楊曉鵬 楊麗娜 周小松

摘要：土釘墻支護作為西北黃土地區(qū)基坑支護的一種重要手段，以其造價低廉、工藝簡單、施工快速的優(yōu)點占據(jù)了基坑邊坡支護的大半市場。本文以工程總投資為指標，計算了在相同的安全系數(shù)前提下，采用不同的土釘墻坡率對工程總投資的影響，從而確定土釘墻支護的最優(yōu)坡率。

關(guān)鍵詞：土釘墻；土方開挖及回填；造價；最優(yōu)坡率

引 言

土釘墻是一種原位土體加筋技術(shù)，即通過注漿加筋桿體穿入自然土層與噴射砼面層相結(jié)合，提高邊坡土層的被動抗剪切作用，并形成一個類似重力式擋墻來抵抗墻后的土壓力。土釘墻在黃土地區(qū)應(yīng)用非常廣泛，一般采用洛陽鏟在坡面鉆傾斜孔，再在孔內(nèi)置入鋼筋并注入水泥砂漿形成桿體，最后與面層的鋼筋網(wǎng)連接用噴射混凝土封閉防水。土釘墻工藝充分發(fā)揮了土體自身的抗剪強度及側(cè)摩阻力，以抵抗土方開挖后坡體的水平荷載，具有造價較低，工藝簡單、施工快速的優(yōu)點。土釘墻面層坡率不宜小于1：0.1，作為一種被動的土體原位支護體系，坡頂變形產(chǎn)生裂縫不可避免，并且不能承受坡頂較大的附加荷載。

在開闊場地中的土方開挖，不受周圍環(huán)境的影響，場地排水條件好，土方開挖的邊坡坡率不受限制，采用土釘墻支護時尤為經(jīng)濟。一般情況下，開挖的邊坡坡率越大，產(chǎn)生的主動土壓力會越小，土釘墻支護造價的費用就會越低。但是，采用大坡率的邊坡又會造成土方開挖及回填量的增加。在這種情況下，土釘墻支護的費用與土方開挖及回填的費用之和最低時的開挖坡率，就是我們要選擇的最優(yōu)坡率。

1 計算公式及方法

土方開挖及回填費用計算比較容易，可推導(dǎo)出準確的計算公式；土釘墻費用計算變量較多，需要以具體的工程為例進行計算，其計算方法及過程如下。

1.1 計算公式

設(shè)基坑底開挖尺寸為 ，開挖深度為 ，放坡坡率為 ，基坑底距建筑結(jié)構(gòu)外皮外放尺寸為 ，土方開挖綜合單價為 ，土方回填綜合單價為 。則土方開挖工程量 、土方回填工程量 ，以及土方開挖和回填總費用 計算公式為：

2）設(shè)定土釘墻施工總費用為 ，則支護費用的綜合單價 及工程量均為變量，具體與土方開挖深度 ，邊坡各土層厚度 、容重 、粘聚力 、內(nèi)摩擦角 ，設(shè)計荷載 ，安全系數(shù)K等參數(shù)相關(guān)：

（4）

因此，我們借助基坑支護設(shè)計軟件，以具體工程實例進行計算，求出 與開挖坡率 的關(guān)系，最終取 時的 值即為最優(yōu)坡率。

1.2 支護及費用的計算條件

為全面計算分析不同環(huán)境下的基坑施工總費用，對基坑支護及開挖方案進行以下設(shè)定。

將土釘墻坡率劃分為1：0.1、0.2、0.3、0.4四種情況，暫不考慮基坑周圍是否有放坡條件；

將基坑的坡頂設(shè)計荷載按常規(guī)15kPa考慮；

土釘墻在不同坡率下和荷載的作用下重要性系數(shù)和設(shè)計的安全系數(shù)相同；

工程費用的計算單價以2006年陜西省建筑工程消耗量定額為準；

將土方開挖及回填中，將土方運輸分為場內(nèi)倒運和場外（運距19km）兩種情況。

2 巖土工程條件

以西安市北郊某工程為例，擬建工程場地位于西安市未央?yún)^(qū)鳳城四路，基坑開挖長度約450m，寬度約250m，開挖深度為10m。場地地貌單元屬渭河Ⅱ級階地，基坑深度影響范圍內(nèi)土層自上而下分別為：① 層素填土、厚度約0.20～2.80m；② 層黃土（粉質(zhì)粘土）、厚度約3.80～7.50m，層底埋深6.00～8.40m；③ 層黃土（粉質(zhì)粘土）、厚度約4.10～8.30m，層底埋深11.40～15.30m；勘察期間實測地下水穩(wěn)定水位埋深為18.10～19.80m，可不考慮地下水對本工程影響。

其中基坑支護方案計算中采用的各層土體力學(xué)指標詳見表1。

3 數(shù)據(jù)匯總與分析

根據(jù)以上預(yù)設(shè)條件及公式，對不同開挖坡率的基坑進行土方量和支護方案的技術(shù)，具體工程量及計算結(jié)果詳見表2。

計算中，土方場內(nèi)倒運價按：10.82元/m3，土方回填價按：11.49元/m3，土方外運價按：29.92元/m3。

計算結(jié)果顯示，坡率越大相對支護費用越低，但增加了土方的開挖及回填量，因此 存在。 與坡率k的函數(shù)曲線見圖3、圖4。

在此我們引入比價系數(shù)N = 支護總費用/土方總費用，其中當(dāng)土方內(nèi)倒時，N = 0.218；當(dāng)土方外運時，N = 0.081。

4 結(jié) 語

（1）根據(jù)目前的西安地區(qū)的市場情況，一個項目的基坑支護、土方開挖、土方回填分別由不同的施工單位來完成，這樣不利于施工方案的整體經(jīng)濟性比較。經(jīng)本文分析可知，在場地許可的條件下，最優(yōu)坡率的選擇與比價系數(shù)N密切相關(guān)，當(dāng)N值越大時宜選擇較大開挖坡率（1：0.2～1：0.3），反之宜選擇較小的開挖坡率（1：0.1～1：0.2）。

（2）本文以總投資作為優(yōu)化土釘墻坡率的唯一指標尚存在不足，同時還應(yīng)考慮到采用小坡率開挖時減小了支護放坡所占的平面面積，增加了其他工種的施工操作空間，提高了工效；以及增減工程量對總工期的影響等其它無法計算的非經(jīng)濟因素。

參考文獻：

[1]建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.（Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[M]. Beijing，China Architecture，1999.）

[2] 2006年陜西省建筑、裝飾工程消耗量定額[M]. 陜西：陜西省科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

作者簡介：

楊曉鵬（1978–），男，陜西安康人，長安大學(xué)本科，從事巖土工程設(shè)計與施工工作。