软土夹层中土钉墙实例及设计施工探讨

程 剑

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

软土夹层中土钉墙实例及设计施工探讨

程 剑

(北京市勘察设计研究院有限公司，北京 100038)

通过对北京某软土夹层区域土钉墙支护施工技术以及支护效果的介绍，着重研究了该工程施工中土钉墙支护体系出现的突发情况以及相关解决方法，根据对比分析拟建场区的地层物理力学性质参数以及采用相关专业软件对不同部位的土钉墙支护体系重新进行理论计算分析，推测土钉墙支护体系突变的原因，并针对土钉墙支护体系突变根源对软土夹层区域中土钉墙支护体系的设计及施工提出相关建议，以确保软土夹层中土钉墙施工安全性。

软土夹层，土钉墙，整体稳定，施工措施

0 引言

土钉墙支护结构具有施工方便、经济效益显著等优点，在北京地区基坑工程中已广泛应用。根据北京市地方标准[1]：土钉墙支护适用的基坑侧壁安全等级为三级，单一土钉墙支护深度不得超过10 m，当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。同时根据土钉墙的施工工艺要求对土钉墙的水文地质条件的适用性进行了规定。

土钉墙的作用机制是采用土钉形成复合土体，在土体中通过土钉锚固体与土的摩阻力约束土体变形，稳定土体。软土夹层中土钉锚固体与土的摩阻力、土钉墙受力等与硬土有明显差异，而工程设计往往按一般硬土地基进行设计，故在软土夹层地区土钉墙支护结构发生较大位移较为常见。

1 工程概况及地质条件

本工程位于北京市海淀区上庄镇，包括16栋住宅楼及地下车库，根据设计单位提供的数据：本工程基坑深度主要为9.89 m，占地约6.9万m2。

依据岩土工程勘察报告，拟建场区主要地层情况如表1所示。

表1 土层基本参数

拟建场区水位地质条件如表2所示。

表2 场区地下水情况

基坑深度范围内，共揭露3层地下水，为潜水、层间水(一)和层间水(二)。

2 基坑支护设计及施工情况

2.1 基坑支护体系设计

表3 复合土钉墙设计参数

考虑到本工程所处场地较为空旷，根据基坑形状、面积、开挖深度、地质条件及周边环境等情况，确定基坑侧壁安全等级为二级，主要采用复合土钉墙支护体系。基坑支护平面图见图1，复合土钉墙设计参数见表3。复合土钉墙支护剖面图见图2。

2.2 基坑支护体系施工情况

基坑工程施工过程简述：本工程从2014年6月初施工，受施工期间雨季影响，为避免雨水对坡面的冲蚀，土钉墙施工流程调整为：

土方开挖→面层喷锚→土钉施工。2014年8月初基坑支护体系施工完毕，共历时约2个月。

工程施工期间现场布置约70余组水平及竖向变形观测点，除图3所示区域外，其余部位监测点位移均满足设计及规范要求，最大位移不超出30 mm。从施工整体看，基坑位移控制较好，对周边环境影响也比较有限。

基坑监测异常情况说明：(一)～(三)：基坑土方开挖至槽底以上30 cm处，第六步土钉墙面层喷锚当天施工完毕，土钉尚未进行施工，在没有任何明显征兆的情况下，第二天清晨发现基坑上口外2.0 m～3.0 m及5.0 m～6.0 m处突现宽度1.0 cm～2.0 m裂缝，土钉墙面层下口处出现较大位移，而在转角部位则出现明显撕裂(见图4)。

基坑监测异常区域处理措施：根据基坑监测数据变化情况：(一)～(二)区域进行地面以下2.0 m土方卸载、钢管桩超前支护处理措施，(三)区域采取增加坡顶地锚、坡脚堆土反压的加固措施，处理完毕后基坑监测数据趋于稳定(见图5)。

3 软土夹层对土钉墙的影响分析

3.1 整体稳定性核算及分析

运用启明星基坑支护结构分析软件对监测正常区及异常区域土钉墙支护结构进行对比计算，地层参数及计算结果如表4所示。

表4 地层概化参数表

根据各开挖工况的最危险圆弧滑裂面的计算机程序分析结果：边坡土质较差的监测异常区，土钉支护结构的最危险滑弧面并不通过坡脚，而是从坡底下软弱下卧层(③2层有机质粘土～有机质重粉质粘土)底部通过(见图6)。

根据计算结果(见表5)、岩土工程勘察报告及现场施工情况，推测边坡变形原因如下：第六排土钉施工工作面为③层粉质粘土～重粉质粘土、③2层有机质粘土～有机质重粉质粘土，其中③2层物理力学性质较差，在上部土体自重荷载作用下，一定时间内的自稳能力不能满足原设计要求，在该排土钉施工前发生蠕变，产生侧向位移，进而引起上部硬土土层受力状态突变，同时受该区域土钉墙整体稳定性的影响导致边坡整体水平位移突变。

表5 安全系数计算结果

3.2 软土夹层中土钉墙设计思路及相关措施

分析现阶段土钉墙设计计算的多种计算方法，土钉墙设计及施工过程中存在以下缺陷：

1)对于复杂的地质条件下土钉墙在稳定方面目前的分析方法尚未完善，位移分析方面更缺少可靠实用及较高精度的方法。

2)地下水的可能存在对土钉墙设计及施工具有极大影响，地下水可以通过物理和化学的作用改变土体结构，影响地层物理力学性质，还可以通过对土体孔隙水压力的作用，使土体有效应力减小、土体抗剪强度降低，故需处理好地下水对其的影响，否则不仅会给其施工造成极大困难，还会对土钉墙支护体系造成极大的破坏。

为最大可能规避设计缺陷对边坡安全的影响，通过分析本工程土钉墙实例，对于存在软土夹层区域的土钉墙建议可采用以下设计思路及相关措施：

1)最大程度上合理概化地层。

土钉墙设计计算前，尤其在可能存有软土夹层的区域，应仔细进行实地调查与地质情况研究，包括周边地区成功与失败的经验，不能凭以往设计经验简单的进行地层概化，尽可能减小软土夹层的存在对边坡造成的安全隐患，避免紧急情况的发生。同时在进行概化地层时应当将软土夹层单独划分出来，分析沿软弱面滑动的可能性，以便在设计时采取适当的措施。

2)土钉抗拔试验。

土钉墙的整体稳定性与土钉抗拔力息息相关，如何合理确定软土中土钉的极限粘结强度，进而确定土钉的极限抗拔承载力，是保证土钉墙设计和边坡安全的基础。工程实践中针对软土夹层的土地的土钉抗拔试验尤为重要，不能凭施工经验或套用其他试验结果。

3)下卧层计算。

软土夹层区域的土钉墙计算除按规范要求验算土钉墙本身的安全系数外，必要时需对土钉墙软弱下卧层本身稳定性进行验算，同时根据计算结果选择是否对软弱土层进行加固，避免施工过程中出现下卧层滑移现象。

4)加大上部土钉长度。

土钉在受力状态下，必然会产生变形，进而地表可能会出现裂缝，裂缝一旦渗水，就可能引起更大的变形，通常情况下土钉墙的上部变形最大，故控制上部土钉的长度就显得尤为必要，增加上部土钉的长度可以增加土体的强度和土钉的抗拔力，减小墙体的水平位移和沉降变形。

5)减小软土夹层中土钉间距。

按照土钉受力分析，土压力与基坑开挖深度成正比，下部土钉所受的土压力较上部土钉大得多，在软土夹层中宜减小软土地层中土钉间距，加大土体中土钉锚固体与土的摩阻力，约束土体变形，稳定土体。

6)增加超前支护结构。

钢管桩及其他类型的微型桩是常见的土钉墙超前加固结构形式，其有助于开挖前下部软土夹层加固，改善土钉施工期间土体自稳能力，同时可以促进各层土钉的协调工作，防止开裂，较小位移。如槽底以下有软弱夹层时，微型桩桩底应超过坡底软弱土层进入相对较好土层，可较好限制软土层侧向位移。

7)预应力锚杆的应用。

对于支护结构位移控制要求相对较高的工程，可以增加预应力锚杆的设置，减小土钉墙中土钉受力，有效控制土钉墙的位移。

8)针对性的施工措施。

软土因其特殊的物理力学性质：土体的低渗透率，常规的降水措施往往达不到预期效果，而土钉施工的水泥浆也很难与土体形成致密的结合体，造成土钉的抗拔力达不到设计要求，故有针对的选择施工降水方法和注浆方式是保证土钉墙设计准确及施工安全的重要措施之一。

9)良好的施工配合措施。

土钉支护要求快速施工，每一层从开挖到支护完成的时间越短，地层变形就越小，边坡的稳定性就好。在软土地区基坑的变形随土钉施工时间的增加而增大，故严格控制土方施工顺序，尽量减少边坡的暴露时间，同时采取分段开挖，在时间和空间上同时协调控制可有效减少基坑的变形。

10)针对性的监测措施。

针对性的监测措施是软土夹层区域土钉墙设计及施工的重要补充手段，除常规的坡顶水平及竖向位移监测外，可根据实际情况增加坡面的水平位移监测、坡脚的竖向位移监测以及深层水平位移监测，确保设计的准确性及施工的安全性。

[1] DB 11/489—2007，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[3] 张 斌，丁建华.软弱土层基坑土钉支护事故分析与处理[J].江苏建筑，2013(154)：87-91.

Inquiry on soil-nailing wall examples in soft soil interlayer and design construction

Cheng Jian

(BeijingSurvey&DesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100038,China)

Through introducing soil-nailing support technology in the soft soil interlayer region of Beijing and its support effect, the article mainly studies engineering construction emergent conditions and relevant solving methods in the soil nailing wall support system. According to comparative analysis, it simulate field stratum physical stress parameters and applies relevant professional software, carries out theoretical computation analysis for various soil nailing wall support system, and induces emergent soil nailing wall system causes. In light of emergent soil nailing wall support system sources, it puts forward corresponding design and construction suggestions for soil nailing wall support system in soft soil interlayer area, with a view to guarantee soil nailing wall construction safety in soft soil interlayer.

soft soil interlayer, soil-nailing wall, integral stability, construction measures

2015-08-25

程 剑(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0064-04

TU447

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