中铁十四局集团建筑工程有限公司 山东 济南 250014
摘要：基坑施工过程中边坡稳定至关重要，本文以菏泽市阳光嘉园工程实体为背景，就高水位、黄河冲积软土层条件下的深基坑支护形式设计、验算及施工技术进行综合论述，重点介绍了土钉墙设计、安全性验算及现场施工控制。
关键词：土钉墙；深基坑；高水位；安全性验算
0引言
近年来建筑业施工技术快速发展，新技术、新工艺层出不穷，为不断发展的地下空间施工提供了技术支持，地下空间技术应用得到广泛的推广。目前大部分基坑深度在5m～9m范围，该范围内基坑内往往伴有地下水，软弱土层。在保证安全的前提下，如何选择支护形式、如何保证施工质量、如何节约成本、如何加快施工进度值得大家探讨。菏泽市阳光嘉园工程水位高、基坑深、土层松软，具有明显的代表性。本文通过对深基坑的支护形式设计、安全性验算、施工控制等方面进行阐述，为类似工程施工提供借鉴。
1工程概况
阳光嘉园项目位于菏泽市北环路与牡丹北路交叉西南位置，总建筑面积32万㎡，其中地下车库建筑面积为5.7万平方米，包括8栋高层（地下2层，地上32层）、地下车库（地下一层）及幼儿园商业等建筑。本工程基坑程不规则矩形，东西最大长484m，最短长416m；南北最大长149m，最短长114m，开挖支护周长为1356m，开挖深度为6.9m。基坑北侧8m为炫乐城围墙及设施，基坑东侧8.5m为10KV的线杆，基坑西侧6m处有民宅一处，南侧8m为加工区，基坑周边为施工道路。现场整体平面图见图1-1。
图1-1 现场平面图
场区内地层为黄河冲积层，土质主要为粉土、粉砂及粘性土构成，开挖土层主要为①杂填土，平均厚度为2.1m；②粉质粘土，平均厚度为3.2m，较湿，土质可塑，具有中高压缩性；③粉土，平均厚度为2.8m，很湿，强度低，韧性低，渗透系数大。地下水位稳定在-1.5m，坑内降水至坑底以下0.5m，坑内降水后水位至地面距离为7.4m；坑外水位距离地面为1.5m。
2支护结构设计
2.1基坑设计情况
设计安全等级为二级。
坡体堆载要求：坡体上口线外1.5m以内严禁堆载，根据厂区内过车需求应满足设计要求超载值为15kPa（超载每平方米按1.5t计）。
基坑内侧预留1.5m的工作面.
基坑使用期限不超过3个月。
2.2土层参数
土层参数见表2-1。
2.3支护结构形式选择及做法
本工程水位较高，需进行坑内降水，基坑内水位降至开挖下以下0.5m，保证基坑内没有水。根据地质勘查报告，基坑开挖后位于第?层粉质粘土层和第?层粉土层。经比较，本工程采用土钉墙支护。
四周都有建筑物，场地较为平整，开挖深度相同，边坡支护采用同一形式，支护范围为基坑周圈。土钉墙坡度为1:0.3，基坑下口留1.5m的作业空间，外侧做300mm×300mm的排水沟，基坑上口外侧1.0m做200mm×200mm的混凝土挡水墙。坡面采用HRB400Φ22的土钉墙，坡度为1:0.3，面层铺设φ6.5@200×200的钢筋网片，喷射厚度为80mm的C20混凝土。
土钉坡顶设一道垂直短筋，距离坡顶上口1.0m，采用HRB400Φ22螺纹钢，长度L=1.5m，水平间距为2.0m。坡面共设四层土钉，具体设计参数见表2-2。土钉平面布置见图2-1，土钉墙剖面图见图2-2，土钉结构图见图2-3。土钉墙坡面设置2.0m×2.0m的泄水孔，长度为0.5m。
3.1.2荷载参数
荷载取面荷载15KPa
3.1.3土钉墙放坡按1:0.3，平台宽度为1.5m。
3.1.4计算系数
选择见表3-2。
图3-1 圆弧滑动法示意图
图3-2
图3-6
开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.661＞1.300满足要求。
第4步（标高-5.8m）
开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.625＞1.300满足要求。
第5步（标高-6.9m）
开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.512＞1.300 满足要求。
3.3土钉承载力计算
3.3.1单根土钉抗拔承载力计算
按公式Nk,j=ζηjPak,jSxjSzj/cosαj及Nj=γ0γFNk,j=1×1.25×Nk,j
计算，计算结果见表3-4。
3.3.2土钉轴线拉力计算
按公式Rk,j=πdj∑qsikli计算，计算结果表3-4。
3.3.3单根土钉的抗拔承载力计算
按公式Rk,j/Nk,j计算，计算结果表3-4。
图3-7 抗滑断面示意图
抗倾覆安全系数按公式MG/MQ=W×BC×qBa×(B'-B+b×Ba/2)/Eah×lh计算，经计算MG/MQ=17.581＞1.300，满足要求！
3.5坑底抗隆起稳定性验算
满布荷载：
f1=(q1b+q2W1)/(b+W1)=(158.78×6.9+62.59×2.07)/(6.9+2.07)=136.582
局部荷载：
f2=0
Nq=tan2(45°+φ/2)eπtanφ=tan2(45°+26/2)eπtan26=11.854
Nc=(Nq-1)/tanφ=(11.854-1)/tan(26)=22.254
(γmn+1DNq+cNc)/(f1+f2)=(18.6×1×11.854+10×22.254)/(136.582+0)=3.244≥Kb=1.6
经计算满足要求。
4土钉墙施工技术
4.1土钉墙护坡施工工艺流程
边坡开挖→边坡修正→定位放线→成孔→土钉安装→注浆→管网→锚头安装→喷射混凝土→养护
4.2施工方法及技术要求
(1)边坡开挖：采用反铲挖土机，预留20～30cm人工修坡，开挖深度在土钉孔位下50cm，开挖宽度保证10m以上，以确保土钉成孔机械钻机的工作面。土方开挖严格按设计规定的分层开挖深度按作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉及喷混凝土地以前，不得进行下一层土方的开挖，施工过程中做好土方开顺序。
(2)边坡修整：采用人工清理，为确保喷射混凝土面层的平整，此工序必须挂线定位。在支护面层背部插入长度为500mm，直径50mm 的水平排水管包滤网，其外端伸出支护面层，间距为2m，以便将喷混凝土面层后的积水排走。
(3)定位放线：按设计图纸由测量人员用φ8、长30cm 的钢筋放出每一个土钉的位置。
(4)成孔：采用机械螺旋钻机成孔，局部可采用人工洛阳铲成孔，土钉倾角允许偏差不大于3°。钻孔后进行清孔检查，对孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土立即进行压浆处理，并及时安设土钉钢筋并注浆。
(5)土钉主筋制作及安放：主筋按设计长度加20cm 下料，外端设成90°角，长20 cm 的弯勾，主筋每隔1.5m 焊对中支架，支架采用6.5圆钢弯制，防止主筋偏离土钉中心；安放主筋时，将注浆管与主筋捆绑在一起，注浆管离孔底0.5m 左右。
(6)造浆及注浆：采用搅拌机造浆，应严格控制水灰比为W/C=0.5；注浆采用注浆泵，浆压力控制在0.4～0.9Mpa之间注浆时，将导管缓慢均匀拔出，但出浆口应始终处于孔中浆体表面之下，保证孔中气体能全部排出。
(7)挂网及锚头安装：钢筋网片采用φ6.5@200×200钢筋绑扎，用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙3～4cm，不应小于3cm，搭接时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度应大于30cm，并不少于两点点焊。钢筋网片借助于井字架与土钉外端的弯勾焊接成一个整体。坡顶钢筋网与地面土钉相连，钢筋网保护层厚度不小于25mm。
(8)喷射混凝土：喷射前在坡面上焊接厚度标记钢筋，控制坡面厚度。喷射砼施工过程中严格计量配比，喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，喷射时喷头与受喷面应保持垂直，喷射距离控制在0.6～1.0m。喷射混凝土顺序可根据地层情况“先锚后喷”，土质条件不好时采取“先喷后锚”，喷射作业时，空压机风量不宜小于9m3/min，气压0.2～0.5MPa，喷头水压不应小于0.15MPa，通过外加速凝剂控制混凝土初凝和终凝时间在5～10min。
5结语
土钉墙能够充分利用土体的自承能力，能够成功解决基坑边坡的强度及稳定性问题，其优越的可靠性、便捷性、费用低、周期短的特点，决定了土钉墙施工技术百用而不厌。在条件允许的情况下，优先考虑采用的一种支护方式。本文以菏泽阳光嘉园工程实体为背景，从设计、计算、施工进行了综合论述，有效的指导现场施工，也为同类工程施工提供借鉴。
参考文献
[1]建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)；中国建筑工业出版社，2012.
[2]曾宪民，李世丁，王作民．土钉支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3]刘宗仁,刘雪雁.基坑工程[m].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.
论文作者:李光正
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/7
标签：基坑论文; 钢筋论文; 土层论文; 混凝土论文; 水位论文; 面层论文; 荷载论文; 《防护工程》2017年第29期论文;