复合土钉墙在黄土地层基坑支护中的应用

韩 琨，李建文

(1.中国地质大学〈武汉〉，湖北 武汉 430074;2.中煤科工集团西安研究院，陕西西安 710077)

复合土钉墙在黄土地层基坑支护中的应用

韩 琨1，2，李建文2

(1.中国地质大学〈武汉〉，湖北 武汉 430074;2.中煤科工集团西安研究院，陕西西安 710077)

概述了黄土质基坑的破坏成因，并以某电厂翻车机室基坑的支护为例，概述了场地的工程地质概况以及选用的支护方式，根据土质基坑的破坏模型进行基坑的稳定性验算并调整设计参数，确定最终设计方案。同时介绍了支护方案，即复合土钉墙的施工技术应用，基坑的变形监测;总结了施工经验和体会。

黄土地层;基坑支护;复合土钉墙;设计计算;施工技术;变形监测

0 引言

第四系黄土地层在陕西省境内广泛存在，因此在工程建设基础开挖的过程中会形成较多的黄土质基坑，且该地区原状黄土地层自立高度高，土坡稳定性好，因此在建设过程中往往忽略了基坑的支护问题。但原状黄土地层垂直节理较发育，垂直方向渗透率较大，如在外界的诱因下，包括较大降雨、人为的集中浸水，均易造成基坑的失稳滑塌，近年来该地区发生多起由于黄土质基坑或边坡未支护造成的安全事故，成为血淋淋的教训。因此，在建设过程中，为保证工程的安全施工，应在基坑开挖过程中对基坑及时进行支护治理。

1 工程概况

本基坑位于某电厂厂区内，厂区北高南低，属千河北岸Ⅱ级阶地，拟建翻车机室基坑坑底开挖线34 m×31 m，基坑开挖深度18.5 m，输煤道基坑开挖深度最低至16.5 m。基坑东侧距基坑顶开挖线2.1 m为厂区公路，西侧距基坑顶开挖线13.7 m为宝中线铁路，南北两侧基坑顶开挖线向外10 m范围内无建筑物。

基坑开挖平面图见图1。

图1 基坑开挖平面图

依据工程地质勘探资料，本基坑需揭露的地层有10层，其物理力学参数如表1所示。

根据场地岩土工程勘察报告，地下水位埋深在⑨层卵石层以下，即基坑开挖面以下。所以本基坑设计未考虑降水。

2 设计方案

2.1 设计计算

表1 地层物理力学参数

本基坑开挖深度达18.5 m，属于大型深基坑，由于基坑顶部现有公路、铁路以及已有管架的条件限制，放坡坡率只能控制在1∶0.3以内，且由于基坑底部有一层厚度2.2～12.2 m的卵石层，考虑到如基坑支护采用灌注桩，成孔会有一定难度，且造价高，工期较长，一旦支护方案不合理造成开挖过程中的质量安全事故及工期延误，造成不必要的经济损失。

在充分理解和认识该基坑的边界条件和治理要求后，支护方案拟采用复合土钉墙的主动防护方式。根据土质基坑的破坏模型，在进行设计计算时，先按以往设计经验进行工程措施的布设，然后采用圆弧滑动条分法进行整体稳定性验算，经反复验算获得最优方案。计算简图如图2。

图2 整体稳定性计算简图

2.1.1 整体稳定性验算式中:γk——整体滑动分项系数;n——滑动体分条数;Cik——第i分条滑裂面处土体固结不排水剪粘聚力标准值，kPa;Li——第 i分条滑裂面处弧长;s——计算滑动体单元厚度;wi——第 i分条土重;q0——基坑上部荷载，kN/m;bi——第 i分条宽度;θi——第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角;φik——第i分条滑裂面处土体固结不排水剪内摩擦角标准值，(°);m——滑动体内土钉数;Tnj——第 j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力，kN;αj——土钉与水平面之间的夹角;θj——第 j根土钉与土层的夹角;γ0——基坑侧壁重要性系数。

2.1.2 土钉极限抗拉力

式中:dnj——第j根土钉锚固体直径;qsik——土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准值;lni——第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。

代入地层物理力学参数，采用理正深基坑软件进行反复验算后确定基坑的支护方案如下(参见图3)。

图3 边坡治理剖面图

(1)为保证基坑上部建(构)筑物的安全运行，基坑放坡综合坡率控制在1∶0.3以内;

(2)基坑采用复合土钉墙支护，即土钉和锚杆隔层布设，减小基坑水平和垂直位移，改善单纯土钉墙坡口位移较大对上部建(构)筑物的不利影响;

(3)坡面挂网喷射混凝土防护。

2.2 技术参数选择

(1)基坑顶部3 m按1∶0.1放坡，设1 m宽平台，下部15.5 m按1∶0.3放坡。

(2)坡面共布设5排锚杆、8排土钉，基坑第一级边坡布设2排土钉，横向、纵向垂直间距均为1.2 m;基坑第二级边坡锚杆、土钉隔层布设，横向间距1.5 m，纵向垂直间距1.4 m。锚杆L=18、16 m，Le=8 m，施加预应力120 kN;土钉长度分别为10、13、15 m。

(3)坡面挂网喷射混凝土防护，喷射混凝土厚度100 mm，配单层网片φ8@200，锚杆、土钉位置横向配通长加强筋2φ16，压于锚杆垫板下或土钉弯钩下。

(4)复合土钉墙每隔12 m设置一条竖向伸缩缝。

3 施工技术

3.1 施工工艺流程

按设计基坑坡率分层开挖→钻土钉(锚)孔→锚杆安装与固结→制作钢筋网片→安装钢筋网片→喷射混凝土(预留面层泄水孔)→锚杆张拉→锁定锚杆→封堵锚头→进入下一循环。

3.2 关键工序施工注意事项

3.2.1 土钉墙工程

土钉墙施工随工作面开挖分层施工，开挖应配合施工进行，分层开挖高度≯2 m，严禁超挖。每层开挖的纵向长度≯15 m。每层土钉施工完成，水泥砂浆或喷射混凝土强度达到设计强度的75%后，再进行邻近或下一层的土体开挖，进行下一段的土钉墙施工。进行下一层的开挖过程中，应采取措施防止碰撞已完成的支护结构。

3.2.2 锚杆(土钉)施工

锚杆(土钉)制作过程中先清除钢筋上的污物、锈斑后做防腐处理。锚杆自由段涂防腐剂后，再涂黄油套塑料管。制好的锚杆(土钉)平顺地放在工作台架上，不能放在地上，不得沾上泥土、油污等任何杂物。注浆必须采用孔底注浆法，浆液为强度≮M25的水泥砂浆，要求浆液饱满密实，必要时应进行补浆。注浆材料初凝前不得移动锚杆(土钉)。锚杆张拉时应对锚杆伸长及受力做记录，核实伸长与受力是否相等。

3.2.3 喷射混凝土施工

挂网喷射混凝土面层分两次施工，先喷射第一层50 mm，养护7天，清洗混凝土表面后安装钢筋网片，喷射第二层面层混凝土50 mm。浇水养护在混凝土终凝后2 h开始，以保持混凝土表面湿润。钢筋网片与土钉(锚杆)应连接牢固。

3.2.4 排水工程

喷射混凝土面层预埋泄水管排出坡体水;基坑顶部修筑截水沟，拦截基坑外汇水;基坑底部沿坑边设置排水渠，基坑四角设置集水坑，保证坑内流水有序的排入集水井后集中排出坑外。

4 变形监测

该支护工程基坑深度大，基坑变形量相对同类型浅基坑大，如在施工过程中由于地层或外界因素发生变化造成突发事件后果严重，因此在施工过程中，进行基坑的水平位移和垂直位移监测非常必要。基坑支护工程施工完成后，由于翻车机室结构施工工期较长，因此在支护结构运行期间也应对边坡水平位移和垂直位移变化进行定期监测。监测严格执行《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497－2009)的规定。

整个施工过程中，基坑四周道路稳定，无开裂现象发生，基坑坡口位移量均在允许范围之内。

5 结语

经过4个月的施工，该电厂翻车机室18.5 m深基坑支护工程顺利完成，通过本工程的成功实施，笔者总结有如下体会。

(1)黄土地层采用土钉墙支护的同时必须结合良好的排水措施:坡面设置坡体排水措施，坡顶做好排水构造物，防止坡顶淤积水持续浸入土体改变土体性质进而影响到支护结构的效能。

(2)复合土钉墙技术是将土钉墙的部分土钉替换为预应力锚杆，从而减小了坡体位移量，改善了土钉墙坡体位移量较大的弊病。

通过本次超深基坑的成功支护，为以后同类地区相似工程的设计施工提供宝贵经验。

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Application of Composite Soil-nail Wall in Foundation Pit Retaining in Loess Strata

HAN Kun1，2，LI Jian-wen2(1.China University of Geo-science，Wuhan Hubei 430074，China;2.Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Corp，Xi’an Shaanxi 710077，China)

The paper summarized the damage causes of loess foundation pit，and took the example of a retaining project to sum up the geological situation of construction and the retaining methods.Based on the foundation pit damage model，the stability computation was made and designing parameters were adjusted to determine the final scheme.The retaining scheme was introduced including the application of composite soil-nail technology and monitoring on the foundation pit deformation.The construction experience was also presented.

loess stratum;foundation pit retaining;composite soil-nail wall;design calculation;construction technology;deformation monitoring

TU473.2

A

1672－7428(2011)10－0053－03

2011－03－18

韩琨(1977－)，女(汉族)，陕西蓝田人，中煤科工集团西安研究院高级工程师，岩土工程专业，从事岩土工程设计及施工工作，陕西省西安市高新产业开发区锦业一路82号。