【摘 要】深基坑施工技術(shù)無疑保證深基礎(chǔ)順利施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。文章介紹了某電廠翻車機室埋深20多米，利用土釘墻支護體系，保證了地下部分施工的順利進行。

【關(guān)鍵詞】深基坑支護 土釘墻 應(yīng)用

一、 概述

某電廠翻車機室為地下結(jié)構(gòu)工程，埋深約20米，所在區(qū)域的地質(zhì)情況依次是：粉砂層厚1.30—3.70米；粉細(xì)砂稍密層厚1.0—9.0米；粉細(xì)砂中密1.5—10.5米；中細(xì)砂密實44.76米?？碧狡陂g地下水水位埋深6.05—8.61米，雨季接近地表。

深基坑支護方案可根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件確定。在此種地址條件下，不能采用傳統(tǒng)的擋墻，鋼板樁等方法，可選擇的支護方案有：帶支撐的鋼筋混土排樁方案、懸臂鋼筋混凝土排樁支護、深層混凝土攪拌樁重力式擋墻支護、土釘墻支護等。各類支護方式的技術(shù)經(jīng)濟特點如下：

土釘支護：位移適中，造價低，工期短；

帶支撐鋼筋混凝土排樁支護：位移較小，造價高，工期長；

懸臂鋼筋混凝土排樁支護：位移較大，造價較高，工期較長；

深層水泥攪拌樁重力式擋墻支護：位移適中，造價較高，工期較長。

從上表的方案可以看出，對翻車機室基坑支護而言，土釘支護方案是最合適的。因此，確定本項目基坑開挖采用土釘支護的方法。

二、土釘墻支護的優(yōu)點

土釘墻支護技術(shù)形成于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過近四十年的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，應(yīng)用越來越廣泛。其優(yōu)點為：

安全性高。能夠?qū)⒒舆吰碌耐馏w加固成自穩(wěn)定的重力式擋土結(jié)構(gòu)，通過驗算確定土釘?shù)闹萌肷疃群烷g距，確保邊坡的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制要求，確保基坑周圍的建筑物、地下管線、道路等的安全。

工期快。土釘墻深基坑支護的施工可以和土方開挖同時進行，土方開挖時，先開挖邊坡土方，留出一定的工作面后土釘墻施工就可以進行，不單獨占用工程工期。

造價低。土釘墻深基坑支護形式的工程造價相對于其他支護形式要低。

質(zhì)量利于控制?；又ёo設(shè)計可以根據(jù)以往的施工經(jīng)驗數(shù)據(jù)初步設(shè)計土釘墻支護相關(guān)參數(shù)，再驗算支護的穩(wěn)定性，并在視情況修改參數(shù)，保證設(shè)計的安全性和經(jīng)濟性。基坑支護施工過程中控制比較直觀，并且在后期的位移變形監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)問題便于加固處理。

三、土釘墻支護設(shè)計

土釘墻的設(shè)計包括基坑支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為下列兩類：

承載能力極限狀態(tài)：對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)或基坑周邊環(huán)境破壞；

正常使用極限狀態(tài)：對應(yīng)于支護結(jié)構(gòu)的變形已妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。

為了保證基坑支護的安全可靠性，必須控制基坑支護在這兩種極限狀態(tài)下使用?；又ёo方案的合理與否，決定著基坑支護工程的成敗，所以深基坑開挖支護方案的確定要求巖土工程和結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員密切配合，根據(jù)土質(zhì)及工程情況制定。

（一）土釘墻支護的設(shè)計和驗算

1.土壓力計算

土壓力的計算是擋土墻設(shè)計的重要依據(jù)，而土壓力的種類分為靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力，對與土釘墻支護設(shè)計主要是研究計算主動土壓力，多采用郎肯土壓力理論來確定，計算公式為：

總主動土壓力：Pa=1/2γH2Ka-2cH+2c2/γ

主動土壓力：paz=γzKa-2c

其中：Pa—總主動土壓力（KN）；paz—計算點z主動土壓力（KN）；γ—土的容重，采用加權(quán)平均值，KN/m3；H—擋土墻高度；Ka—主動土壓力系數(shù)，Ka =tan2（45o-Φ/2）；C—土的粘聚力，KPa ；Φ—土的內(nèi)摩擦角（°）；z—計算點到基坑頂?shù)蒙疃取?/p>

2.土釘設(shè)計

土釘墻支護結(jié)構(gòu)的可靠性主要依靠土釘力來對抗土壓力，因此土釘力的設(shè)計、驗算尤為重要。土釘力的設(shè)計要計算單根土釘?shù)氖芰ΣⅡ炈闫淇拱纬休d力。

國家基坑規(guī)程采用了土釘按面積分擔(dān)的郎肯土壓力及計算方法，設(shè)定土壓力分部為三角形，計算公式如下：

土釘力：Tjk=ζeajksxjsyj/cosaj

ζ—荷載折減系數(shù)ζ=tg（β-Φ）/2〔1/tgл-1/tgβ〕/tg2〔45o-Φ/2〕

eajk—第j根土釘位置處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Sxj、Syj—第j根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄健⒋怪遍g距；

aj—第j根土釘與水平面的夾角。

ζ—荷載折減系數(shù)ζ=tg（β-Φ）/2〔1/tgл-1/tgβ〕/tg2〔45o-Φ/2〕

β—土釘墻坡面與水平面的夾角；

л—破裂面與水平面夾角，取值（β+Φ）/2

3.土釘抗拔承載力驗算

完成土釘力的計算后，還要求土釘?shù)目拱瘟Υ笥谟嬎愕耐玲斄?，土釘?shù)目拱瘟σ紤]土釘材料的抗拉強度和土釘與土體界面的摩擦力兩個方面，這兩個力都要大于土釘力。

驗算公式：K×Tjk

K—安全系數(shù)，一般可取1.2-1.4；

d—土釘采用的鋼筋直徑（m）；

τ—土釘錨固段的土體與土釘砂漿面的摩擦阻力；

la—土釘在穩(wěn)定土體中的錨固長度（m）；

D—土釘孔徑；

fjk—土釘鋼筋的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值；

經(jīng)過計算，得出土釘支護典型剖面圖，據(jù)此進行施工。

四、土釘墻的施工

土釘墻的施工與土方開挖同時施工，這也是土釘墻支護的一個優(yōu)點，在土方開挖是先將基坑邊坡位置土方挖開，逐步向基坑中心挖進，只要留出一定的作業(yè)面，土釘墻支護就可以施工。

（一）土釘墻支護施工工藝及流程

第一層土方開挖→基坑邊坡修整→埋設(shè)噴射混凝土厚度控制標(biāo)志→噴射第一層混凝土→放點→成孔（鉆孔）→放人錨筋及注漿管→注漿→設(shè)置泄水孔→墻面布筋及錨固段處理→噴射第二層混凝土→養(yǎng)護→重復(fù)上述步驟至基坑底

基坑采用分層開挖的方式，必須遵守開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖的原則，第一層挖土釘墻支護施工作業(yè)面后設(shè)備立即進場進行土釘墻支護作業(yè)施工，避免土坡暴露時間過長。土釘墻墻面坡度不宜大于1：0.1，一般情況取值為1：0.3左右?；娱_挖和土釘墻施工應(yīng)按設(shè)計要求自上而下分段分層進行。在機械開挖后，應(yīng)輔以人工修整坡面，坡面平整度的允許偏差宜為±20mm，在坡面噴射混凝土支護前，應(yīng)清除坡面虛土。下面對主要的施工步驟及主要事項做一下簡要敘述。

（二）埋設(shè)噴射混凝土厚度控制標(biāo)志

噴射前，先在邊壁面上垂直打入短鋼筋段作為標(biāo)志，以保證施工時得噴射混凝土厚度達(dá)到規(guī)定值。

（三）噴射第一層混凝土

噴射混凝土配合比為水泥∶碎石∶中砂=1∶2∶2，內(nèi)摻速凝劑及早強劑，粗骨料最大粒徑不宜大于12mm，要求混凝土強度達(dá)C20以上。厚度控制在40-50mm。

（四）成孔

土釘成孔可成孔機具和工藝視場地土質(zhì)特點及環(huán)境條件選用，要保證進鉆和抽出過程中不引起坍孔，可選用沖擊鉆機、螺旋鉆機、回轉(zhuǎn)鉆機等，在易坍孔的土體中鉆孔時宜采用套管成孔或擠壓成孔工藝，土釘?shù)拈L度及成孔的深度根據(jù)上述土釘墻支護設(shè)計確定，一般宜為開挖深度的0.5-1.2倍，間距宜為1-2m，與水平面夾角宜為5o-20o；質(zhì)量控制要求：孔深允許偏差 ±50mm；孔徑允許偏差 ±5mm；孔距允許偏差 ±100mm；成孔傾角偏差±5%。注漿前應(yīng)將孔內(nèi)殘留或松動的雜土清除干凈。

（五）土釘錨釘?shù)陌惭b與孔內(nèi)注漿

每層土釘鋼筋的直徑和長度根據(jù)上述土釘支護設(shè)計確定，大部分土釘為1Φ22鋼筋，長度L=7000～9000mm。土釘鋼筋應(yīng)設(shè)定位支架，定位支架的形式一般采用在鋼筋上焊接Φ6，同一位置焊接固定三個，成120o角，間距視土釘鋼筋直徑確定，一般在2m左右。定位筋同時還能起到增加鋼筋的錨固力的作用?？變?nèi)注漿采用水泥漿灌注，膠結(jié)材料選用425號普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5，用氣壓式注漿方式，將注漿導(dǎo)管底端插入孔底后才開始注漿，待空口溢出水泥時再將導(dǎo)管以勻速緩慢撤出，以保證孔中氣體能全部逸出，直至全孔灌注漿注滿漿液為止，水泥漿、水泥砂漿應(yīng)拌合均勻，隨拌隨用，一次拌合的水泥漿、水泥砂漿應(yīng)在初凝前用完。注漿開始或中途停止超過30min時，應(yīng)用水或稀水泥漿潤滑注漿泵及其管路，注漿時，注漿管應(yīng)插至距孔底250-500mm處，孔口部位宜設(shè)置止?jié){塞及排氣管。為提高土釘抗拔能力，還可采用二次注漿工藝。

（六）面層鋼筋網(wǎng)片綁扎安裝

面層宜配設(shè)鋼筋網(wǎng)片加強，鋼筋直徑一般為6～10mm，間距在150～300mm之間；鋼筋網(wǎng)應(yīng)在噴射一層混凝土后鋪設(shè)，鋼筋保護層厚度不宜小于20mm；采用雙層鋼筋網(wǎng)時，第二層鋼筋網(wǎng)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被混凝土覆蓋后鋪設(shè)；鋼筋網(wǎng)與土釘應(yīng)連接牢固。坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應(yīng)大于300mm。

（七）錨固端處理與噴射混凝土板墻

土釘必須和面層有效連接，應(yīng)設(shè)置承壓板或加強鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接。布置完面層鋼筋網(wǎng)后，先在距錨釘端頭200mm處采用穿孔塞焊一塊150mm×150mm×8mm的鋼板，然后在鋼板外側(cè)錨釘端部兩側(cè)沿錨釘長度方向焊上三根Φ12、長度為150mm的通長加強鋼筋互相焊接，使所有土釘相互連接成一個整體。土釘鋼筋也可通過井字加強鋼筋直接焊接在鋼筋網(wǎng)上，焊接強度要滿足設(shè)計要求。

（八）噴射面層混凝土：

噴射作業(yè)應(yīng)分段進行，同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上；噴射混凝土?xí)r，噴頭與受噴面應(yīng)保持垂直，距離宜為0.6-1.0m；100mm厚的板墻分兩次噴射，每次厚道控制在50～60mm；120mm厚的板墻分3次噴射，每次厚度控制在40～50mm。在繼續(xù)下步噴射混凝土工作時，要求工人仔細(xì)清除預(yù)留施工縫結(jié)合面上的浮漿層和松散碎屑，并噴水使之潮濕，待混凝土終凝后2小時，立即開始連續(xù)噴水養(yǎng)護5～7天。上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計強度的70%后方可開挖下層土方及下層土釘施工。

（九）排水系統(tǒng)的設(shè)置

在基坑上邊構(gòu)筑排水溝。然后于土釘注漿完成后，在基坑側(cè)面插入長度為500mm，直徑為60mm的UPVC排水管，使其外端伸出支護混凝土板墻外50～60mm，管內(nèi)填碎石做濾水層以利混凝土板墻后的積水排出。

五、土釘墻質(zhì)量檢測

為保護基坑支護結(jié)構(gòu)在開挖及基礎(chǔ)施工期間的安全與穩(wěn)定，土釘力的檢測試驗在基坑支護施工14天后進行，采用拔出破壞試驗檢測，同一條件下，試驗數(shù)量不宜少于土釘總數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根；墻面噴射混凝土厚度采用鉆孔檢測，鉆孔數(shù)宜每100m2墻面積一組，每組不應(yīng)少于3點。另外，在基坑開挖前，就做出了詳細(xì)的施工監(jiān)測方案，對基坑進行支護位移的量測（地表開裂狀態(tài)、位置、縫寬）的觀察，做好施工記錄，以備參考利用。

土釘支護的監(jiān)測應(yīng)包括下列內(nèi)容：支護位移的量測；地表開裂狀態(tài)（位置、裂寬）的觀察；附近建筑物和重要管線等設(shè)施的變形測量和裂縫觀察；基坑滲、漏水和基坑內(nèi)外的地下水位變化。

在支護施工階段，每天監(jiān)測不少于1-2次，在完成基坑開挖、變形趨于穩(wěn)定的情況下可適當(dāng)減少監(jiān)測次數(shù)。施工監(jiān)測過程應(yīng)持續(xù)至整個基坑回填結(jié)束、支護退出工作為止。

對支護位移的量測有基坑邊壁頂部的水平位移與垂直沉降，測點位置應(yīng)選在變形最大或局部地質(zhì)條件最為不利的地段，測點總數(shù)不宜小于3個，測點間距不宜大于30m。當(dāng)基坑附近有重要建筑物等設(shè)施時，也應(yīng)在相應(yīng)位置設(shè)置測點。宜用精密水準(zhǔn)儀和精密經(jīng)緯儀。必要時還可用測斜儀量測支護土體的水平位移，用收斂計監(jiān)測位移的穩(wěn)定過程等。

在可能情況下，宜同時測定基坑邊壁不同深度位置處的水平位移，以及地表離基坑邊壁不同距離處的沉降。土釘支護的施工監(jiān)測是保證土釘墻支護安全可靠地必要程序，在深基坑支護工程中非常重要。

翻車機室工程基坑從開挖到施工完畢，期間經(jīng)受了各種氣象條件的變化，說明我們設(shè)計的土釘墻支護方案是可靠的，也是最經(jīng)濟合理的。