某辦公樓深基坑土釘墻支護設計與計算分析

張耀慶， 楊華林， 劉嫻靜， 穆鳳君

（1. 中國航空技術國際工程有限公司；2. 中電投工程研究檢測評定中心有限公司）

1 引言

土釘墻支護結構主要是通過加筋來加固原位土體，使邊坡穩定的一種支護方法。支護結構由插入土體的鋼筋和面層鋼筋網噴射混凝土面板組成。插入鋼筋與預應力錨桿或微型樁結合形成復合土釘墻。土釘墻支護基坑深度不宜大于12m，復合土釘墻支護基坑深度可適當增加。適用于地下水位以上或經降水后的粘性土，中密以上砂土的基坑支護[1-2]。

由于土釘墻具有施工簡單，材料易得，工程造價低的優點，其應用發展很快。目前在安全等級為二級和三級的基坑工程中應用較廣。由于土釘墻支護是依靠加固原有土體和面層共同作用而使邊坡穩定的支護方法，對原有土體的特性有一定的要求，較適用于黃土，地下水位線以上的粉土、粘性土等自立性較強的土層，對松散的雜填土或地下水位線以上的場地不適用?；娱_挖深度較小時的雜填土可直接打入土釘，深度較大時一般采取預注漿的方式提高土體內部穩定性。對地下水主要受大氣降水或地下管道滲水的場地，可采用注漿防滲帷幕減少淺層地下水漏入基坑中，在基坑底用排水溝將水導入集水井，用水泵抽至坑外。在坑壁設置泄水孔，減少坑壁水壓力等措施，以保證土釘的順利施工和基坑的安全[3-4]。

2 工程概況

國外某辦公樓項目占地面積2081m2，建筑面積約19400m2。地下室有4層，地上有7層，基礎形式為筏形基礎，結構形式為鋼筋混凝土框架結構。項目基坑兩側鄰路、一側鄰河（見圖1、圖2）。建筑物地下室占據整個地塊，地塊與周圍內部道路之間距離約5m，因此放坡條件有限?？拷黂oad 3的基坑邊開挖深度最大為15.8m?；油临|為紅粘性土，根據現場的取樣土報告顯示：土體的塑限含水率WP=30.6%，液限含水率WL=48.5%，天然含水率W=32.5%，液性指數IL=0.11，由《建筑地基與基礎設計規范》GB50007-2011可知土的狀態為硬塑。紅黏土覆土深度約為10m，基礎下臥層為巖石。由于基坑開挖深度和現場施工條件的限制，自然放坡不能滿足基坑邊坡的穩定性，擬對基坑CD 邊采取1:0.4 土釘墻支護方案。

圖1 項目位置示意圖

圖2 基坑開挖情況

此外，根據該場地勘察資料和土樣力學報告，地層厚度及相關力學參數詳見表1。

表1 地層力學參數

3 基坑開挖及土釘選型布置

本文基坑采用分階段開挖的形式，放坡坡度為1:0.4，土釘隨基坑開挖階段進行施工布置，共分六個階段。其中，第一階段，基坑開挖深度至3.2m，第一層土釘設置在埋深1.5m 處；第二階段，基坑開挖深度至4.2m，第二層土釘設置在埋深3.0m 處；第三階段，基坑開挖深度至6.2m，第三層土釘設置在埋深4.5m處；第四階段，基坑開挖深度至7.2m，第四層土釘設置在埋深6.0m 處；第五階段，基坑開挖深度至9.2m，第五層土釘設置在埋深7.5m處；第六階段，基坑開挖深度至10.0m，第六層土釘設置在埋深9.0m處。此外，土釘與噴射混凝土面層間設置加強鋼筋，并與土釘螺栓連接；噴射混凝土面層鋼筋網直徑為φ8，間距為150mm；噴射混凝土強度等級為C20，面層厚度為100mm；坡面上下段鋼筋網搭接長度為400 mm；土釘墻墻頂采用細石混凝土護面。土釘其他相關選布參數如表2和圖3所示，土釘與土釘墻搭接處設置如圖4所示。

表2 土釘施工選布情況

圖3 土釘布置的剖面圖

圖4 土釘墻面層鋼筋搭接

4 基坑土釘墻支護安全性驗算

鑒于本文基坑土釘墻主要設置在地下10m以上的黏土層，利用理正巖土軟件建立基坑土釘墻施工計算模型，根據上述六個施工階段，共劃分六種計算工況（見圖5），分別計算出各工況條件下基坑安全系數，即：工況一條件下基坑安全系數為3.365；工況二條件下基坑安全系數為2.722；工況三條件下基坑安全系數為1.723；工況四條件下基坑安全系數為1.567；工況五條件下基坑安全系數為1.304；工況六條件下基坑安全系數為1.314?？梢钥闯?，隨著基坑的不斷開挖，其安全系數整體上逐漸減小，但都大于1.300，基坑坡體抗滑移滿足要求。同時，算得基坑抗傾覆安全系數為19.347，遠大于1.600，基坑抗傾覆滿足要求。此外，計算土釘長度均小于6.0m，滿足土釘設計要求。

圖5 基坑開挖及土釘墻施工工況

5 基坑土釘墻的施工與檢測[5-8]

5.1 土釘墻施工順序及要求

①第一步為按設計要求開挖第一層工作面，邊開挖邊修整坡面，坡面要滿足設計的放坡系數。

②第二步為成孔、安設土釘、注漿。成孔選用人工洛陽鏟成孔，孔徑100mm，鋼筋選用HRB400，注漿水灰比為0.5。

③第三步為安設連接件、綁扎面層鋼筋網、埋設面層砼厚度標識，噴射混凝土。鋼筋間距為150m，混凝土為C25，噴射厚度為100mm。

④第四步為進行第二層工作面的開挖，重復上述①—③步的工序，直至達到設計開挖標高。

5.2 混凝土噴射及注漿規定

①基坑邊坡分層分段開挖支護，每層開挖深度為1m。上層土釘注漿及噴射混凝土面層完成3天且到達設計強度的70%后，才進行下層基坑支護的施工。

②噴射混凝土應自下而上，噴射厚度每次50mm。

③噴射混凝土時，噴頭與坡面保持垂直，距離為1.0 m；待混凝土終凝2h后，開始養護3d。

④注漿前進行清孔，清除干凈孔內殘留或松動的雜土。

⑤注漿時，注漿管應插至距孔底約400mm 處，孔口部位宜設置止漿塞及排氣管。

5.3 土釘墻的檢測與監測

5.3.1 檢測要求

土釘采用抗拉試驗檢測承載力，同一條件下，試驗數量不少于總數的1%且不少于3 根。噴射混凝土厚度采用鉆孔檢測，每100m2墻面積為一組，每組不少于3點。

5.3.2 監測要求

基坑位移觀測基準點數量不少于兩點，且應設在影響范圍以外；監測項目在基坑開挖前應測得初始值，且不應少于兩次；監測項目的監控報警值日變化量為2mm，累計最大值為4H/1000=32mm；監測時間間隔可根據施工進程和深度確定；當變形超過報警值或監測結果變化速率較大時，應加密觀測次數；當有事故征兆時，應連續監測；當地下構筑物完工后即可結束觀測。

6 結語

本項目深基坑開挖采用土釘墻支護實施效果良好，施工簡單，成本較低，施工過程中對周圍已有道路的影響較小，成功維護了深基坑CD邊高坡的穩定性。通過此項目深基坑支護設計及施工可得出幾點結論。

①項目地質情況較好，上覆土層為紅粘土，含水率低，滲透性差；地下水位在巖石層下，增加了深基坑邊坡自身的穩定性。

②土釘與孔內砂漿形成了土中的加勁肋復合土體，顯著提高了土體的承載力，增強了邊坡的整體穩定性。

③土釘墻施工簡單，操作容易，利于縮短基坑邊坡支護的周期，可減少坡體土體長時間暴露坍塌的風險。隨基坑開挖逐層分段支護，不占或少占單獨作業時間，施工效率較高，占用周期短。逐層施工不需借用外架，不影響其他區域基坑開挖，適用于現場狹小，放坡困難且周圍有建構筑物的場地。