文/薛家蓬 中鐵工程設(shè)計咨詢集團濟南院　山東濟南　250022

土釘墻支護在地鐵明挖基坑中的應(yīng)用

文/薛家蓬 中鐵工程設(shè)計咨詢集團濟南院山東濟南250022

土釘墻支護適用于場地條件比較開闊、土質(zhì)較好、周邊對變形要求不嚴(yán)的明挖車站，相對于其他明挖圍護形式，具有施工進度快，工程造價低等顯著優(yōu)勢，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

土釘墻；土釘承載力；拓展應(yīng)用

一、土釘墻的概念

土釘墻（Soil Nail Wall）是一種原位土體加筋技術(shù)。它是由鋼筋制成的土釘置于地層之中，并通過全長注漿的方式使土釘與地層結(jié)合成整體，并在表面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，再噴射一層混凝土面層和土方邊坡相結(jié)合的加固型支護施工方法，以起到約束土層變形、加固邊坡的作用。

二、土釘墻的優(yōu)缺點

（一）優(yōu)點

1.土釘墻充分利用自身的強度及自穩(wěn)能力，和土體形成復(fù)合體，顯著提高邊坡整體穩(wěn)定性。

2.施工設(shè)備簡單，施工所需的場地小，在基坑工程中已經(jīng)應(yīng)用多年，累積了豐富的工程經(jīng)驗，工藝成熟。

3.土釘墻可在無構(gòu)件超前支護的情況下直接開挖的坑底，施工工作面開闊。

4.土釘墻成本費較其他支護結(jié)構(gòu)顯著降低，根據(jù)資料分析，土釘墻的造價比其他類型的圍護結(jié)構(gòu)低20%～30%。

5.施工速度快，效率高，施工噪音及振動小，不影響環(huán)境。

（二）缺點

1.變形較大，土釘墻屬于柔性支護，需要在土體發(fā)生一定變形后，才能充分發(fā)揮其抗力，當(dāng)基坑變形要求嚴(yán)格時，不適宜使用土釘支護。

2.土釘支護一般作為臨時支護使用，若作為永久支護使用，需考慮腐蝕等耐久性問題。

3.土釘支護對開挖深度有一定的要求，當(dāng)開挖深度大于10米時，可考慮放坡開挖或和其他支護形式相結(jié)合，形成復(fù)合型土釘墻支護方式。

4.土釘墻的設(shè)置應(yīng)充分考慮地下水對土體自穩(wěn)性的影響，必要時采取降水措施，或采用止水帷幕等輔助措施。

三、土釘承載力計算

目前國內(nèi)用于工程實踐的土釘拉力計算方法主要是采用土壓力法，使用的規(guī)范分別是：《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012、《基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程》CECS 96：97、《土釘支護技術(shù)規(guī)范》GJB 5055-2006。

以《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012為例簡要，介紹土釘承載力計算方法：

1.土釘?shù)目拱纬休d力滿足一下規(guī)定

≥

2.土釘?shù)妮S向拉力標(biāo)準(zhǔn)值公式如下：

=ζ

3.坡面傾斜時的主動土壓力折減系數(shù)ζ公式如下：

4.土釘?shù)妮S向拉力調(diào)整系數(shù)，可按下式計算：

5.單根土釘?shù)臉O限抗拔承載力應(yīng)滿足以下規(guī)定：

1）單根土釘?shù)臉O限抗拔承載力應(yīng)通過抗拔實驗確定。

2）單根土釘?shù)臉O限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式估算（見圖5.1），但應(yīng)通過抗拔實驗進行驗證：=π

圖5.1　土釘抗拔承載力計算

1─土釘；2─噴射混凝土面層；3─滑動面

6.土釘桿體的受拉承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：

≤

以上為土釘桿體受拉承載力計算方法，公式中各參數(shù)詳細取值及規(guī)定見《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012中的5.2章節(jié)中內(nèi)容，土釘墻整體穩(wěn)定性驗算這里不做介紹。

四、土釘墻支護在地鐵明挖基坑中的應(yīng)用及注意事項

以大連地區(qū)為例，大連地質(zhì)情況復(fù)雜，上部土層承載力較差，全風(fēng)化、強風(fēng)化板巖節(jié)理裂隙發(fā)育，下部為中風(fēng)化板巖、輝綠巖、石灰?guī)r，屬于上軟下硬地層。針對土質(zhì)較好、場地開闊、周邊對變形要求不嚴(yán)的明挖車站及附屬結(jié)構(gòu)基坑多采用土釘墻支護。

土釘墻設(shè)計工程中需要注意以下幾點：

1.土釘墻的坡比不宜大于1:0，當(dāng)基坑深度較深、土的抗剪強度較低時，宜采取較小坡比；

2.土釘水平及豎向間距宜為1m～2m；當(dāng)基坑深度較深、土的抗剪強度較低時，土釘間距應(yīng)取較小值；

3.土釘打設(shè)的傾角宜為5°～20°，多采用15°。土釘長度按各層土釘受力均勻、各土釘拉力與相應(yīng)土釘極限承載力的比值相近的原則確定；

4.土釘成孔直徑宜取70mm～120mm，宜選用HRB400、HRB500鋼筋，鋼筋直徑宜取16mm～32mm，注漿材料可采用水泥漿或水泥砂漿，其強度不宜低于20MPa；

5.土釘拉力是與土釘?shù)脑O(shè)置過程有關(guān)的，先設(shè)置的土釘相應(yīng)會承擔(dān)較多的荷載，而后設(shè)置的土釘會承擔(dān)較小的荷載，圖4.1所示在施工過程中土釘最大拉力分布包絡(luò)線，這種中間長，上下短的土釘布置形式目前工程中應(yīng)用較多。

圖4.1　最大土釘力沿基坑深度分布示意圖

圖4.2　土釘支護位移示意圖

6.土釘墻支護在開挖后會產(chǎn)生水平位移和地面沉降，當(dāng)上部土釘設(shè)置較強時，水平位移可能會下移，地面沉降一般靠近基坑邊較大，見圖4.2。當(dāng)基坑周邊環(huán)境對變形控制要求較高時，可采用復(fù)合型土釘墻支護。

五、土釘墻支護的拓寬應(yīng)用

單一的土釘墻支護應(yīng)用范圍有限，當(dāng)增加微型樁、攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等形式成為復(fù)合土釘墻后，可滿足不同的地質(zhì)條件和工程要求。

對于自穩(wěn)能力差的，在基坑開挖前設(shè)置垂直的超前支護結(jié)構(gòu)，常用的超前支護有攪拌樁、微型鋼管樁等（圖5.2、圖5.3、圖5.5）；當(dāng)土釘墻支護在地下水豐富的底層使用時，可增加止水帷幕的方法加以解決（圖5.4、圖5.5），以下為常見復(fù)合土釘墻的應(yīng)用形式簡圖。

圖5.1　預(yù)應(yīng)力錨桿+土釘支護簡圖

圖5.2　微型樁+土釘支護簡圖

圖5.3　預(yù)應(yīng)力錨桿+微型樁+土釘支護簡圖

圖5.4　預(yù)應(yīng)力錨桿+止水帷幕+土釘支護簡圖

圖5.5　預(yù)應(yīng)力錨桿+微型樁+止水帷幕+土釘支護簡圖

結(jié)語：

在基坑工程中，土釘墻支護已經(jīng)應(yīng)用多年，積累了豐富的工程經(jīng)驗，與其他圍護形式相比，有施工進度快，工程造價低等顯著優(yōu)勢，從而使社會和經(jīng)濟效益最大化。

【1】深基坑支護技術(shù)指南.北京：中國建筑工業(yè)出版社2012

【2】深基坑圍護設(shè)計與實例解析.北京：機械工業(yè)出版社 2013

【3】地下工程設(shè)計施工手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社 1999

【4】JGJ 120-2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社2012

【5】GB 50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社2012