明挖隧道深基坑支护中关于土钉墙+排桩的相关问题探讨

文/汪亚 建设综合勘察研究设计院有限公司安徽分院 安徽合肥 230000

随着城市化进程不断加快，导致可用的建设面积逐渐缩小，地上用地已经不能满足建设需求，因此大量地下空间被开采使用。在进行地下开采的过程中，基坑工程的支护是一项重点内容，具有一定难度系数，不但需要保证支护结构的安全性，同时还应避免对周围建筑物造成影响和破坏。

在深基坑支护工程中土钉墙+排桩技术已经得到广泛应用。一般来说，对于深度较小、对于基坑周边没有严格要求的边坡支护更适合应用土钉墙喷锚支护，而排桩则在不同要求的边坡中都可应用，但是所需成本较高。

1、土钉墙喷锚支护和排桩支护的原理

1.1 土钉墙喷锚支护

土钉墙喷锚支护结构综合了土钉与钢筋网喷射混凝土的优点，为基坑边坡进行柔性支撑。在高压气流的影响下混凝土与钢筋网形成一个整体支护面层，进而对面层和被支护土体起到嵌固作用，缓解边坡承载的压力，合理控制位移程度，为边坡稳定性提供保障。土顶嵌入土体之内，并进行固定，与土体形成复合性重力构造，使边坡整体的土体强度得以提升。钢筋网则对喷射混凝土面层及土钉应力进行调整，提高支护体系的柔和度，使其更具整体性。这种技术实现了土体荷载用于支护的效果，从被动支护转化为主动支护。

1.2 排桩支护

排桩支护能够在多种地质环境下应用，尤其在深基坑中应用较为广泛，用于排桩挡墙的制作，具有较强的支护刚度、且具有较强的抗弯性，不会产生较大的变形，在施工的过程中无挤土和振动的情况发生，不会对周围建筑物造成较大影响。如果桩端嵌入过深的深度或则采用的悬臂装为单独式，那么将会影响施工的经济性与可行性。对于对基坑的变形有极高要求的情况下，通常将护坡桩和预应力锚杆（或锚索）相结合的方式进行支护，也就是常说的桩锚支护，并将腰梁横向连接于预应力锚索。受力形式由单头固定转变成简支梁体系，有效控制变形情况，具有良好的支护效果。

2、工程背景

2.1 工程概况

以某高速公路建设为例，公路全长为174.8km，施工采用明挖暗埋隧道，隧长度为1200m，在隧道的K35+080-180段，周围不设有重要的管线和建筑物，基坑为长条状，长度为100m，宽度为34m，深度为12.4-14.0m左右，基坑边线和用地红线的间距为9.0m，将排桩冠梁施工和坡顶截水沟的施工空间除外，可用于土钉墙施工的宽度为6.5m。此工程基坑内的土质以黏土为主，且多为硬黏土。

2.2 支护方案

根据施工的水文条件、地质状况、周边环境设施以及基坑深度等情况，决定采用上部土钉墙，下部排桩+钢管支撑的方案进行支护。并将基坑中间设置一排立柱，避免跨度较大影响钢支撑稳定能力。

2.3 主要支护参数

上部土钉墙：墙高度为6.5m，土钉墙坡度为1：10，相邻土钉的距离为1.5＊1.5m，且布设成梅花状，长度为6.0m。选用C20的混凝土用于面层喷射，同时在内部设置一定的钢筋网。

下部排桩+钢支撑：桩距为1.6m，桩径长1.2m，桩顶标高与土钉墙底部持平。桩长15.0m，嵌固深约7.5m，桩顶的冠梁长为120cm、宽为80cm，并将钢管设在桩间用于支撑，与桩顶的距离为2.5m。

2.4 工况计算

为了对此工程支护体系进行施工的力学研究，采用施工过程全模拟的形式，将应力学初始计算土体开挖和支护的施工等进行综合分析，根据实际开挖方案开始数值模拟，比如排桩支撑和换撑的施工的计算。计算概况如下：工况1为初始地应力平衡，应力场保留，清除速度场和位移；工况2a为将土方挖至低于第一层土钉的0.3m之下；工况2b为第一层土钉施工，土方挖至第二层土钉的0.3m之下；工况2f为土方挖至排桩顶部，最后一层土钉开始施工；工况3为排桩和桩顶冠梁的施工，应力场保留，清理速度场和位移；工况4为土方挖至支撑底部；工况5为进行钢支撑架设，基坑底部的土方开挖；工况6为底板制作、部分墙位于钢支撑喜爱0.5m处；工况7为钢支撑架设和换撑，将原钢支撑拆除。

2.5 结论

通过土钉墙的相应计算可以知道土钉墙i越小，土钉墙的稳定性越强，但位于下部的排桩发生位移也就较大，导致支护费用增加。土钉墙破壁越大，所需的土钉长度也越长，这样才能使其稳定滑动。因此，选取土钉墙坡比时还应充分考虑下部排桩和自身的整体稳定性。

3、土钉墙+排桩支护的优点与缺点

土钉墙+排桩支护更适合应用在基坑深度不太深、四周存在较小的既有荷载同时对变形要求较高的边坡支护当中。相较于单一的土钉墙支护或者桩锚支护来说，其具有一定支护优势：首先，其能够有效掌控基坑边坡变形程度，对变形情况进行检测合理对土钉结构进行调整，能够灵活增设锚索或锚杆，操作性较强；其次，融合了土钉墙支护与桩锚支护的双重优势，也就是说既具经济性又具安全性；再次，结构相对简单，便于施工操作，对场地大小没有过多的要求；最后，由于基坑施工涉及到的管道、围墙、道路等较多因素，而土钉墙+排桩支护技术不会对此类因素造成过大的影响，因此值得推广使用。

除上述优势之外，其也存在不可避免的缺陷。具体表现在：首先，其施工工艺较为简单，适用范围具有局限性，仅仅适合在较好的土质中及含砂厚度较小的边坡支护中；其次，土钉的排数要比普通锚杆或锚索要多，面层刚度与大口径排桩相比要小一些，对土方开发施工及工艺有较高的要求；再次，应保证图定向与排桩之间的作用协调，在设计方面还处于经验期；最后，计算理论还有待进一步完善，在实际施工时，还需对桩顶和既有建筑物加大变形监测力度。

结语：

综上所述，在明挖隧道深基坑支护中应用土钉墙+排桩技术具有一定的优势，但是选择支护方案时还应充分考虑工程的地质条件和水文情况等，保证应用的合理性。在实际应用时，还应保证土钉墙技术与排桩技术各方面参数的合理确定，只有做到各环节严谨，才能使土钉墙+排桩技术发挥优势，提高基坑的稳定性。但是这种支护方式也存在一定局限性，对此还应加大研究力度，逐步进行完善。总之，合理的运用土钉墙+排桩技术能够有降低工程造价，缩短工期，促进工程顺利开展。