土釘墻支護技術在地下綜合管廊及空間開發工程中的研究及及應用【摘要】本文主主要介紹了土土釘墻支護技技術方案的確確定及設計，通通過現場實驗驗來進行方案案優化的過程程，土釘墻支支護技術的施施工工藝及土土釘墻監測技技術。【關鍵詞】土釘釘墻支護設計計土釘抗拔力力實驗土釘墻施工工工藝土釘墻+內支撐直立土釘釘墻+腰梁土釘墻監監測1、工程概況及及特點1.1工程概況況地下綜合管廊及及空間開發工工程位于北京京內。該工程程地下部分分分為兩部分，一一部分為地下下管廊，另一一部分為空間間開發。綜合合管廊為地下下三層，主線線長1.9Km，支線總長1.1Km，結構底板板埋深為-9.55m～-12.11m；空間開發發為地下二層層，局部三層層，結構底板板埋深-111.4m～-14.77m。地下綜合合管廊及空間間開發結構的的基坑總占地地面積為15萬平米。是是目前國內面面積最大的基基坑，本項目目是北京市首首次集地下交交通、公共空空間及市政管管廊為一體的的地下工程項項目，地下綜綜合管廊是國國內第一條大大型綜合管廊廊。1.2工程特點點（1）場地地質質水文情況復復雜：本工程位于第四四紀沉積層上上，基底以上上分布有0.9m～4.6m厚的的人工堆積層層，主要有粘粘質粉土、房房渣土及碎石石層。其下部部為第四紀沉沉積層，自下下向上分布有有稍密-中密狀飽和和的可塑-硬塑的粘質質粉土、粉質質粘土及砂質質粘土②、③、④層，其中有有部分較軟的的夾層。第⑤層為粘質粉粉土，該層為為本工程的持持力層，其中中有砂質粉土土及重粉質粘粘土層，均處處于飽和狀態態，可塑-硬塑，密度度中等，本層層層頂標高43.40～45.311m，分布穩定定，地基承載載能力標準值值為200Kppa，本層以下下為密實的粘粘質粉土、粉粉質粘土、卵卵石、圓礫、粉粉細砂層等分分布。本工程地下水位位埋藏較淺，地地下水分布情情況復雜，共共分三層，第第一層地下水水為臺地潛水水，靜止水位位標高為46.64～48.60m，局部受破破裂的污水管管影響，水位位偏高；第二二層為層間潛潛水，靜止水水位標高為333.72～35.80m，該層水略略具承壓性；；第三層為承承壓水，靜止止水位標高為為30.511～32.01m，具承壓性性。（2）基坑深、護護坡面積大：：綜合管廊基底標標高為-9.71～-12.226m，空間開發發基底標高為為-11.5～-14.88m，綜合管廊廊及空間開發發基坑總護坡坡面積為250000m2。（3）環境復雜雜、施工難度度大：工程地處海淀鎮鎮居民區，人人口稠密，科科教、商貿發發達，交通繁繁忙，施工干干擾大，對環環保、文明施施工、交通疏疏導、古樹及及文物保護提提出了更高要要求。地下綜綜合管廊與空空間開發緊密密相連，同步步施工，基坑坑平面尺寸大大，給施工運運輸造成很大大困難，同時時又要為部分分地上建筑開開工創造條件件，交叉作業業、相互干擾擾，更增加了了施工協調難難度。（4）工程質量量要求高：西區是高科技園園區的“核心”區，是國家家和北京市確確定的重大工工程之一。本本項目是北京京市首次集地地下交通、公公共空間及市市政管廊為一一體的地下建建筑，地下管管廊是國內第第一條大型綜綜合管廓。本本工程的工期期將直接影響響西區開發的的建設速度，工工程高速、優優質的建成將將為西區提供供良好的基礎礎設備條件。地地下綜合管廊廊及空間開發發質量標準高高，是國家定定義的“四大基地”、爭創世界界一流的科技技園區，工程程質量必須達達到國內最高高水平。（5）工程規模模大、工期緊緊：綜合管廊土釘墻墻支護面積為為130000m2，空間開發發土釘支護面面積為120000m2，為不耽誤誤后續工程施施工，保證西西區約20萬立方混凝凝土能在入冬冬前完成，此此部分邊坡支支護工程必須須配合西區130余萬立方的的土方開挖在在雨季前完成成。2、土釘墻支護護設計方案的的確定2.1方案比選選因基坑深度較深深和開挖面積積較大，我們們在施工準備備階段進行了了以下幾種基基坑支護方案案的比選。具具體為：（1）護坡樁加加錨桿支護（2）大放坡自自然開挖（3）有限放坡坡土釘支護經分析比較認為為，采用樁錨錨支護基坑邊邊坡的安全性性較好，坡頂頂變形較小，但但是造價高，施施工周期長。采采用大放坡自自然開挖基坑坑，將極大影影響到周圍地地塊的開發及及施工交通道道路。有限放放坡土釘墻支支護則具有簡簡便易行，施施工速度快，工工程造價低，對對周圍環境影影響小等優于于其它支護形形式的特點，因因此根據現場場環境情況及及地質條件，結結合本工程的的特點，決定定采用土釘墻墻作為整個西西區地下綜合合管廊及空間間開發工程的的基坑支護形形式。2.2土釘墻設設計及優化設計優化步驟根據場地水文地地質情況，確確定各項計算算參數，采用用理正深基坑坑設計軟件進進行初步設計計計算→土釘抗拔力力試驗實測土土釘的極限抗抗拔力，推算算出土釘平均均抗拔力及土土釘砂漿與土土體界面摩阻阻力→使用實測平平均抗拔力及及土釘界面平平均摩阻力與與初步設計計計算的土釘承承載力及土釘釘粘結強度對對照比較，視視結果調整土土釘長度，必必要時根據實實測參數進行行二次計算初步設計計算初步設計計算采采用理正深基基坑設計軟件件，結合施工工經驗，配筋筋結果考慮到到挖土過程中中的穩定性計計算。（1）槽深9..71m的土釘墻設設計（綜合管管廊）：①土釘鋼筋采用用Ⅱ級Φ25螺紋鋼筋，水水平間距為1.5m,豎向間距分分別為0.8m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m,呈梅花型布布置，長度分分別為7.0m、6.0m、5.5m、6.5m、8.0m、6.0m。②噴射砼面層砼砼強度等級為為C20，厚度80-1000mm。③坡面鋪設6@@200雙向向鋼筋網，Φ16@15500雙向加加強筋。④成孔直徑為1130mm,注漿漿材料為水泥泥凈漿，水灰灰比為0.5，強度不低低于20Mppa。⑤土釘墻按800.35度（1：0.17）放坡。（2）槽深122.26m的土釘墻設設計（綜合管管廊）：①土釘鋼筋采用用Ⅱ級Φ25螺紋鋼筋，水水平間距為11.5m,豎豎向間距分別別為0.6mm、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m,呈梅花型布布置，長度分分別為8.00m、8.0m、9.0m、10.0m、9.0m、8.0m、8.5m、7.0m。②噴射砼面層砼砼強度等級為為C20，厚度80-1000mm。③坡面鋪設6@@200雙向向鋼筋網，Φ16@15500雙向加加強筋。④成孔直徑為1130mm,注漿漿材料為水泥泥凈漿，水灰灰比為0.5，強度不低低于20Mppa。⑤土釘墻按800.35度（1：0.17）放坡。（3）槽深144.8m的土釘墻設設計（空間開開發）：①土釘鋼筋采用用Ⅱ級Φ25螺紋鋼筋，水水平間距為11.5m,豎豎向間距分別別為0.6mm、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m、1.5m,呈梅花型布布置，長度分分別為9.0m、9.0m、9.0m、12.0m、12.0m、12.0m、9.0m、9.0m、8.0m、7.0m。②噴射砼面層砼砼強度等級為為C20，厚度80-1000mm。③坡面鋪設6@@200雙向向鋼筋網，Φ16@15500雙向加加強筋。④成孔直徑為1130mm,注漿漿材料為水泥泥凈漿，水灰灰比為0.5，強度不低低于20Mppa。⑤土釘墻按800.35度（1：0.17）放坡。土釘抗拔力試驗驗在大面積土釘支支護施工前，我我們對土釘墻墻實驗段的土土釘進行了抗抗拔力試驗，分分別針對于每每一層土釘選選擇有代表性性的2～3根土釘做抗抗拔力試驗，得得出土釘的極極限抗拔力及及土釘界面摩摩阻力等，將將試驗抗拔力力結果與設計計抗拔力相比比較，重新確確定土釘長度度，優化土釘釘初步設計方方案。.1張拉設備：：YC-60型千千斤頂ZB4/5000型電動油泵泵.2張拉設計：：土釘基基本的抗拔力力試驗采用循循環加荷的方方式，第一級級取土釘鋼筋筋屈服強度的的10%為基本荷載載，進而以土土釘鋼筋屈服服強度的0.15倍為增量來來增加荷載，直直至加到土釘釘破壞。土釘釘破壞的標準準為：在同級級荷載下，變變形不能趨于于穩定，即土土釘達到極限限荷載。同時時必須量測荷荷載和位移，提提出荷載變形形曲線。土釘檢驗的合格格標準可定為為：土釘抗拔拔力平均值應應大于設計極極限抗拔力，抗抗拔力最小值值應大于設計計極限抗拔力力的0.9倍。.3張拉試驗：：試驗土釘某一層層施工參數如如下：深度（m）長度（m）傾角（·）孔徑（mm）鋼筋直徑（mmm）設計抗拔力（KKNN）施工日期試驗日期-9.6９12130φ25156200試驗土釘之一加加載步驟：級數增加荷載累計荷載觀測時間備注第一級：15.6KN15.6KN5min荷載施加，待到到土土釘穩定后后，荷荷載逐級增增加加。第二級：23.4KN39KN5min第三級：23.4KN62.4KN5min第四級：23.4KN85.8KN5min第五級：23.4KN109.2KNN5min第六級：23.4KN132.6KNN5min第七級：23.4KN156KN10min.4試驗分析整個土土釘張拉試驗驗過程中，土土釘沒有出現現任何異常現現象，每級加加荷后錨頭位位移穩定較快快，位移變化化正常。加荷荷至156KN后，觀測10分鐘位移趨趨于穩定無異異常變化，繼繼續加荷至230KN，土釘變形形不能趨于穩穩定，即土釘釘達到極限荷荷載，折合每每沿米為25.566KN，土釘與土土體的平均摩摩阻力為62.6KKpa，土釘在拉拉動破壞前，實實測土釘錨頭頭總位移量僅僅為10.166mm，滿足設計計抗拔力要求求，而后對試試驗土釘進行行回彈觀測，根根據實測結果果的數據匯總總，得出荷載載—位移（P—S）曲線。采采用相同方法法對其余土釘釘做抗拔力試試驗，測出土土釘實際極限限抗拔力。土釘抗拔力計算算土釘抗拔力的確確定有多種方方法，多個破破壞準則，根根據國內力矩矩極限平衡法法，土釘的抗抗拉作用具體體計算為該土土釘與破裂面面交點處的土土釘拉力，簡簡化后的破裂裂面與土釘相相交處土釘抗抗拉能力標準準值Tn可分別計算算如下：（1）假定土釘釘抗拔力由土土釘界面與土土釘的摩阻力力提供：TTn=πDLbτf式中D———土釘直徑（m）；τf——土釘砂砂漿與土體間間的極限抗剪剪強度（KN/m2），τf一般由現場場試驗確定，在在沒有試驗資資料的情況下下，τf可由下式確確定：τf=σtgφφ+c式中σ——該處處土的正應力力；c、φ——該處處土層的內聚聚力和內摩擦擦角；Lb——圓弧滑滑裂面將土釘釘分成二段，取取土釘伸入滑滑裂面后約束束區內長度Lb。（2）假定鋼筋筋拉斷，由土土釘鋼筋強度度fy計算得：Tn=fyAAs式中As———鋼筋截面積積（m2）；fy——鋼筋抗抗拉強度標準準值（KN/m2）。（3）假定鋼筋筋從砂漿體中中拔出破壞，則則：TTn=πdLbτg式中d———鋼筋直徑（m）；τg——鋼筋與與注漿體的粘粘結強度（KN/m2）。（4）在面層土土壓力的作用用下，土釘要要具有足夠的的抗拉強度，保保證土釘內部部的穩定性，拉拉力應滿足下下式：TTn=qisxsy式中qi———第i列土釘處的的面層土壓力力，可按下式式計算：qqI=meKγhi式中me———工作條件參參數。對臨時時工程（小于于二年），me=1.0，對永久性性工程（大于于二年），me=1.2；γ——土的重度度；hi——土壓力力作用點至坡坡頂的距離，當hI＞0.5H時，取0.5H；H——土坡垂直直高度；K——土壓力系系數，取0.5（Ka+Ko），其中Ka為主動土壓壓力系數；Ko為靜止土壓壓力系數，Ko=0.5（1-sinφ）；SSx,Sy--分別為土釘釘的水平及豎豎向間距上面一共給出了了土釘拉力的的四種破壞準準則，選取最最小值作為土土釘的抗拉能能力標準值。從從許多試驗結結果可以看出出，土釘破壞壞均是土釘與與土體界面的的破壞，即土土釘被拉出，所所以一般情況況下，土釘的的抗拉能力標標準值由第一一式決定。為為使土釘墻設設計方案達到到最優，我們們將土釘抗拔拔力試驗實測測出的土釘平平均抗拔力代代入第一式，推推算出土釘砂砂漿與土體間間的極限抗剪剪強度，將與與其初步設計計計算的土釘釘粘結強度對對照比較，從從而進一步調調整初步設計計中有關參數數，確保土釘釘設計經濟合合理。3、土釘墻施工工3.1土釘墻施施工工藝流程程開挖工工作面，修整整邊坡→安設土釘（包包括鉆孔、插插鋼筋、注漿漿）→綁扎鋼筋網網，加強筋、土土釘同加強筋筋焊接、加墊墊塊→噴射第一層層砼，厚度為為30mm～50mm→噴射第二層層砼，厚度為為40mm～50mm→設置坡頂，坡坡面和坡腳排排水措施。3.2土釘墻施施工工藝（1）基坑邊坡坡應分段分層層開挖，每次次超挖深度不不得超過0..5m，每層層開挖深度不不得超過2.0m，每段縱向向開挖長度不不得大于10m，邊開挖，邊邊人工修整邊邊坡，人工修修坡時，坡面面平整度不大大于20mmm。（2）土釘成孔孔機具采用錨錨桿機或洛陽陽鏟，成孔直直徑130mmm,傾角為為120。成孔前，在在設計孔位處處作顯著標志志，以免鉆孔孔時錯位。用用量角器測量量鉆桿傾角直直至設計角度度后再行鉆進進。成孔采用用干法鉆進。成成孔后孔內虛虛土會影響鉆鉆孔深度，所所以鉆進深度度應大于設計計深度0.55米。鉆孔完完畢后，應立立即將鋼筋體體和灌漿管同同時插入孔底底，灌漿管距距孔底約1550mm。（3）土釘鋼筋筋使用前應調調直，除銹，若若采用其它直直徑鋼筋替代代設計鋼筋，應應采用同級鋼鋼筋，進行等等截面換算。（4）為保證土土釘在孔中的的位置，沿土土釘長度應設設置定位器，定定位器間距宜宜為1～2m。（5）水泥采用用425#普通通硅酸鹽水泥泥,注漿材料采采用1：0.5的水泥泥凈漿，根據據施工需要，可可摻入一定量量的外加劑，如如早強劑、微微膨脹劑等。注注漿前應將孔孔內殘留及松松動廢土渣清清除干凈，注注漿管應插至至距孔底2550mm～500mmm。灌漿采用用1根Φ30mm的塑塑料管作導管管。將攪拌好好的水泥漿注注入鉆孔底部部，自孔底向向外灌注。灌灌注至少二次次以上，以保保證灌漿質量量，增加抗拔拔力。（6）噴射砼中中的鋼筋網應應調直除銹，鋼鋼筋與坡面間間隙宜大于220mm，鋼鋼筋網應與土土釘和加強筋筋連接牢固，噴噴射砼時鋼筋筋不晃動。（7）噴射砼應應分段分片依依次進行，同同一分段內噴噴射順序應自自下而上，一一次噴射厚度度為30mmm～50mm，噴噴射時，噴頭頭與受噴面應應垂直，宜保保持0.6mm～1.0m的距距離，噴射手手應控制好水水灰比，保持持砼表面平整整、濕潤光澤澤，無干斑或或流淌現象。噴噴射砼終凝22h后，應噴噴水養護，養養護時間依氣氣溫環境條件件，一般為33d～7d。（8）基坑邊55m內，均布布荷載不得大大于設計荷載載值。（9）四周作好好防、排水工工作，嚴防地地下管道滲水水。（10）施工中中嚴格觀察土土質變化，當當土質與提供供的地質報告告有較大不符符時應及時變變更設計。（11）導水管管的布設：根根據地質報告告，在基坑開開挖會遇到弱弱透水層。為為確保土釘墻墻支護結構的的安全，必須須在弱含水層層埋設導水管管（Φ15塑料管）。導導水管水平間間距1.5～2.0m。（12）對于局局部軟弱土層層或易塌方地地段，為保證證土體穩定，土土釘墻施工也也可先噴射砼砼面層，后施施做土釘。4、特殊槽段或或特殊情況的的施工處理方方法4.1特殊槽段段（汽車坡道道及支管廊）采采用新型基坑坑支護技術——“土釘墻+內支撐”中關村村西區地下綜綜合管廊有數數條汽車坡道道及支管廊向向外伸出與各各地塊或空間間開發相連接接，汽車坡道道及支管廊結結構寬度及高高度相對較小小（5～7m），底板埋埋深卻相對較較深（均在-10m左右）。針針對汽車坡道道及支管廊開開槽相對深而而窄的實際情情況，我們在在原汽車坡道道及支管廊土土釘墻設計的的基礎上，綜綜合考慮工字字鋼內支撐，經經過重新計算算分析，設計計將原方案土土釘鋼筋長度度縮減2m，然后于汽汽車坡道及支支管廊結構頂頂板上空采用用工字鋼于基基槽薄弱部位位做內支撐加加強處理。內內支撐采用I28工字鋼，正正確下料后與與事先預埋于于錨噴面板里里的鋼板后背背牢固焊接，一一般按水平間間距2m，豎向間距2m共設置兩層層，每層3～6道。待結構構施工完畢，土土方回填到位位后將工字鋼鋼拆除，從而而既保證了邊邊坡穩定，又又節約了鋼筋筋。經現場施施工驗證，我我們認為“土釘墻+內支撐”基坑支護技技術是一種適適用于深窄基基槽的既經濟濟又合理的支支護形式。4.2古樹保護護支護處理——采用“直立土釘墻+腰梁”支護技術工程概況：綜合管廊第333施工段內有有三棵古樹，其其中一棵距綜綜合管廊地下下二層結構外外皮3.9米，另一棵棵距地下三層層結構外皮3.9米，第三棵棵樹在設計結結構邊線以外外。根據市園園林局精神考考慮對這三棵棵古樹進行保保護，根據現現場具體情況況，經多方分分析論證，決決定對三棵古古樹進行“直立土釘墻+腰梁”整體支護保保護，古樹平平臺護坡高度度西側為12.35米，東側15.100m米，南北兩兩側為9.71米。設計方案：為保證證支護不損傷傷古樹樹根，盡盡量為古樹提提供一個自然然的生長空間間，自然地坪坪下4.5米范圍內設設計做插筋補補墻，三道插插筋距±0.0000高度分別為1.0m、2.5m、4.0m，插筋長度度均為3米，按水平平間距1.5m梅花型布置置；4.5米以下施做做土釘墻；同同時配合施做做3道鋼筋混凝凝土腰梁，保保證整個古樹樹平臺的整體體穩定性。三三道腰梁（斷斷面尺寸為200×2200mm）的位置置分別為自然然地平、自然然地面以下2.05米及自然地地面以下4.15米處。三道道腰梁的做法法為先加工鋼鋼筋骨架（4Ф16通長主筋，Ф6.5@2000箍筋），鋼筋筋骨架一半嵌嵌在土體，一一半預留出75mm，錨噴噴實實。平臺中較較為窄的土體體（平臺東西西向10.9米范圍內）在在土釘施工時時做全長水平平土釘（土釘釘鋼筋兩頭預預先焊接兩個個絲杠），打打通整個平臺臺，土釘成水水平形，在兩兩邊封堵注漿漿飽滿后，正正常與橫豎筋筋焊接，錨噴噴完畢后，用用螺母壓緊鋼鋼擋板（25×255×5mm厚）作用在在噴射面層上上，以保證土土釘墻面的穩穩定。平臺緊靠管廊結結構一側設計計采取直立開開挖土釘墻支支護，將直立立錨噴面抹灰灰找平后直接接作為綜合管管廊地下二層層結構外模，這這樣既可保證證護坡不侵入入管廊結構，又又可節省模板板。對剖面的的穩定性進行行計算，根據據經驗，土釘釘的單位允許許抗拔力取值值為20KN//m，土釘墻的的土壓力平衡衡安全系數為為1.5，在最不利利的情況下土土釘加固土坡坡的整體穩定定安全系數取取1.4。經分析計計算，直立開開挖土釘墻支支護的坡頂水水平位移為40mm。考慮開挖挖錨噴的精度度及卷材防水水等因素，設設計錨噴面和和管廊結構外外皮預留80mm允許變形間間隙。施工注意事項（1）前三道設設計為插筋補補墻，確保在在地表以下5米內對古樹樹形成一個盡盡量自然的生生活空間。（2）選擇孔位位時確保錯開開古樹主干，同同時保證土釘釘中心線踞樹樹干中心不小小于1.5米。（3）洛陽鏟施施工時，如遇遇到鉆不進或或鉆頭帶出來來樹皮或樹根根之類的東西西必須改變方方向或調整孔孔位，小心鉆鉆進，確保不不碰傷古樹樹樹根。（4）直墻面土土方開挖及錨錨噴施工必須須對面層的垂垂直度及平整整度進行精確確控制。施工效果分析古樹保保護施工完畢畢，經過整個個雨季的洗刷刷和大風的考考驗，古樹生生長良好。從從實測資料來來看，平臺土土釘墻支護結結構的變形不不明顯，平臺臺坡頂位移小小于計算位移移，證明在土土質較好的條條件下，土釘釘墻直立開挖挖支護的深度度可以超過10m；同時配合土土釘墻施做的的3道腰梁，對對于環向約束束土臺，保證證整個古樹平平臺的整體穩穩定性起到了了決定性作用用。綜上所述述，我們認為為對古樹保護護采取的“直立土釘墻+腰梁”支護技術是是確實可行，經經濟有效的，對對以后類似情情況處理提供供了可供借鑒