土釘墻深基坑支護技術應用探討

王鳳東

（中國建筑第二工程局有限公司，上海 200000）

目前大部分深基坑工程具有地質條件復雜、深度較大、面積廣等特點，因此建筑深基坑施工具有較大的難度和挑戰[1]。為保證施工安全，采用的支護技術有排樁結構支護和防護墻結構支護兩種。這兩種技術主要是利用排樁結構和防護墻結構對施工區域巖土起到支撐作用，通過對支護結構進行設計，確定支護方案，最終根據優選的支護方案進行深基坑支護施工，利用支護結構向深基坑巖土施加一個支撐力，以此保證施工安全。但是現有技術在實際應用中對支護結構設計不夠合理，支護起到的支撐作用有限，無法抵擋深基坑巖土變形應力，導致深基坑支護施工后支護結構水平方向發生嚴重變形，為此對建筑施工中深基坑支護技術進行研究。

1 建筑施工中深基坑支護技術

1.1 支護形式選擇

支護結構設計合理性與計算準確性直接關系到支護效果，因此首先對深基坑支護形式進行選擇。目前常用的深基坑支護結構主要為排樁支護，是由預應力排樁結合錨索形成的一種支護體系，以排樁作為內支撐，以錨索抵抗建筑深基坑土壓力作用于排樁上的推力，從而起到支護作用，排樁支護計算流程比較復雜，需要考慮多種因素，容易出現計算誤差，最終導致支護結構起到的支護效果較差[2]。針對該問題設計一種新的支護結構，即土釘墻支護結構，在建筑深基坑周圍巖土體內埋設鋼筋，通過注漿的方式使鋼筋與原位巖土體形成一個整體，以增加深基坑內巖土體支撐力。土釘墻支護結構相比排樁支護結構成本更低并且可以有效縮短工期，最重要的是土釘墻支護結構穩定性更高，在國外建筑深基坑施工中更為常見。

1.2 深基坑支護結構設計

確定支護結構高度、支護直徑、支護結構水平間距、垂直間距等參數，根據建筑施工區域地質情況計算。

土釘墻主要是抵抗建筑深基坑巖土壓力，巖土壓力由靜土壓力、主動土壓力和被動土壓力組成。

式中：P為深基坑土釘墻支護承載壓力，即深基坑周圍巖土體向支護結構施加的壓力值；P1為釘墻支護結構處于靜止狀態時巖土體對其的壓力值；P2為深基坑巖土體處于彈性失穩狀態時，土釘墻支護結構內外側的主動土壓力值；P3為深基坑巖土體處于彈性失穩狀態時，土釘墻支護結構內外側的被動土壓力值[3]。

式中：L為深基坑內每層巖土的靜止壓力系數；g為深基坑內巖土重度；e為深基坑內土層的厚度；r為深基坑內每一層巖土的彈性模量；w為深基坑內每一層巖土的壓縮模量；u為深基坑內每一層巖土的抗拔系數[4]。

式中：y為深基坑支護計算點水壓強度；o1為土釘墻支護結構內側的水壓力；o2為土釘墻支護結構外側的水壓力；q為深基坑支護計算點地下水的重度；b為深基坑支護計算點巖土滲透系數[5]。

根據上述公式，計算出深基坑支護承載壓力。

式中：J為深基坑土釘墻支護承載力；ρ為深基坑土釘墻結構中土釘直徑；s為深基坑土釘墻高度；v為深基坑土釘墻結構中土釘抗彎強度；c為深基坑土釘墻結構中土釘水平間距；h為深基坑土釘墻結構中土釘垂直間距。

在設計深基坑支護時，技術參數需要滿足以下關系

將式（1）～（3）作為深基坑土釘墻結構設計約束條件，由式（5）可得多種設計方案。根據約束條件對設計方案進行篩選

將符合式（6）條件的深基坑支護方案的穩定性進行驗算

式中：R為深基坑各土層中預埋土釘的軸向拉力標準值；N為基坑各土層中預埋土釘極限承載力標準值；K為深基坑土釘墻支護安全系數。

式中：D為深基坑巖土體的黏聚力；S為深基坑巖土體的內摩擦力；α為水平面和滑動面某處切線間的夾角；T為建筑施工過程中深基坑內某一處巖土體滑動面弧長；W為建筑施工過程中深基坑內某一處滑動巖土體的重量；A為深基坑土釘墻支護結構的抗拔能力標準值；U為計算單元長度；β為深基坑土釘墻與水平面形成的夾角[6]。

根據上述公式對各深基坑支護結構設計方案進行驗算，選取承載能力最強且符合驗算要求的方案作為最優方案，用于深基坑支護施工。

1.3 深基坑支護施工

土釘墻支護施工工藝比較簡單，主要包括土釘定位、鉆孔、按釘、注漿封孔以及鋪設鋼筋網5個工序。

施工前對建筑深基坑支護施工區域進行清理，將地面多余的建筑垃圾清除干凈并對深基坑挖方邊坡坡面修整，保持坡面平整，減少外界因素對深基坑支護質量的影響。根據預先設計的土釘水平間距、垂直間距以及深基坑深度和寬度，確定土釘埋設位置，利用鉆孔設備在定位位置進行鉆孔，孔徑大小要根據土釘直徑大小確定，鉆孔深度為土釘墻支護結構高度。

為保證土釘支撐效果，采用斜入法在深基坑巖土體上進行鉆孔，鉆孔傾斜角度要控制在30°～35°，使土釘與水平面和深基坑偏坡形成一個三角結構，具有穩定性，提高土釘墻支護力學性能。將鉆孔內的碎石料清理干凈，將HRB400鋼筋埋入到鉆孔內，確保鋼筋能夠準確到達預埋位置；利用水泥砂漿將埋入的鋼筋與深基坑原有巖土連接，水泥砂漿中水灰比為0.75。利用注漿泵將水泥砂漿注入到鉆孔內，注漿過程中將注漿壓力控制在1.25 MPa，壓力過大會導致鉆孔內漿液孔隙率增大，過小會影響到深基坑支護施工效率。注漿完成后在漿液上方鋪設一層鋼筋網固定鉆孔內鋼筋，防止在后續施工過程中鋼筋發生位移；從而有效控制深基坑支護水平位移。在鋼筋網表面澆筑一層混凝土，厚度30～35 cm，使鋼筋網與土釘形成整體；從而修建成一個完整的土釘墻支護。

2 工程驗證

章丘萬達廣場基坑深度為19.56 m，面積1 654.64 m2，邊坡坡度為16.24°。地下土層包括素填土、雜填土、淤泥、粉質黏土、細砂、中砂和粗砂，巖土壓力為216.51 MPa。見表1。

表1 基層巖土參數

基坑地質結構比較復雜且脆弱，在施工過程中很容易出現坍塌事故。

分別采用土釘墻支護與排樁支護施工進行對比試驗。準備了IHADF鉆孔設備和SGHFA定位設備，在施工區域布設164個土釘埋設點，通過鉆孔、安裝土釘、鋪設鋼筋網實現該建筑深基坑支護施工。利用IUYF水平測量儀對深基坑支護坐標數據進行采集，根據深基坑支護原始坐標數據對其位移情況進行計算，深基坑支護水平位移是評價支護技術的關鍵指標，水平位移量越大，表示深基坑支護效果越差，支護結構起到的支擋作用越低；因此將其作為檢驗兩種技術的試驗唯一指標。GB/T 26415—2010《建筑深基坑支護技術規范》規定支護水平位移最大不能超過0.25 m。隨機選取8個施工區域支護水平位移數據，見表2。

表2 兩種支護形式基坑水平位移m

續表2

由表2可以看出，土釘墻支護水平方向位移量比較小，最大位移僅為0.009 m，符合GB/T 26415—2010規定要求；而排樁支護水平方向位移量較大，最大位移達到0.864 m，平均位移量為0.697 m，最小位移量未達到GB/T 26415—2010規定要求，而且遠遠大于土釘墻支護的位移。這是因為土釘墻支護形式對支護結構參數設計經過反復驗算，結構設計嚴格，根據建筑深基坑實際地質情況，保證了深基坑支護設計精度，從而使其可以實現預期的支護效果。

3 結語

土釘墻支護解決了建筑施工中深基坑支護位移問題。考慮到城市建筑空間資源的緊缺，在未來建筑深基坑深度和面積將會不斷擴大，深基坑支護技術要求也會不斷提高；因此今后仍會對深基坑支護技術進行深入探究，增強支護技術水平，為城市地下空間利用和建筑行業發展提供有力的理論支撐。