客专铁路深基坑复合土钉支护技术的设计与应用

【摘要】针对某客专铁路深基坑施工场地狭小、地质条件差、开挖面积大等不利因素，对基坑分段采用土钉墙和水泥搅拌桩复合支护方案，并提出该复合土钉支护模型的计算模型和计算方法。该复合支护方式在保证工期的前提下，降低了工程造价。

【关键字】 土钉墙 搅拌桩 复合支护

【Abstract】The calculate model and calculate measure of composite soil nailed wall is put forward which is in allusion to poor geological condition the engineering geologic condition and large excavation area in jingjiang city. The composite support can guarantee construction period and decrease construction cost in deep excavation.

【Key word]】composite soil nailing, cement agitated pile, composite braced structure

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

复合土钉支护是在土钉支护基础上发展起来的一种应用非常广泛的岩土工程加固支护方法，它是土钉支护的研究不断深化与各种岩土工程的其他方法有机结合的产物。复合土钉支护以往主要应用于房建地下工程和水库大坝建设工程中，现己在岩土工程的诸多行业中应用，近年来随着我国高速铁路的发展建设，华南、西南等丘陵山区在路基基底加固换填和桥梁基础施工时均涉及到深基坑施工，采用该支护方案可有效地应用于岩土边坡工程、基础工程等的加固与支护。复合土钉支护具有适用性强，安全可靠，经济快速等优点。但其应用实践是先于理论的，施工应用仍处在发展、完善的过程之中。本文就某客专铁路深基坑采用复合支护在实际应用中的理论和计算方法进行浅析与探讨。

1.工程概况

广西市境内一客专铁路路堑换填开挖深度为10.0m，局部开挖深度达14.0m，基坑面积870m2，前桥后隧，周围场地狭窄，受施工场地、便道通行和地下承压水位高等影响，原方案采用的板桩维护方案受材料运输进场和插打方案难以实施。经多方比选和综合考虑后，采用土钉墙和水泥搅拌桩结合方式进行基坑加固和基底换填施工。

根据勘探资料，在基坑开挖深度及影响范围内，其主要地层为：

表 1 场地土层及土性指标

Table1.strata and their physical-mechanic parameters

对本工程有影响的场地地下水上部为赋存于Ⅰ、Ⅱ层土中的潜水，水位埋深0.4～0.5m，下部为赋存于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ层土中的微承压水，水位埋深1.0m左右。

2、基坑设计

依据设计要求，针对该工程地质条件差、基坑开挖面积大等不利因素，对地质条件和场地环境等进行综合分析，分段选用土钉墙与水泥搅拌桩复合支护的形式（图1），由于复合支护形式无规范可查，方案设计时提出土钉墙、桩墙复合支护的设计理论与计算方法，并建立一种简便的计算模型，该模型与电算模拟较好。土钉墙支护设计采用以极限平衡法为基础的条分法，分析搜索潜在滑移面位置及形状，将坡体条分，利用剩余推力法计算每块剩余下滑力及坡体的整体稳定性。特别是在挡墙前保留了部分土台，显著提高挡墙的稳定性和抗渗能力，降低工程造价。

图1基坑纵剖面图

2.1土钉墙设计

（1）土钉墙抗拉承载力计算

依据规范[1]，取土钉的=1m，=1m。

表2土钉计算参数

Table2.soil nailing calculation parameters

（2）土钉墙稳定性分析

土钉墙依靠较密间距排列的钢筋界面粘结力或摩擦力使钢筋与土体形成一种复合土体，具有一定的抗弯、抗拉刚度，在土体中起着补强作用，最终形成重力挡土墙，需进行抗倾覆与抗滑移验算。依据规范[1]中规定，取墙体宽度b=8m。

a.抗滑稳定性验算

淤泥质粉质粘土取，土压力引起的水平推力为各道土钉拉力之和。

b.抗倾覆验算

c.整体稳定性

采用计算程序得。

2.2水泥搅拌桩墙整体稳定性分析

取桩墙嵌固深度为，墙体厚度为。

（1）计算主动土压力

折算到挡土墙墙顶处超载。

图2 水泥土墙计算示意图

第一层土：

第二层土：

计算点位于基坑开挖面以下：

主动土压力合力：

（2）计算被动土压力

因重力挡土墙抗倾覆能力不足，单独靠水泥土墙难以承担挡土墙的倾覆力矩，若采用深层搅拌桩提高挡土墙的抗倾覆力矩，势必造成工程造价提高，工期延长，综合考虑各种因素后，采用在墙前保留300mm宽土台的方案，按1：1放坡，可增大被动土压力Ep，满足挡墙抗倾覆和抗滑要求，同时降低工程造价。计算时将土台重力折算为范围的超载。

被动土压力合力：

a.抗倾覆验算

抗倾覆力矩：

倾覆力矩：

由于分级止水，地下水水平渗流路径已达近10m，远超过3.7m挡土墙宽，未考虑渗流影响。

b.抗滑动验算

挡土墙底部位于粉砂层，取

c.抗隆起验算

极限平衡状态下水泥土墙嵌固深度。

d.整体稳定性验算

验算。

3.计算结果分析

岩土工程是一个复杂的综合领域，不确定因素很多，须凭借相关岩土概念经验与软件的计算结果加以比对分析，才会得到合理的设计方案。本文采用电算软件校核土钉墙及水泥土墙，电算结果如下：

表3土钉各开挖阶段稳定性验算结果

Table3.The check of stability at every excavation stage

图3 基坑稳定支护稳定分析结果图

整体稳定安全系数=1.91 抗滑移安全系数=1.68 抗倾覆安全系数=1.24

抗隆起安全系数=2.20抗管涌安全系数=4.45

电算所得的结果与公式计算基本一致，均满足设计要求

4.结束语

（1）深基坑的地基土层分布、开挖深度、周边环境条件不尽相同，基坑围护方案应多种支护方式并存，本基坑采用土钉墙与水泥土墙复合支护，其计算模型与电算吻合较好，实践证明该支护经济可行，并在时间和空间上进行优化配置，节约成本，提高效益。

（2）复合土钉支护技术作为新兴工艺，人们对其了解和掌握仍不是很全面，设计一定要严密合理，准确把握规范所要求的安全系数，全面考虑各种实际因素。

（3）在基坑的开挖施工中，对支护结构、基坑邻近建筑物、周围土体等在理论分析指导下进行全方位监测，对基坑支护进行动态设计，在出现不利情况时，能迅速发现并加以控制。

参考资料:

[1] 《建筑基坑支护技术规程》. JGJ 120-99

[2] 《基坑土钉支护技术规程》. CECS96:97

[3] 尉希成，周美玲编著.支挡结构设计手册. 北京-中国建筑工业出版社 2004

作者简介：向建彬（1977—），男，山东日照，2000年7月毕业于石家庄铁道学院交通工程系，工程师。