郭 瑋

0 引言

復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)是指在基坑支護(hù)中,除采用土釘作為主要加固體外,還采用其他超前支護(hù)技術(shù)作為輔助手段與之聯(lián)合,并協(xié)同工作。利用超前支護(hù)措施來解決土體自穩(wěn)性、隔水性及噴射混凝土面層與土體的粘結(jié)等問題,以壓密注漿和二次壓力灌漿解決土體加固及土釘抗拔力問題,以較大插入深度解決坑底的隆起、管涌和滲流等問題。

1 復(fù)合土釘支護(hù)的基本形式

復(fù)合土釘支護(hù)是土釘與攪拌樁、預(yù)應(yīng)力錨桿、微型樁中的一種或幾種聯(lián)合作用于被加固土體。攪拌樁不僅起到止水帷幕作用,還有加固地層和穩(wěn)定開挖面的作用;預(yù)應(yīng)力錨桿可以施加初始預(yù)拉力,大大減小土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移;微型樁可以增加邊坡穩(wěn)定性和減小基坑水平位移。本文主要針對土釘與攪拌樁復(fù)合土釘支護(hù)進(jìn)行研究分析。

2 復(fù)合土釘支護(hù)的作用機(jī)理和工作性能

復(fù)合土釘支護(hù)一般由防滲帷幕、超前支護(hù)及土釘構(gòu)成。作用機(jī)理有三點(diǎn):1)攪拌樁解決基坑邊壁土體自立性及隔水性;2)水平土釘壓密注漿,增強(qiáng)了土釘抗拔力,同時(shí)漿液滲透對土體有加固作用;3)攪拌樁插入坑底以下,可以解決坑底抗隆起、管涌和滲流。

攪拌樁復(fù)合土釘支護(hù)與土釘支護(hù)工作性能的區(qū)別:

1)變形大小及特征不同:有攪拌樁時(shí),最大水平位移發(fā)生在坑底上下,最大沉降發(fā)生在坑邊一定距離;而土釘支護(hù)中,最大水平位移發(fā)生在基坑頂部,最大沉降發(fā)生在坑邊處。2)支護(hù)結(jié)構(gòu)后土壓力的分布不同:攪拌樁后土壓力接近于直線分布,最大土壓力接近基坑底部;土釘支護(hù)后的土壓力分布不規(guī)則,最大土壓力分布在基坑中下部。3)土釘軸力大小、分布不同:土釘支護(hù)中土釘軸力分布中間大、兩頭小,軸力最大值接近潛在滑裂破壞面;而攪拌樁復(fù)合土釘支護(hù)中,土釘軸力在樁端頭處最大。

3 復(fù)合土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 復(fù)合土釘支護(hù)土釘抗拔力驗(yàn)算

復(fù)合土釘支護(hù)土釘抗拔力的驗(yàn)算與普通土釘支護(hù)土釘抗拔力的驗(yàn)算相同。

對土釘支護(hù)作整體穩(wěn)定性分析時(shí),每一土釘達(dá)到的極限抗力R取下列兩式的較小值:

其中,Ki為第i根土釘抗拔力安全系數(shù),取1.5～2.0;Ti為第i根土釘在土體破壞面外土體所能提供的極限抗拉能力;破裂面與水平面之間的夾角取(β+φ)/2,破裂面定義為直線滑裂面;SV,SH分別為土釘?shù)乃胶拓Q直間距;ei為第i根土釘長度中點(diǎn)所處深度位置上的側(cè)向土壓力。

3.2 復(fù)合土釘支護(hù)穩(wěn)定性分析

復(fù)合土釘支護(hù)的整體穩(wěn)定性分析也采用圓弧滑裂面計(jì)算,土條受力按照Bishop方法進(jìn)行分析,并做如下假定:

1)復(fù)合土釘支護(hù)邊坡滑移面為圓弧面,破壞形式為主動土體繞圓心產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動;

2)滑移面上土體極限平衡條件符合Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則,同時(shí)假定在土體破壞時(shí)全部土釘達(dá)到抗拉或拔出的極限狀態(tài);

3)主動區(qū)土體分割成較小寬度的豎直條塊,考慮土條法向力及切向條間力;

4)土釘采用等間距、等傾角設(shè)置;

5)只考慮土釘拉力;

6)不考慮土釘支護(hù)的三維空間效應(yīng),按平面狀態(tài)進(jìn)行分析。穩(wěn)定性安全系數(shù)用K表示,計(jì)算公式如下:

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

某基坑開挖深度為4.95 m～5.95 m,南北跨度約150 m,東西方向約240 m,總周長約720 m。

4.2 地質(zhì)條件及周圍環(huán)境

基坑開挖范圍內(nèi)自上而下主要地層有:①層為雜填土,層厚0.40 m～4.50 m;②-1層為粉質(zhì)黏土,層厚 0.5 m～4.20 m;②-2層為粘質(zhì)粉土,層厚0.60 m～4.70 m;③層為淤泥質(zhì)黏土,層厚3.10 m～19.20 m;④-1層為粉質(zhì)黏土,灰～青灰色,層厚0.60 m～3.70 m;④-2層為粉質(zhì)黏土,褐黃～灰黃色,層厚0.60 m～3.70 m。

4.3 支護(hù)方案

基坑大范圍采用攪拌樁與土釘結(jié)合的復(fù)合土釘支護(hù),局部采用普通土釘支護(hù)。圖1和圖2分別為復(fù)合土釘支護(hù)剖面示意圖和普通土釘支護(hù)剖面示意圖。復(fù)合土釘支護(hù)采用雙排φ 600@500攪拌樁,普通土釘支護(hù)采用i=0.5放坡。

4.4 設(shè)計(jì)與計(jì)算

表1為土釘抗力計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)值。

表1 土釘抗力計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)值

利用邊坡穩(wěn)定分析程序REAME進(jìn)行基坑穩(wěn)定性分析。圖3和圖4分別為復(fù)合土釘支護(hù)和普通土釘支護(hù)的圓弧滑裂面示意圖。

計(jì)算得到穩(wěn)定性安全系數(shù)分別為0.780和1.250,由此可以看出復(fù)合土釘支護(hù)整體穩(wěn)定性有很大的提高。而攪拌樁入土深度越大,阻擋上部土體向下滑移能力就越強(qiáng)。

4.5 施工與監(jiān)測分析

1)復(fù)合土釘支護(hù)的土體最大水平位移在基坑中下部,土體側(cè)向變形呈鼓狀,開挖面以下較深范圍內(nèi)土體產(chǎn)生水平位移,受影響深度大約為開挖深度的1倍;普通土釘支護(hù)土體最大水平位移發(fā)生在基坑頂面,沿深度逐漸減小。說明復(fù)合土釘支護(hù)不但能調(diào)動更遠(yuǎn)處土體參與工作,還能調(diào)動更深處土體共同抵抗荷載。

2)復(fù)合土釘支護(hù)中,地表最大沉降發(fā)生在離開挖面一定距離,隨開挖深度增加,沉降量不斷增大,并且最大沉降位置逐漸向后移動,復(fù)合土釘支護(hù)中攪拌樁最大限度限制了開挖面的水平位移,調(diào)動邊坡更多土體參與工作,變形范圍雖然較大,但變形量較小。而普通土釘支護(hù)邊坡最大沉降發(fā)生在開挖面,并且隨著開挖的不斷深入,沉降急速增加。

5 結(jié)語

工程應(yīng)用表明,在地質(zhì)條件較復(fù)雜的地方,復(fù)合土釘支護(hù)具有普通土釘支護(hù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合土釘支護(hù)極大地?cái)U(kuò)展了土釘支護(hù)的應(yīng)用范圍,必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。

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