结合工程实例探析高层建筑深基坑支护中复合土钉墙技术应用

结合工程实例探析高层建筑深基坑支护中复合土钉墙技术应用

汪世文

广州市花都区住宅建设公司

摘要：本文结合工程实例对高层建筑深基坑支护中复合土钉的技术应用进行了分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：高层建筑深基坑；复合土钉墙；支护；计算

一、前言

复合土钉墙支护结构是一种利用经加固后的原位土体来维护基坑边坡主体稳定的支护方法，结构轻型、柔性大、具有良好的抗震性和可延性，而且施工方便、简单、工期短、造价低、对坏境影响小，已成为基坑支护的主要手段。本文结合工程实例对高层建筑深基坑支护中复合土钉的技术应用进行了分析与探讨，以供同仁参考。

二、复合土钉墙支护种类

（1）排桩拉锚支护，分为排桩外侧地面拉锚支护和排桩岩土锚杆支护。第一种形式较内支撑方案费用低，操作方便，基坑施工空间大，但该支护形式要有足够大的场地。第一种形式适用于土层性能较好或软土层较薄的场地，对基坑开挖和地下室施工十分有利，但往往超出建筑红线，需征得红线外相关单位同意。

（2）排桩内支撑支护，其优点是支护系统较安全可靠，内支撑的布置应尽量简单，以方便基坑机械挖土和地下室施工，缺点为横向尤其是竖向支撑限制了施工空间，一旦一个节点破坏，可能导致整体失稳。

（3）自立式支护，大致有两种形式，一为水泥搅拌桩挡墙支护，另一为悬臂式排桩支护，其共同特点为基坑内无支撑结构，便于机械化挖土和地下室施工，水泥搅拌桩挡墙支护缺点为挡墙占地面积大，不适宜场地狭小工程，但工程造价低于冲、钻孔排桩、悬臂式排桩支护，缺点是支护桩顶水平位移较大，当坑深或地质条件较差时，工程造价较高。

（4）锚喷支护，是锚杆、喷射混凝土、挂网联合支护形式，是支护结构和土体共同作用的主动支护体系，最大程度的利用了土体的自稳能力。灵活性大，依据监测成果可随时调整支护参数，工程造价低，但边壁变形大，锚杆往往超出建筑红线。

（5）组合型支护，当基坑内有几种深度，或土层分布变化较大，或基坑各侧环境条件差别较大时，要因地制宜采用不同支护方法，以充分发挥各种材料及支护结构类型的优越性，降低工程造价。无支护或简单护面放坡方案最为经济，如条件允许应优先采用；组合型支护使用得当往往能降低工程造价，地下连续墙作为地下室外墙时，采用地下连续墙方案也能起到节约资金的作用。

三、复合土钉墙设计计算

复合土钉墙的设计计算与土钉墙相似，包括整体稳定性分析和土钉抗拔力验算两部分。

a）普通土钉墙整体稳定性分析计算采用圆弧滑动面方法分析计算安全系数Ks：

Ks=∑ciLiS+∑WicosθitanφiS/∑WisinθiS+∑TNjcos（θi+αi）+ξ∑

TNjcos（θi+αi）tanφi/∑WisinθiS

式中Ks—土钉墙整体稳定安全系数；ci—土体的粘聚力（kPa）；φi为土体的内摩擦角（°）；Li—土条滑动面弧长（m）；Wi—土条重量（kN）；TNj—土钉的极限抗拉力（kN）；S—土钉的水平间距（m）；θi—滑动面某处切线与水平面之间的夹角（°）；αi—土钉与水平面之间的夹角（°）；ξ—折减系数，根据经验取0.5。

b）复合土钉墙整体稳定性分析计算也采用圆弧滑动面方法分析计算安全系数Kp

Kp=ks+ξTsAs/∑WisinθiSL+η∑PNjcos（θi+αi）tanφi/∑WisinθiSm

式中Kp—复合土钉墙整体稳定安全系数；Ts—微型桩、搅拌桩的抗剪强度设计值（kPa）；

As—微型桩、搅拌桩的面积（m2）；PNj—预应力锚杆设计承载力（KN）；SL—微型桩、搅拌桩的间距（m）；ξ—组合折减系数，取值0.5～1.0；Sm—预应力锚杆的水平间距（m）；

η—折减系数，根据预应力水平在取值0.5～1.0之间取值。其于符号同上。

对于施工阶段不同开挖深度和使用阶段不同位置分别计算，保证各个阶段各个位置的安全系数均满足设计的要求，容许的安全系数可根据工程性质和安全等级在1.2～1.5之间选取。

c）复合土钉墙中土钉（锚杆）抗拔力验算与土钉墙相同，即：

KBj=Txjcosαi/eajSxSy

式中KBj——第j个土钉（锚杆）抗拔力安全系数，取1.2～1.5，对临时性土钉墙工程取小值，永久性工程取大值；Txj——第j个土钉（锚杆）破裂面外土体提供的有效抗拉能力标准值（kN）。破裂面与水平面之间的夹角取（β+φ）/2；Sx，Sy——土钉（锚杆）水平、垂直间距（m）；eaj——主动土压力强度（kPa）。

四、工程实例分析

某高层建筑工程项目，地下3层，地上34层，总建筑面积96000m2，其中地下室建筑面积为18000m2。基坑开挖轮廓（长×宽）为92m×73m，开挖深度约l1.65m。

（1）地质条件及周围环境

该基坑开挖范围内自上而下主要地层有：人工回填土，埋藏植物层，淤泥质粘土，粉质粘土，粗砾砂，残积粘土层等。基坑东侧和南侧有较密的管网和重要交通道路，特别是南侧，道路下有煤气管，排洪沟，上，下水管等7种管线，离基坑最近处只有2m。北侧相邻建筑为沉管灌注桩基础，西侧为待建小区道路。

（2）支护方案

根据地质和周边工程条件，基坑支护南、北、东3面采用复合土钉墙第一种模式，即单排深层搅拌桩止水帷幕+土钉墙+预应力锚杆，其中南侧为保护坑边煤气管，在长约36m的地下车道处（坑壁距煤气管约3m）增加了一排型钢微型桩，即采用复合土钉墙第4种模式。支护参数为，深层搅拌桩Φ500@400，桩长14m；土钉设置7排，长度10-12m，采用打入式高压注浆钢管土钉（Φ48、＆3.5）；预应力锚索设置两排，长16—18m，由3根Φj15钢绞线组成；微型桩直径Φ250，配置型钢为18α工字钢；基坑西侧为普通土钉墙，并设有5口降水井。基坑东侧支护典型剖面如图1所示。

图1.基坑东侧土钉墙剖面

（3）施工与监测情况

该基坑于2015年6-8月完成基坑开挖和支护工作。施工期间进行了较全面的工程监测，包括基坑周边水平位移，坡顶和邻近道路的沉降观测，地下水位观测，坡体位移观测（用测斜管测斜）。根据监测结果，至2015年8月底，基坑周边位移多数点在40mm以下，少数点达到50～60mm；沉降值多数点在30mm范围内，特别是在管线密集的东侧和南侧沉降值基本在20mm以下。坡体位移观测南侧较大位移部位在地下4.5～8.0m，位移值27～28mm；东侧最大位移在地面下4.5～9.0m，位移值在4l～43mm之间。总之，基坑稳定情况良好。监测也发现，在台风和暴雨以及西侧修路、挖沟、积水对边坡部分测点位移有明显影响。

五、结论

总之，复合土钉墙支护具有施工工艺简单，施工过程安全、灵活机动、适用性强、隔水防渗等优点，近年来在我国基坑支护中得到广泛应用。但施工流程相对复杂，只有确保每个施工质量才能起到最佳的基坑支护效果。

参考文献：

[1]邢剑.深基坑土钉墙支护施工技术探讨[J].城市建筑.2013（24）

[2]薄航月.土钉墙支护结构在深基坑围护中的实际应用[J].价值工程.2013（09）