土钉墙在超深基坑支护中的应用

探矿工程（岩土钻掘工程）２００８年第５期土钉墙在超深基坑支护中的应用孟凡运１，刘全峰２（１．山东省城乡建设勘察院，山东济南２５００３１；２．山东正元建设工程有限责任公司，山东济南２５００１４）摘要：通过对一深达１７．７０ｍ的基坑支护方案的比较，确定采用土钉墙支护，并对土钉墙施工中应注意的问题、基坑监测方案和应急预案措施等进行了介绍，以期为土钉墙的推广应用起到一定的指导和借鉴作用。关键词：基坑支护；土钉墙；基坑监测；地下水控制中图分类号：ＴＵ４７３．２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—７４２８（２００８）０５—００４４一０３１１．１随着城市建设用地的日益紧张，建筑物不断向高、深方向发展，基坑支护工程项目越来越多。目前主要的基坑支护结构有排桩、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙等。由于土钉墙相对造价较低，在对变形要求不很严格的基坑中得到推广应用。设计条件工程概况济南嘉恒商务广场（现名称为济南东环国际广场）位于济南市二环东路，是济南市东部地标性建筑物。该商务广场由Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ四座高层商住楼及地下车库联体建筑组成，总建筑面积约１４万ｍ２。按照《建筑基坑支护技术规程》（ＪＧＪ２０—９９）有关规定，土钉墙适用于基坑深度不宜大于１２ｍ的基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地。但对于场地地层条件较好的深基坑，可对规范限定有所突破。山东省城乡建设勘察院曾在一最大开挖深度１７．７０ｍ的基坑采用土钉墙支护，取得了较好的效果，现介绍给大家，供同仁参考。其中Ａ、Ｂ座高２４层，Ｃ、Ｄ座高２２层，中间由裙楼连为一体，裙楼高３层。车库位于主楼西侧，地下２层。该建筑物设地下室２层，局部为３层，采用天然地基、筏板基础。基坑底长１９６ｍ，宽６６ｍ。基坑开挖深度在１２．００—１７．７０ｎｌ之间，具体开挖深度详见图１。：１８０００．３５７０００２９０００ＥＥ一１８．１２０．１５２００．０２９００００ＥＥ—１８．１２ｏｏ５１１００．１８０００Ｉ—ｌＡＩＡ０ｏＩＢＩＢＩＩＢＩＢｏｏｌＡＩＡＯｒ—１７．９２Ｃｏｏ７百～ｃ座ｌＣ立ＣｏＣ７百一一ＣＩＣＢ座旦０Ｃ０—１７．９２０ｏ旦ｃＣｏ——ＣｏｏｏＣＡＡ罟譬Ｄ座ＩＣＢＩｃ—０ｏＩｃｏｏｏＩｃ飞Ａ座地下车库．一１２１４地下车库ＩＣ基坑开挖底边线ｌｃｏＩＤ一Ｄ／Ｂ—Ｂ量图例：掣基底建筑标高１．２场地工程地质和水文地质条件生土支护剖面。降水井围１基坑平面布置图填土。基坑开挖深度范围内场地地层结构及主要物理力学性质详见表１。建筑场地地貌单元属山前冲洪积扇，场地地层由第四系冲一洪积成因的黄土状土、粘性土及残积土组成，下伏白垩辉长岩，上覆一定厚度的近期人工收稿Ｅｌ期：２００７一１２一Ｏｌ；改回日期：２００８—０３—２４其中第②层有碎石混粉质粘土夹层，碎石含量６０％～７０％，第④层在场地南部混有卵石和风化岩作者简介：盂凡运（１９６９一），男（汉族），山东单县人，山东省城乡建设勘察院副总工程师、高级工程师，岩土工程专业，从事岩土工程技术与管理工作，山东省济南市无影山中路８５号，ｍｅｎｇ＿ｆｙ＠１６３．Ｐ．ｏｍ。万方数据２００８年第５期探矿工程（岩土钻掘工程）４５残核。抗剪强度指标综合考虑直剪试验和三轴试验结果确定。场地地下水为第四系孔隙潜水，含水层主要为第③层粉质粘土、第④层粉质粘土、第⑤层残积土及下伏辉长岩风化带。地下水埋深９．００—１０．１０ｍ。根据抽水试验查明渗透系数ｋ＝１．８５—７．６７ｍ／日，场地南半部较北半部渗透系数大，这是由于南半部地层中碎石、卵石含量较高所致。１．３基坑边界条件建筑场地开阔平坦，周围无高大建筑物，四周距建筑红线边界的距离分别为：西２０ｍ，东８ｍ，南２２ｍ，北１８ｍ，基坑西侧边缘距二环东路道路管线的距离＞２５ｍ。基坑东侧距已有３座住宅楼的距离为１１．４ｍ，南侧距两座已有住宅楼的距离为２５．２ｍ，住宅楼高６层，砖混结构。２支护方案论证虽然基坑开挖深度最大达１７．７０ｍ，但场地地层条件相对较好，且基坑周边无重要建筑物和管线，按照《建筑基坑支护技术规程》（ＪＧＪ１２０—９９）中的有关规定，综合确定基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取１．０。地下水埋深９．００—１０．１０ｍ，则地下车库部位水位降深约３．００ｍ，主楼部位水位降深９．００ｍ。由于周围无重要建筑物，且场地地层条件较好，降水引起的附加沉降较小，选择大口径井点降水。降水井主要布置在主楼基坑周围，井间距约１９ｍ，井深２５．００ｍ，共布置降水井３５眼，降水井位置详见图１。２．１排桩支护根据济南地区基坑支护经验，该工程首先考虑的是排桩支护，采用桩锚支护形式。经计算，需要设置ｌ一２道锚杆。为进行方案比较，我们选择了桩径８００ｍｍ的钻孔灌注桩作为支护桩进行计算，设计结果如表２。２．２土钉墙支护万方数据表２排桩支护计算结果基坑深桩径桩及锚杆嵌固深桩长锚杆锚杆长桩顶冠梁尺寸度／ｍ／ｍｍ间蹦ｎ．１ｌｌ＇ｌ度／ｍ度／ｍ道数度／ｍ／（Ⅲ×ｍ）１２．００８００１６００５．００１７．００１１７．５０９００×６００１７．７０８００１６００７．００２４．５０２１８．００９００ｘ６００２０．００若采用土钉墙支护，土钉水平间距１５００ｍｍ，竖ｍｍ，土钉成孔直径１５０ｍｍ，倾ｍｍ，混凝土强度等级襄３土钉墙支护计算结果按以上排桩支护方案，共需布设支护桩３２８根。由于支护桩须在基坑开挖前施工，考虑到施工现场的电力负荷和当时的施工工艺，支护桩施工工期约按照当时的市场价格，经估算，该排桩支护费用经比较，土钉墙方案与排桩方案相比，在工期、向间距２０００—２５００角１５。，混凝土面层厚度１００Ｃ２０，面层内设双向仍８＠２００钢筋网。根据基坑开挖深度、场地地层条件、允许放坡坡度将整个基坑划分为６种工况（见图１），采用理正深基坑支护设计软件计算，中国建筑科学研究院ＰＫＰＭ支护软件验算，各工况设计结果如表３。２．３方案比较４０天。而土钉墙施工和土方开挖穿插进行，土方工作量很大，在协调好土方开挖和土钉墙支护施工的工序的基础上，土钉墙几乎不单独占用工期。因此土钉墙支护能比排桩支护降低工期约４０天。约６７０万元，土钉墙支护费用约２１５万元。造价上均有较大优势。虽然土钉墙支护引起的坡顶位移、支护结构的变形大于排桩方案，但考虑到基坑周边无重要建筑物和管线，在保证基坑局部抗拉强度和整体稳定的前提下，一定限度范围内的变形不会对周边环境产生影响。因此该工程选择采用土钉墙支护。探矿工程（岩土钻掘工程）２００８年第５期３基坑支护施工和监测３．１施工控制要点土钉位置偏差＜１００ｍｎａ，偏斜度＜３％，面层厚度偏差≯２０ｍｍ。为防止在基坑面层后形成滞水压力，在面层内按横竖双向间距３．００ｍ设置泄水孔。土方开挖与土钉墙施工密切配合。土方分层开挖，每层土方开挖深度为土钉位置以下０．５０ｌｒｌｌ，严禁超挖。每层土开挖至设计深度后在土钉施工完毕且强度达到７５％之前不得进行下层土方开挖。土方开挖顺序先四周、后中间。３．２信息化施工由于建筑场地地质条件比较复杂，而勘察往往以点带面，并不能完全反映这个场地的地质条件。因而在基坑开挖过程中，设计人员深入现场了解基坑开挖揭露的地层情况，对支护方案不断进行细部优化，调整土钉长度，使支护措施更加经济合理、安全可靠。根据土钉抗拉试验结果调整土钉长度，使土钉抗拉力满足设计荷载要求。３．３地表水控制基坑外侧地面全部硬化，并在支护结构上部砌筑２４０ｍｍ×３００ｍｍ的挡水墙，在支护结构外侧设置排水沟以防雨水进入基坑。３．４基坑监测，监测范围包括基坑支护结构的位移、变形观测及周边住宅楼的沉降观测。在周围住宅楼上分别设置４～５个沉降观测点，在基坑四周设置１６个位移观测点。在降水开始后即开始观测工作，在降水停止、基坑回填之前一直进行观测，并在降水初期、基坑开挖期间适当加密观测次数。除仪器观测外，还对周围水位观测井的水位、基坑加强了巡视工作，以便及时发现问题予以解决。通过对基坑及周围建筑物的监测，周围建筑物最大沉降３．３８ｍｍ，基坑平均位移量ｌＯ．８０ｍｍ，最大位移量１５．７９ｍｍ，满足设计和规范要求。３．５应急预案为确保基坑在施工和使用期间的安全，在开工前即制定了应急预案。３．５．１险情判断在出现下列情况之一时，应立即报警，若情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑支护结构和周围环境中的保护对象采取应急措施：万方数据（１）基坑支护结构或后面土体最大位移已大于４０ｍｍ，或水平位移速率已连续３日大于３ｍｍ／ｄ；（２）个别土钉出现断裂、松弛或拔出现象；（３）周围建筑物不均匀沉降已接近《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７—２００２）有关规定或建筑物倾斜速率已连续３日大于０．０００ｌ彤矗。３。５．２应急预案措施（１）在基坑开挖过程中，先开挖四周土体，若支护结构最大位移＞４０ｍｍ，应立即停止开挖，并利用基坑内的土体进行坡底堆载反压。设计人员出具设计变更并落实后，方可继续开挖。（２）当出现土钉松弛、拔出现象时，应查找原因。若施工质量原因，应在原设计位置以下２００ｍｍ重新施工；若是设计原因，设计人员应重新进行验算出具设计变更。（３）在周围建筑物附近设置水位观测井，若建筑物沉降较大，则利用水位观测井进行回灌。虽然该工程施工中未出现以上不利因素，应急预案没有实施，但应急预案的制定为基坑安全提供了保证。４结语（１）虽然《建筑基坑支护技术规程》（ＪＧＪ２０一９９）中“土钉墙适用于基坑深度不宜大于１２ｍ的基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地”，而该基坑深度最大达１７．７０ｍ，但通过造价、工期比较及可行性分析，土钉墙支护比桩锚支护有较大优势，因此选择了土钉墙的支护形式。监测结果表明，周围建筑物沉降量、基坑位移量都满足规范要求。该基坑正常使用约１４个月，经历了雨季考验，土钉墙支护达到预想的效果。（２）基坑支护方案选择中，应结合基坑开挖深度、场地工程地质和水文地质条件、周围建（构）筑物情况等进行多种支护方案的对比，以期选择最优方案。在工程实施中，应采取信息化施工，并制定应急预案。参考文献：［１］ＪＧＪ１２０—９９，建筑基坑支护技术规程［ｓ］．［２］吴铭炳．软土地基深基坑支护中的土压力［Ｊ］．工程勘察，１９９２，（２）．［３］ＪＧＪ／＇ｒｌｌｌ一９８，建筑与市政工程降水工程技术规范［ｓ］．