肖 榮 鄒仕奇

1 概述

土釘與其他支護(hù)類型相比,具有工期短、造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),已在我國(guó)許多城市得到推廣應(yīng)用。然而,土釘支護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中,將受到選擇土工參數(shù)模型困難、變形和受力性能、破壞模式不易確定及凍結(jié)條件下的土壓力的計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)的約束,出現(xiàn)了理論落后于實(shí)踐的局面。本文通過(guò)工點(diǎn)冬季施工過(guò)程中水平位移和土釘拉力的變化,分析冬季施工過(guò)程中凍脹對(duì)土釘支護(hù)穩(wěn)定不利的影響,為今后類似工程提供參考依據(jù)。

2 凍脹力對(duì)基坑支護(hù)的影響

季節(jié)性凍土對(duì)土釘?shù)陌踩：?主要表現(xiàn)為季節(jié)性凍土對(duì)土釘?shù)脑O(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度、土釘彎鉤與水平壓筋的連接強(qiáng)度,以及護(hù)面層強(qiáng)度的安全構(gòu)成危害。由于北京地區(qū)土體的年平均地溫較高,地下水埋深較大,地基含水量較小,可以采取以下措施:坑壁及地面覆蓋草簾保溫,減小土層凍結(jié)厚度;地面施加混凝土硬覆蓋,防止地表水入滲;冬季停工期間,基坑降水不停止。

3 工程實(shí)例

北京廣安門(mén)外大街 305號(hào)住宅樓基坑工程中,由于工期緊,其基坑必須在冬季來(lái)臨前完成,并在來(lái)年進(jìn)行底板施工,而在設(shè)計(jì)中卻沒(méi)有將凍脹力考慮在內(nèi)。為確?；拥陌踩?在基坑一側(cè)進(jìn)行了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,驗(yàn)證越冬期間凍脹對(duì)基坑的不利影響。

3.1 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1.1 工程條件

擬建工程的地貌單元屬于永定河沖洪積扇中上部,上部為人工填土層,其下為第四紀(jì)沉積土層,主要由粘性土、粉土、砂土及碎石土構(gòu)成,擬采用復(fù)合土釘墻支護(hù)方案。

基坑分為 1—1,2—2,3—3,4—4,5—5,6—6,7—7七個(gè)支護(hù)分區(qū),論文僅以 3—3剖面支護(hù)斷面進(jìn)行分析討論,該斷面的基坑開(kāi)挖深度為 14.30m。設(shè)計(jì)中將附近的臨時(shí)設(shè)施荷載考慮在內(nèi),荷載距基坑邊線7.0m,寬度為3.0m,大小為20 kPa均載。

3.1.2 設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性驗(yàn)算

1)支護(hù)設(shè)計(jì)。

復(fù)合土釘墻設(shè)計(jì)方案,直接將涉及的錨桿作為土釘進(jìn)行設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程。

通過(guò)計(jì)算及工程類比設(shè)計(jì),基坑支護(hù)方式為:上部 5.0m放坡系數(shù)1∶0.2;下部9.3m放坡系數(shù)為1∶0.4;設(shè)計(jì)土釘8道,錨桿2道,長(zhǎng)度3m～15m,水平間距1.5m,豎向間距1.4m,梅花狀布置。土釘和錨桿人工或機(jī)械成孔,土釘孔徑 100mm,錨桿孔徑150mm,傾角 10°～15°,壓力注P.S.A.32.5素水泥漿,水灰比0.50,土釘桿體材料為螺紋鋼 1Φ20,噴錨面層為φ6.5@200×200鋼筋網(wǎng)和螺紋鋼 Φ14的橫縱向加強(qiáng)筋。錨筋采用 1束(7φ5) 1860級(jí)鋼絞線,第一道錨桿自由段 5.0m(采用隔漿處理),錨固段長(zhǎng)度10.0m;第二道錨桿自由段5.0m(采用隔漿處理),錨固段長(zhǎng)度7.0m;孔內(nèi)注水泥漿,漿體強(qiáng)度M20,采用20b槽鋼作為腰梁,第一道錨桿鎖定力不小于 120 kN,第二道錨桿鎖定力不小于150 kN。面層噴射10 cm厚C20細(xì)石混凝土,混凝土配比為水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2;坡頂四周做1.0m寬的散水,材料做法同噴錨面層。復(fù)合土釘墻最后的設(shè)計(jì)如圖 1所示。

2)穩(wěn)定性驗(yàn)算。

a.整體穩(wěn)定性計(jì)算。抗滑安全系數(shù)為Kh=2.90;土釘墻的抗傾覆安全系數(shù)為Kh=3 725.48/1 360.72=2.74;土釘?shù)目估踩禂?shù)為K=5.08,均大于規(guī)范要求。b.內(nèi)部整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。內(nèi)部穩(wěn)定性系數(shù)按圓弧法進(jìn)行計(jì)算,圓心和圓弧均采用枚舉法進(jìn)行,穩(wěn)定性系數(shù)隨開(kāi)挖過(guò)程不同而不同;其安全系數(shù)均大于1.2,滿足規(guī)范要求。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

鑒于設(shè)計(jì)中未考慮凍脹力,因此,選擇了基坑 3—3斷面作為試驗(yàn)研究對(duì)象,進(jìn)行水平位移和土釘拉力測(cè)試,用來(lái)判斷其越冬期間該基坑的穩(wěn)定性。

3.2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的布置

考慮到基坑的最大變形通常發(fā)生在基坑的中心,因此在 3—3斷面中心位置鉆孔埋設(shè)測(cè)斜管;考慮到細(xì)粒土存在凍脹現(xiàn)象,而粗粒土凍脹作用不明顯這一特點(diǎn),在第 1,3,4,5層土釘及第 1層錨桿布置拉力測(cè)試元件(錨桿測(cè)力計(jì));其中土釘?shù)?1層 ～第 4層和第 1層錨桿在細(xì)粒土地基中,土釘?shù)?5層則在粗粒土中。

3.2.2 水平位移的變化特征

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,隨著氣溫的不斷降低,其水平位移量逐漸加大,從 2008年 12月 29日～2009年 1月 19日,水平位移量從8.9mm增長(zhǎng)到26.2mm,增長(zhǎng)幅度達(dá)194.4%。

從圖 2可以看出水平位移量主要發(fā)生在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)(開(kāi)挖深度為 14.3m),開(kāi)挖結(jié)束后,開(kāi)挖深度內(nèi)水平位移變化量很小,而寒冷季節(jié)過(guò)后,在基坑上部 8m以上的水平位移變化量較大,分析其原因是由于該范圍主要為粘性土,在冬季由于凍脹類土的凍脹作用,產(chǎn)生了較大的水平位移;從2009年1月 19日～2月18日,在深度2m位置處,其水平位移僅增長(zhǎng)了3.0mm,說(shuō)明基坑的凍脹量主要發(fā)生在凍脹前期,由于基坑側(cè)壁上其水分沒(méi)有繼續(xù)補(bǔ)充,因此其凍脹量就沒(méi)有繼續(xù)增加。從以上現(xiàn)象可以看出,基坑的水平位移量絕大部分由凍脹引起,這點(diǎn)也可以從土釘?shù)睦ψ兓卣鞯玫?其變化值也主要發(fā)生在此時(shí)間段。

3.2.3 土釘拉力變化特征

從表 1可以看出,土釘?shù)睦υ陂_(kāi)挖完成后一段時(shí)間內(nèi),其拉力的變化不大;到 12月中旬開(kāi)始,其拉力隨著氣溫的降低而逐漸增大,在 2008年 12月 23日達(dá)到最大,其后拉力值基本保持不變。對(duì)于第 1層土釘而言,開(kāi)挖到基底后,其拉力為8.31 kN,20 d后的拉力值幾乎不變;但隨著氣溫的降低,其拉力值逐漸增大,至2009年 1月 13日時(shí),其拉力值達(dá)到了最大值 9.28 kN,增加了0.97 kN;同樣的,對(duì)于第 3層土釘,其拉力值也在此階段有了相應(yīng)的增加;說(shuō)明對(duì)于具有凍脹敏感性的粘性土而言,由于該部分出現(xiàn)了較大部分的水平位移,其拉力也相應(yīng)的增加。但對(duì)于第 4層和第 5層土釘而言,由于其所處位置為非凍脹土,不發(fā)生凍脹,因此,該兩層土釘在寒季中沒(méi)有出現(xiàn)拉力明顯增大的現(xiàn)象。

表1 不同部位的土釘拉力測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

論文通過(guò)對(duì)土釘支護(hù)中凍脹力的產(chǎn)生原因及實(shí)例分析,得到以下結(jié)論:

1)北方地區(qū)的寒冷冬季的基坑開(kāi)挖必須考慮凍脹力,尤其是地下水量埋藏淺且豐富的地區(qū),務(wù)必考慮凍脹力的存在,并采用一定的防凍脹措施;

2)基坑開(kāi)挖后,其凍脹產(chǎn)生的水平量也相當(dāng)可觀,最大的水平位移達(dá)到34.9mm,對(duì)于旁邊有管線的地段,尤其要注意其水平位移的發(fā)展;土釘拉力的增加和水平位移的變化主要發(fā)生在凍脹土中,對(duì)于弱凍脹的地基土,可以不予考慮。

[1] JGJ 120-99,建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] JGJ 118-98,凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 胡煥校,魏 濤.土釘與樁錨復(fù)合支護(hù)方案在邊坡工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2010,36(1):107-108.