摘要：隨著我國城市化進程的不斷加速，城市建筑空聞愈加狹窄，地下空間的開發(fā)利用工程逐漸增多。在眾多地下施工技術(shù)中土釘支護技術(shù)具有投資少、工藝簡單、施工機具靈活等特點，因此該技術(shù)受到廣大建筑施工技術(shù)人員的青睞，在我國建筑領(lǐng)域被逐漸地推廣和應(yīng)用。本文主要結(jié)合工程實際，介紹了土釘墻在地下室基坑支護中的應(yīng)用，可供大家技術(shù)交流。
1.前言
土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結(jié)合，形成一個類似重力擋墻以此來抵抗墻后的土壓力；從而保持開挖面的穩(wěn)定，這個土擋墻稱為土釘墻。土釘墻是通過鉆孔、插筋、注漿來設(shè)置的，一般稱砂漿錨桿，也可以直接打入角鋼、粗鋼筋形成土釘。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網(wǎng)加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網(wǎng)加固邊坡或噴錨網(wǎng)擋墻，建筑基坑與護坡技術(shù)規(guī)程JGJ120－99正式定名為土釘墻?，F(xiàn)代都市建筑一般都帶有地下室，但是，由于場地狹窄，常常給地下室開挖造成很大困難。因此，基坑支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，已成為當(dāng)前高層建筑基坑施工的熱點與難點，成為影響整個工程造價及進度的關(guān)鍵。當(dāng)施工場地狹窄，基坑深度又不太大時，土釘墻是一種較為經(jīng)濟實用的支護型式。它的特點是：施工簡便、所需工作面小、比較經(jīng)濟節(jié)省，而且與基坑開挖同步施工，節(jié)約工期。
2.工程實例
海南某工程建筑物最大高度68.08m，總用地面積16108m²，總建筑面積73008m²，其中地室面積13880m²。擬開挖基坑周圍場地十分狹小，基坑邊線距原有居民樓僅0.60～1.50米，擬開挖基坑深4.0M，基坑占地面積約15000m2。
根據(jù)現(xiàn)場場地條件，經(jīng)過比較多種支護方案，最后確定本工程采用土釘墻支護，土釘墻坡角為82°。
2．1土釘墻設(shè)計
設(shè)計條件：工程地質(zhì)條件良好；但場地十分狹窄；基坑與周邊原有建筑距離物十分逼近，而且，原有建筑相對較高、又較為殘舊；基坑坡頂需考慮地下室施工時的材料場內(nèi)二次運輸及少量堆放。
設(shè)計參數(shù)：考慮施工過程中材料的場內(nèi)二次運輸及少量堆放，地面荷載?。簈1=20.0KN/m2；二級鋼筋ftk=335N/mm2，土釘墻坡角β=82°，基坑深度H=4.0ｍ，根據(jù)地質(zhì)資料，其余設(shè)計參數(shù)選取如下：
內(nèi)摩擦角k=14.6°土重度ｒ=19.5KN/m3
土釘與水平面角度=10o土釘孔徑 dn=110mm
土釘排距、列距Sy=Sx=1.2m土釘拉力分項系數(shù)γs=1.3
土釘與土體之間的界面粘結(jié)強度qs=30.6KPa
計算公式：
1.25Τk≤Τu
Τk=ζeaksxsz/cos
ζ=tg
Τu=eak=e1+eq
e=ζq1e=0.55ζｒH
式中：Τuj—土釘抗拉承載力設(shè)計值
Τk—土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值；
ζ—荷載折減系數(shù)；
eak—土釘長度中點所處處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；
eq—地表均布荷載引起的側(cè)壓力；
e1—土釘長度中點所處深度位置上土體自重引起的側(cè)壓力；
?、儆嬎阃玲旈L度
ζ=tg=0.60
土釘長度中點所處深度位置上土體自重引起的側(cè)壓力：
e=0.55ζｒH=0.55×0.60×19.5×4.0=25.74KN/㎡
施工用均布荷載引起的側(cè)壓力：
e=ζq1=0.60×20.0KN/㎡=12.00KN/㎡
土釘長度中點所處深度位置上的側(cè)壓力：
eak=e1+eq=25.74+12.00=37.74KN/㎡
土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值
Τk=ζeaksxsz/cos=0.6×37.74×1.2×1.2÷0.98=51.05KN
土釘穩(wěn)定區(qū)錨固段長度：
L=γsΤu/πdnqs=1.3×51.05/(3.14×0.11×30.6)=6.28m
土釘滑移區(qū)長度：
L1=tg（45°-φ/2）×（H-h）或：L1=0.3H(取較大值)
h--地面至土釘距離
距地面0.80ｍ處土釘滑移區(qū)長度為例（此處滑移區(qū)長度最大）：
L1=tg（45°-φ/2）×（H-h）=tg37.70×（4.0–0.8）=2.47m
或：L1=0.3H=0.3×4.0=1.2m(取L1=2.47m)
土釘總長度應(yīng)為：
L=L1+L2=6.28+2.47=8.75m(取土釘長度9.0m)
?、谟嬎阃玲斨鹘钪睆?/div>
1.5eaSxSy≤
1.5eaSxSy=1.5×34.74×1.2×1.2=75.04KN/㎡
=3.14×335÷4=262.98mm2
d≥=16.89mm
取一、二排d=22mm；三排d=20mm
③土釘墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算
1.5γ0Eaha≤(b0+b)W
W—為土釘墻自重
γ0—工程重要性系數(shù)(取γ0=1.0)
1.5γ0Eaha=1.5×1.0×50.03×1.61
=120.82KN
(b0+b)W=0.5×(0.56+6.28)×6.28×4.0×19.50=1675.25KN
1675.25≥120.82(土釘墻體安全)
經(jīng)過上述計算土釘支護參數(shù)為：
從地面開始梅花形布置三排土釘，排距1.2m，間距1.2m；
第一排 Φ22L=9000B=1200
第二排 Φ22L=9000B=1200
第三排 Φ22L=9000B=1200
L--土釘長度，B--土釘水平間距；
?、芡玲攭γ鎸釉O(shè)計
土釘支護的面層作用主要是限制土釘之間土體的變形，將土體側(cè)向壓力有效地傳遞給土釘，并調(diào)整相鄰?fù)玲數(shù)氖芰顟B(tài)。根據(jù)全長注漿土釘?shù)氖芰Ψ治黾肮こ虜?shù)據(jù)測試，土釘端部和面層受力較小，面層厚度不必太厚。
面層參數(shù)取為：
網(wǎng)筋φ6@300×300（雙向），噴射混凝土厚度為100mm、強度C20。
面層噴射混凝土配比為：
水泥1：砂2.3：碎石2.3：水0.4。
由于土釘注漿體強度遠(yuǎn)比土體強度高，因此土釘支護設(shè)計中注漿體強度不是控制參數(shù)。
土釘注漿視情況采用孔底或口部加壓注漿，第一排土釘采用低壓注漿，注漿壓力為0.1Mpa，第二、三排土釘注漿壓力為0.3～0.4Mpa。
注漿配比為：水泥1：砂0.3：水0.45，并添加合適添加劑
基坑監(jiān)測：
沿基坑頂根據(jù)周邊情況每隔20m左右設(shè)置一個位移觀測點；測精度應(yīng)不低于三等精度（即水平位移測量變形點的點位中誤差為±6.0mm），水平位移預(yù)警值為0.36%h、允許值為0.50%h（h為基坑深度）。
當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時，應(yīng)及時與甲方、設(shè)計和監(jiān)理聯(lián)系：坡頂、底面或周邊構(gòu)筑物等出現(xiàn)裂縫或坡頂位移較大且位移不穩(wěn)定、不收斂或超過設(shè)計預(yù)警值和允許值等相應(yīng)的規(guī)范要求。
施工過程中，應(yīng)通過目測、巡查或其它監(jiān)測手段等多種形式，對基坑變形進行全面了解和監(jiān)控，及時了解和監(jiān)控周邊建筑物和道路等設(shè)施的安全情況。
2．2土釘墻施工
土釘墻施工工藝流程：
?、僦棋^：
錨桿質(zhì)量要求：錨長誤差10cm；桿體每隔2m做對中架；錨桿搭焊長度≥5d，雙面焊；
?、陂_挖：
土釘墻支護的特點是邊開挖邊支護。為了保證基坑邊壁在開挖過程中土體應(yīng)力場和應(yīng)變場不產(chǎn)生大變化，因此，對土方開挖有嚴(yán)格要求，挖土必須分層分段開挖。層厚為1.2m(即錨桿排距)。嚴(yán)禁超挖，嚴(yán)禁上層噴射混凝土面層和注漿體尚未達到一定強度時就開挖下層，以免造成邊壁坍塌。
?、坫@孔
采用機械成孔和洛陽鏟成孔相結(jié)合。
技術(shù)質(zhì)量要求：孔徑11cm；孔深允許誤差-20cm；成孔角度為8°～12°；單孔遇障礙物時可在50cm內(nèi)調(diào)整。
?、茏{
技術(shù)質(zhì)量要求：配比如下：水泥：砂：水為1：0.3：0.45，并加適宜外加劑；注漿壓力≥0.3MPa；水泥應(yīng)采用新標(biāo)準(zhǔn)32.5級普通硅酸鹽水泥。
?、菪奁旅?/div>
注漿后人工修整坡面；定點、放線確保坡面平整，由于本項目地下室施工工作面十分狹窄，部分區(qū)位僅300mm，為保證地下室結(jié)構(gòu)工程正常駐施工，應(yīng)嚴(yán)格控制坡面到地下室外墻體距離。
⑥編網(wǎng)及焊接
技術(shù)質(zhì)量要求：網(wǎng)筋ф6@300×300；網(wǎng)筋搭接為點焊、綁扎；錨頭"L"字型，焊接連接。
?、邍娚浠炷磷o面
鋼筋網(wǎng)片和錨桿頭焊接好以后，立即進行噴射混凝土作業(yè)。噴射時，噴槍距作業(yè)面控制在1.5-2.0m距離，水灰比、所用材料必須符合設(shè)計要求。噴射混凝土的程序是，混凝土噴射機將水泥砂石料、添加劑均勻通過管路，用風(fēng)壓送到作業(yè)面。在作業(yè)面的槍頭出口處有一注水裝置，水和水泥砂石在槍頭處通過風(fēng)壓在向外噴射時均勻的混合在一起，噴至作業(yè)面。?
技術(shù)質(zhì)量要求：材料：普425#水泥、砂、碎石或豆石(粒徑小于15mm)；配比：(水泥)1：(砂)2.3：(石)2.3：(水)0.4：3%速凝劑(水泥重量比)；配料的攪拌：上料前初拌，上料后水泥砂石經(jīng)過噴漿機和輸送料管混合，即可達到均拌目的；混凝土強度C20；噴射前坡面作噴射厚度標(biāo)記，噴射混凝土面層厚度為10cm。
⑧開挖下層
開挖下層土方時間與上層噴射混凝土面層強度、注漿強度、地質(zhì)條件、邊壁位移量有關(guān)，根據(jù)本項目具體情況，上層混凝土面層噴射24小時后方可進行下層土方開挖。
?、嶙冃斡^測
在基坑降水當(dāng)日起實施變形觀測；基坑開挖過程中，每天對基坑變形情報況進行觀測，基坑開挖結(jié)束一個月后觀測間隔改為7天；地下室土方回填完成后結(jié)束了觀測。
觀測過程中詳細(xì)記錄了觀測基準(zhǔn)點和變形觀測點的位置、編號、觀測日期、本次觀測值和累計觀測值，并繪制基坑變形曲線，了解基坑變形趨勢；變形觀測結(jié)束后，將上述觀測資料編制成表，并附文字說明整理歸檔。
3.結(jié)束語
一般護坡措施均基于支擋護坡的被動制約機制，以擋土結(jié)構(gòu)承受其后的土體側(cè)壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎(chǔ)的復(fù)合土體。不僅效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。本工程中應(yīng)用土釘墻施工技術(shù)，在保證安全的前提下，做到了工期最快、質(zhì)量最好、造價最小，有效地解決了本工程場地狹窄的問題。
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