原因，導致基坑頂部產生裂縫；

(3)基坑開挖到底后，西側邊坡有部分“踢腳”現象。

4.1.2應急預案

針對如上開挖及施工的問題，可采取如下的應急預案：

(1)可在基坑周圍2m以內的范圍進行打孔，灌注聚氨酯或水泥-水玻璃雙漿液等進行加固。

(2)針對西側基坑出現部分“踢腳”現象，可采取坡頂卸載、被動區堆載或注漿加固等方案。

(3)開挖修整完后坡面后，可根據情況先噴射一薄層混凝土，或直接構筑鋼筋網、噴射混凝土，待混凝土凝結后，再鉆孔。

4.2應急措施

基坑開挖前應預見事故發生的可能性，施工前準備一定數量的應急材料，并采取確實有效的措施，確保施工安全。采取的具體措施如下：

(1)考慮到基坑開挖及支護正值蘭州的雨季，并且基坑最近處離黃河僅為10m，為防止地表徑流及基坑底部突涌對基坑開挖施工造成危害，采取開挖明溝及盲溝等措施對積水進行疏導。

(2)如基坑開挖遇到卵石層中部部位存在粉細砂層，粉細砂層開挖后極易滑坡，可根據粉細砂層的厚度及分布采取超前微型管樁的支護方案。

(3)施工現場應采用供電雙回路，或者在工地現場備用一臺發電機(功率不小于35kW)，備停電時供降水需要，以防水淹基坑，造成安全隱患。

5結論

城市規劃展覽館基坑土釘墻支護是蘭州地區十分典型的支護工程案例，經過對其在設計、施工及監測方面的研究及歸納，總結如下幾點研究結論：

(1)土釘墻支護施工完成后，通過對坡頂3個月的位移監測，其變形值均控制在10mm以內，滿足基坑支護的安全要求。

(2)通過對基坑的監測得知,最大的水平位移發生于土釘墻墻體的頂部，并且隨著開挖深度的增加，基坑變形呈現出“探頭”型的變形規律。

(3)通過對邊坡坡頂裂縫的監測，裂縫與地面交點距離邊坡面層約1.6～1.8m，為開挖基坑深度的0.35倍左右。

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[作者簡介]張福龍(1988～)，男，碩士，助教，從事地基與基礎工程的教學及研究。

【中圖分類號】TU94+2

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-10