劉安寧，來慶專，吳瑞剛，蘇長毅

（長安大學公路學院，西安710054）

深基坑上部土釘墻土釘軸力監(jiān)測及分析

劉安寧，來慶專，吳瑞剛，蘇長毅

（長安大學公路學院，西安710054）

以某建筑深基坑工程為例，對基坑開挖各階段上部土釘墻土釘軸力進行實測，分析并研究了基坑開挖及支護過程對土釘軸力的影響，具體考慮了基坑開挖時間與土釘軸力、土釘軸力變化速率以及同一土釘不同節(jié)點位置處軸力變化趨勢之間的關(guān)系。對今后類似的基坑工程中的上部土釘墻的設(shè)計和分析提供借鑒和參考。

開挖與支護；土釘墻；土釘軸力

西安作為西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的中心之一，城市化步伐逐漸加快，因而在城市化用地日益緊張的今天，地下空間的開發(fā)已成為一種必然趨勢［1］。為充分挖掘地下空間的利用率，深基坑的規(guī)模和深度均在不斷加大。近些年上部土釘下部樁錨聯(lián)合支護體系在西北地區(qū)發(fā)展十分迅猛，其優(yōu)點是占用空間小、受地下水影響小、施工速度快、受力性能較好、可有效控制基坑開挖過程中產(chǎn)生的變形，適合大型深基坑開挖支護［2-4］。然而由于下部支護結(jié)構(gòu)及不同地區(qū)地質(zhì)條件等因素的影響，土釘墻中土釘軸力的發(fā)展規(guī)律以及設(shè)計方法還處于探索之中［5-10］。本文通過西安高新區(qū)某建筑深基坑工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)對該問題進行了分析及討論。

1 工程概況

擬建場地位于西安市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)，基坑支護長度約530m，開挖深度約為14.5～18.8 m，總支護面積約9000 m2。擬建的場地呈東南低（開挖深度4.5～7.0 m）?？碧近c孔口標高介于405.58～411.18 m之間，地貌單元屬皂河I級階地。

根據(jù)巖土工程勘察報告，基坑支護設(shè)計影響范圍內(nèi)主要地層自上至下具體參數(shù)見表1。

場地地下水屬于孔隙潛水類型，穩(wěn)定水位深度2.30～8.00 m，相應(yīng)標高為402.94～403.36 m。場地內(nèi)水位變化幅度大于2 m。

表1土層物理力學參數(shù)

1．1 基坑支護設(shè)計

本文所依托的深基坑工程形狀呈現(xiàn)近似正方形，基坑采用上部土釘墻下部樁錨聯(lián)合支護體系，支護形式如圖1所示。上部土釘墻高度為6 m，坡度為1∶0.2，設(shè)置四排土釘，土釘長度自上而下均為6 m，土釘布置采用梅花形布置，垂直間距和水平間距皆為1.5 m，土釘孔徑120 mm，土釘傾角15°；土釘孔內(nèi)灌注水泥漿體強度等級為M15，采用C20的噴射混凝土面層厚度為100 mm。在下部樁錨聯(lián)合支護體系中，護坡樁采用混凝土灌注樁，樁長為22.5 m，鑲固深度為10.5 m，上部澆筑冠梁，在基坑開挖過程中，設(shè)置4排擴大頭預應(yīng)力錨索，錨索傾角為15°間距為1.5 m，并施加預拉張荷載350－450 kN。在支護結(jié)構(gòu)施工和基坑開挖期間，采用人工井點降水法降低地下水位，施工不受地下水干擾。

圖1樁錨與土釘墻聯(lián)合支護體系

1．2 土釘軸力監(jiān)測方案

選擇了上部土釘墻的一個剖面布置監(jiān)測點，在1、2排土釘上布置3個軸力監(jiān)測點，在3、4排土釘上布置4個軸力監(jiān)測點。第一以及第二排土釘各個監(jiān)測點距離為1.5 m。第三、第四排各監(jiān)測點距離為1.2 m。圖2、圖3為現(xiàn)場監(jiān)測的HXG型振弦式土釘鋼筋計和讀數(shù)儀，圖4為本工程基坑北側(cè)土釘監(jiān)測儀器布置圖，后文均以此剖面為例進行說明。

圖2土釘軸力監(jiān)測計

圖3振弦式頻率讀數(shù)儀

圖4土釘監(jiān)測儀器布置圖

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2．1 基坑開挖情況下的土釘軸力變化分析

從土釘軸力曲線圖5可以看出：隨著下部土體的開挖，土釘墻中各排土釘?shù)妮S力是呈逐漸增大的趨勢。從施工開始到挖至基坑底部的過程中，1、2排中的土釘軸力增長幅度較小，最大土釘軸力不超過6 kN，其中T411L及T423L土釘監(jiān)測器它們的軸力不超過1 kN，這可以認為在該儀器所在位置土體的變化幅度很小。由于基坑土體的開挖，導致土釘墻中的應(yīng)力發(fā)生變化。應(yīng)力主要集中在土釘墻中第三排以及第四排土釘所處的位置。在基坑開挖初期，同一排不同位置的軸力曲線存在交叉現(xiàn)象，這種交叉現(xiàn)象表明了土釘墻正逐漸朝穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

2．2 沿釘長分布的土釘軸力變化分析

土釘軸力沿釘長分布曲線如圖6所示。在基坑開挖的初期，第一、二排土釘中土釘軸力呈現(xiàn)釘頭受力大，中部受力次之，釘尾小的受力形式。第三排土釘在儀器埋設(shè)初期（0～21 d左右）釘頭處的土釘軸力變化幅度較大，受力主要集中于土釘中部，土釘端尾處受力相對較小，而第四排土釘在儀器埋設(shè)初期，軸力主要產(chǎn)生在土釘尾部，土釘中部及釘頭處相對于尾部受力較小。在基坑開挖初期各排土釘所受軸力很小，擋土墻中土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著基坑開挖的進行（開挖到35 d左右），土釘?shù)氖芰Τ霈F(xiàn)較大變化，具體表現(xiàn)在：第三、四排土釘軸力呈現(xiàn)出釘頭及中間部位大釘尾小的受力形式，這表明下部樁錨支護部分土體開挖及支護導致基坑產(chǎn)生變形及上部土體沉降，上部土釘墻中土體滑移破壞面發(fā)生變化，使土釘軸力受力狀態(tài)產(chǎn)生改變。

2．3 土釘軸力變化速率分析

隨著下部樁錨支護部分土體開挖和基坑支護的進行，土釘軸力變化速率曲線（圖7）呈現(xiàn)波浪式的形態(tài)，基坑開挖完成后土釘軸力變化速率趨于穩(wěn)定。尤其對于第三、四排土釘，每次基坑進行開挖作業(yè)后，土釘軸力的變化速率都具有明顯上升的趨勢。而在每次錨索施工張拉后土釘軸力的變化速率又有明顯的下降趨勢，因此樁錨與土釘聯(lián)合支護中，上部土釘墻設(shè)計過程中應(yīng)當考慮下部土體開挖對其上部的影響。

2．4 土釘墻設(shè)計分析

土釘墻屬于被動受力結(jié)構(gòu)，只有土體產(chǎn)生了一定的變形才能發(fā)揮土釘抗拉作用。本文土釘墻內(nèi)力監(jiān)測值總體偏小，其中最大值為10.48 kN，土釘?shù)膬?nèi)力沒有完全發(fā)揮，尤其是第一、二排土釘所受軸力最大值更是僅為6 kN左右，所以在今后類似的基坑支護土釘墻設(shè)計中可以適當減少第一、二排的土釘桿體直徑。

圖5各排土釘各測點軸力曲線圖

圖6沿釘長分布的土釘軸力曲線圖

3 結(jié)論

本文根據(jù)詳細的土釘監(jiān)測資料，得出了以下結(jié)論：

（1）基坑開挖支護過程中，土釘墻中各排土釘?shù)妮S力是呈逐漸增大的趨勢。基坑開挖初期上部土釘墻軸力增長速率比較顯著，隨著基坑開挖進行，土釘軸力變化逐漸趨于緩和，并在開挖到基坑底部后趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）基坑開挖初期，各排土釘軸力均較小，第一、第二排土釘軸力呈釘頭大、中間次之、釘尾小的受力形式，第三排土釘軸力表現(xiàn)為中間大兩端小的受力形式，而第四排土釘軸力在釘尾處呈現(xiàn)最大值。由于下部樁錨支護部分土體開挖對上部土釘墻整體穩(wěn)定性造成影響，使上部土體中應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)移，引起土釘軸力逐漸發(fā)展為釘頭及中間部位大釘尾小的受力形式。

（3）基坑的開挖以及錨索的張拉均對土釘軸力產(chǎn)生影響，開挖導致土釘軸力變化速率增大，下部預應(yīng)力錨索張拉導致土釘軸力變化速率減小，因此上部土釘墻設(shè)計時應(yīng)當考慮下部土體開挖及支護對上部土釘墻的影響。

圖7土釘軸力變化速率曲線

（4）各排土釘?shù)耐玲斴S力均不大，考慮到土釘墻為被動受力結(jié)構(gòu)，因此，可以推測本次土釘墻整體變形較小。所以，對于類似的基坑支護工程，上部土釘墻的設(shè)計可以考慮通過適當增大各排土釘距離，以減少土釘墻中的土釘?shù)呐艛?shù)或者適當減少土釘?shù)闹睆揭赃_到節(jié)約成本的目的。

［1］曾波，王文華，吳建華，等.21世紀居住區(qū)地下空間的開發(fā)利用［J］.地下空間學報，2002，22（4）：350-351.

［2］劉立兵，徐平，付強，等.深基坑支護設(shè)計理論與實例［M］.鄭州：黃河水利出版社，2013.

［3］黃雪峰，楊校輝，朱彥鵬，等.西寧地區(qū)常用基坑支護結(jié)構(gòu)對比分析［J］.巖土工程學報，2012，34（增刊）：432-439.

［4］付文光，楊志銀.土釘墻技術(shù)的新進展及前景展望［J］.巖土工程學報，2010，32（增刊1）：17-21.

［5］張志平，陳學軍.某超深基坑組合支護體系上部土釘墻內(nèi)力監(jiān)測及分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學報，2011，41（10）：105-107.

［6］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［7］馬平，孫強，秦四清.樁錨與土釘墻聯(lián)合支護土釘軸力監(jiān)測［J］.工程勘察學報，2008（1）：20-22.

［8］王曙光，段啟偉，王艷永.某土釘墻工程現(xiàn)場實測研究［J］.建筑科學學報，2010，26（1）：90-93.

［9］楊育文.復合土釘墻實例分析和變形評估［J］.巖土工程學報，2012，34（4）：734-741.

［10］吳九江，程謙恭，孟祥龍.黃土高邊坡土釘-預加固樁復合支護體系性狀分析［J］.巖土力學學報，2014，35（7）：2029-2041.

Monitoring and Analysis of Soil Nail Axial Force on the Upper Part of a Soil NailWall for the Deep Foundation

LIU Anning1，LAIQingzhuan2，WU Ruigang3，SU Changyi4
（School of Highway，Chang＇an University，Xi＇an 710054，China）

With a deep foundation pit engineering an example，for each stage of excavation，the soil nail axial force of upper soil nailwall ismonitored.The effectof the process of foundation pitexcavation and support on soil nails axial force is analysed and studied，specially，the relationship between excavation time and axis-force of soil nailing，changing rate of axisforce，aswell as changing trend of axial force in different positions with the same soil nail，is considered.It can provide a reference for the design and analysis of top soil-nailed wall in those similar foundation pit engineerings.

excavation and support；soil nail wall；soil nail axial force

TU472.3＋4

A

1673-1549（2015）01-0059-04

10．11863／j．suse．2015．01．14

2014-10-11

劉安寧（1987-），男，陜西西安人，碩士生，主要從事基坑設(shè)計與監(jiān)測方面的研究，（E-mail）429439365＠qq.com