软土地基深基坑支护中土钉支护技术应用

张立中 于付强

（辽宁中厦建设工程有限公司,辽宁 鞍山 114031）

土钉支护技术是一种新型挡土技术，其应用实质是将土钉安装在基坑周围土体上，通过多个土钉起到群体作用，实现对其支护。当前这一技术在基坑支护中的应用十分广泛，但针对软土地基深基坑类型中这一技术的应用相关研究较少，基于此，本文开展基于土钉支护技术的软土地基深基坑支护设计研究。

1 软土地基深基坑支护设计

1.1 土钉支护结构参数选择

本文在对软土地基深基坑支护时，引入土钉支护技术，对其支护结构的相关参数进行设定。参数指标主要包含土钉本身制作材料、长度、土钉倾斜角度等。将安装土钉的整个土体看作一个完整的重力式挡土墙结构，因此单独一个土钉的长度与整个支护结构之间存在一定关系，并且在实际施工过程中，土钉的长度设定应当能够在应用中满足完整穿过基坑周围土体失稳临界面[1]。综合上述需求分析结果，对土钉长度比、土钉粘结比、土钉强度比等参数进行选择。长度比参数计算公式为：

公式（1）中，L 表示土钉长度比参数；I 表示土钉长度；H 表示软土地基深基坑支护高度。粘结比参数计算公式为：

公式（2）中，T 表示土钉粘结比参数；D 表示钻孔孔径；A 表示每一个土钉所承担的土体垂直地面方向上的面积。强度比参数计算公式为：

公式（3）中，P 表示土钉强度比参数；d 表示土钉钢筋结构横截面直径。根据上述公式，完成对三个土钉结构参数的计算，并结合软土地基深基坑支护需要，得出如表1 所示的土钉支护结构参数指标标准对照表。

表1 土钉支护结构参数指标标准对照表

完成对土钉长度比、土钉粘结比、土钉强度比，三种结构参数的选择后，还需要根据土钉在实际支护结构当中的受力情况对土钉倾斜角度进行选择。图1 为土钉不同倾斜角度对应受力情况。

图1 中当土钉受到拉力和剪力作用时，说明土钉引入起到了对支护的稳定性作用；当土钉受到压力作用则说明对土钉墙整体稳定性起到了副作用[2]。因此，在对土钉支护结构进行设计时，应当尽可能避免出现土钉受应力状态的问题发生，以此为依据对土钉的倾斜角度进行调整。对于软土地基深基坑进行直立支护时，土钉的倾斜角度应当在0°～30°范围以内，其具体数值应当结合注浆钻孔和土体分层情况等多种因素进行综合考量。通过对软土类地基深基坑进行探究得出，当土钉的倾斜角度不断增加，支护结构在水平方向上的位移以及与地表之间的夹角会不断增加，而当土钉的倾斜角度超过25°时，这种增加的趋势会逐渐加剧。因此，综合上述分析，在对软土地基深基坑支护时，应当将土钉的倾斜角度控制在不超过15°为最佳土钉倾斜角度参数。

图1 土钉不同倾斜角度对应受力情况

1.2 基于土钉支护技术的支护结构设计

在对软土地基深基坑支护结构进行设计时，本文结合土钉支护技术，在对其基坑支护结构进行初步设计时，根据周围环境和施工场地的条件，采用放坡开挖和土钉支护相结合的方式完成。根据基坑不同区域的荷载以及开挖后的深度条件，将支护结构划分为三个不同的区域，分别为邻近道路区域、中间区域以及开挖区域[3]。同时，在实际应用中，需要结合施工区域的工程地质报告，对地基不同土层结构的厚度进行设定，为方便论述，本文以具体某一工程施工项目为例，针对其土层结构厚度进行设定，如图2 所示。

图2 土层结构厚度

在对其基坑支护结构进行设计时，将该支护土层的厚度设置为4.2m，其余土层的厚度及分布情况如图2 所示。对于图2中深基坑各个土层结构物理力学特征如表2 所示。

表2 深基坑土层结构物理力学特征表

为确保参数设定满足施工区域普遍土体的特性，在对其物理力学性能指标进行取值时，选取地质报告当中的标准值或平均值。在对土钉墙支护结构进行设计时，应当首先确定土钉锚结构固体与软土地基之间的极限摩擦力，并结合工程地质报告中的相关参数取上述三层土层结构的平均极限摩阻力数值。除上述操作以外，在实际施工中，为了进一步确保软图地基深基坑支护施工的安全，实现信息化施工，还应当在施工中及时反馈，对土钉支护结构的水平方向位移、地下水位、土钉钢筋应力等参数变化进行实时监测，确保在出现参数异常变化时，能够在第一时间查明原因，并给出相应的解决措施，从而在保证安全施工的前提条件下，实现施工质量的提升。

2 对比实验

本文选择以某四期建设工程为例，将其作为本文实验的实验环境，分别利用本文提出的基于土钉支护技术的软土地基深基坑支护方法和传统支护方法对该工程项目当中的软土地基深基坑进行支护。该工程项目地质结构较为复杂，周围河渠交错综合。建筑工程覆盖范围地势平坦，表面土质为粘性土和碎石混合，现场施工地面标高在1.95m～4.25m 不等，平均地面标高为2.54m，在该区域当中高程为+3.8m。在该建设工程范围内，需要搭建一个高度为18.23m，总体面积为19.25m×45.24m 建筑。为了避免在施工过程中大开挖作业对其基础建筑设施及周围道路造成影响，需要在开挖的同时对其基坑结构进行支护。为确保两种不同支护技术在应用后，得出的实验结果具有可对比性，除了本文上述设计内容不同外，其余支护条件均设置相同，其中预应力管桩施工均采用12.5m 长PHC 预应力管桩。本文选择将两种支护方法在完成支护作业后五个月时间中基坑边坡的水平位移作为评价指标，水平位移越大，则说明该支护方法支护效果越差，支护质量越高；反之水平位移越小，则说明该支护方法支护效果越好，支护质量越高。根据上述论述完成实验内容，并将结果记录如表3 所示。

表3 两种支护方法实验结果对比表

从表3 中的数据可以看出，两种支护方法在实际应用中，边坡都出现了不同程度的位移，但明显本文支护方法下基坑边坡水平位移更小，在五个月时间内仅出现了1.23mm 的位移，在建筑施工标准当中未超过5.0mm 位移都不会对后续施工建设造成影响。但传统方法下从8 月开始边坡的水平位移已经不满足施工要求，对于后续施工质量及安全会造成严重的影响。因此，通过对比实验证明，本文提出的基于土钉支护技术的软土地基深基坑支护方法在实际应用中能够进一步提高基坑边坡的稳定性，实现更加理想的支护效果。

结束语

本文通过引入土钉支护技术，提出一种全新的软土地基深基坑支护方法，并通过实验论证的方式证明了该方法的实际应用优势。在研究过程中发现，土钉支护技术具备其它支护技术不具备的优越性，是一种利用土体自身承载能力的支护结构，将其应用于各类建筑施工的基坑支护当中具有良好的前景。在实际应用中，应当从土钉共同作用的角度出发对实际支护施工进行设计，以此避免出现将土钉支护技术与其它相类似支护技术混淆的现象出现。在后续的研究当中，本文还将针对更多土钉物理力学特征参数进行分析，找出影响土钉支护技术应用效果的参数，并对其加以合理设定，提高本文支护方法的适用性。