高层建筑深基坑支护技术及应用

高层建筑深基坑支护技术及应用

摘要土钉支护是基坑和边坡加固中重要的支护形式之一，它具有经济可靠、施工简便迅速等优点，在我国建筑行业中得到了广泛的推广应用。通过对土钉支护技术特点的分析，指出土钉支护结构的作用机理和工作性能，并结合工程实例对土钉支护的实际应用情况进行分析，表明土钉支护技术具有施工简单、结构可靠、经济效益好的优点，具有广阔的应用前景。

关键词高层建筑；深基坑；土钉支护；应用

中图分类号tu97 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）94-0137-02

建筑基坑工程是一项综合性强、风险性高的工程，从上世纪30年代开始许多学者针对基坑工程问题开展了一系列的较为系统的研究，并取得了显著的工程效果。随着深基坑工程的增多，出现了重力式支护、深埋式支护以及其它支护类型等10多种支护形式，其中土钉支护形式具有简单、快捷、经济性好等优点，在建筑行业中受到关注和青睐[1]。由于土钉支护技术具有很好的经济性，并且以实践工程中不断积累的经验作为基础，人们试图利用土钉支护技术来解决比较复杂的支护技术问题甚至在部分工程中取代排桩、连续墙等传统支护型式，以取得更加突出的经济效益。因此，为了达到安全性和经济性兼得的效果，深入研究土钉支护的理论和方法是非常有必要的，具有十分重要的意义。

1深基坑支护类型及土钉支护技术

1.1深基坑支护类型

深基坑支护结构是一种特殊的工程构筑物，具有复杂性、可变性、临时性、高风险的特点，通常包括挡墙和支撑两部分，支护形式分为加固型支护和支挡型支护两大类[2]。

支挡型支护型结构是将支护墙排桩作为主要受力构件，目前常用的有钢板桩支护、排桩支护、地下连续墙支护等几种型式，支挡型支护钢板桩支护适于软弱场地地基和地下水位高且水量丰富的地区，具有强度、高阻水、施工简便快捷等优点，但也存在对设备要求较高，在同等条件下一般比其他支护形式工期短造价相对较高的缺点。排桩支护能够适应各种地质条件，在我国的应用较多，其施工简单、设备投入不大，但工程造价一般较高。地下连续墙的优越性明显，可以用于大深基坑和复杂的工程环境中，但其工程造价很高，在选用时需综合考虑。

加固型支护结构是充分利用加固土体的强度来达到稳定的目的，主要有水泥搅拌桩、高压旋喷桩、土钉墙等。加固型支护多采用深层水泥搅拌桩，水泥土搅拌桩对工艺设备要求简单，造价低廉，工期比较适中。高压旋喷桩施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备占地小，噪音小。土钉是在新奥法的基础上基于物理加固土体的机制，适合于成孔困难的砂层和软弱土层，具有广泛的应用前景。目前报导的土钉墙支护的最大深度已达16米，与锚杆联合支护时开挖深度还可以更大。

1.2土钉支护技术

土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型

挡土结构。它由被加固土、放置于原位土钉中的细长金属杆件（土钉）及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似于重力式墙的挡土墙。以抵抗墙后传来的土压力及其它作用力，从而使开挖坡面稳定。

土钉支护通常由土钉、面层和防水系统三部分组成。根据施工方法土钉可分为：钻孔注浆型土钉、射入型土钉与打入形土钉。其中钻孔注浆型土钉是最常用的土钉，一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置，主要用于永久或临时性的支挡工程。打入型土钉一般是采用专门的施工机械，如气动土钉机，直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉，这种形式的土钉由于长期的防腐工作难以保证，在我国主要用于临时性的支挡工程。目前，射入型土钉在我国的应用尚不广泛。土钉沿着通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固，而土钉和土体变形则通过配筋混凝土面板予以约束。

土钉支护在施工过程中对土体的扰动较小，分层、分段、小步开挖后迅速支护的施工工序对控制变形起到了重要的作用，这样就防止了土体发生难以预测的变化，进而土钉具有较高的安全性和可靠性。

2 土钉支护技术的特点及作用原理

2.1 土钉支护技术的特点

土钉与土体可以形成复合体，从而可以有效提高边坡的稳定性和承受坡顶超载的能力，具有结构轻、柔性大以及抗震性能好等优点，而且施工机械移动方便，占用的场地小，并可以通过调整土钉的长度和间距提高工程的安全性和可靠性。

土钉支护易受到水的影响，在施工过程中，应防止水对支护结构造成破坏。土层在进行分段开挖时，需保证边坡的直立和稳定性，因此土钉支护技术适用于有一定粘性的杂填土、粘性土、粉土、黄土及弱胶结的砂土边坡。土钉支护作为新的一代护坡技术，已广泛应用于建筑、水利、水电、煤炭，交通、港口等诸多领域。

2.2 土钉支护技术的作用原理

一般来说，自然土体的抗剪强度均较小，而抗拉强度甚至可以忽略不计，但土体也具有一定的结构整体性，可以保证自然边坡或基坑开挖成一定的坡度和深度时不会导致失稳，但当土坡的高度或者坡面承受较大的外载较大时，若不采用加固措施则容易引起土体的失稳。

传统的边坡支挡结构基本是采用被动制约机制，通过承受土体的侧压力，从而限制边坡土体的变形发展，而土钉支护技术采用的是主动制约机制，通过在土体中按照一定的规律布置不同长度和直径的土钉，通过与与土体共同作用而形成一个复合体，从而起到土体结构强度、增加土体稳定性的目的。

土钉自身的强度和刚度均较大，通过与土体形成复合骨架结构共同承担外荷载和自重应力。当边坡土体进入塑性变形区间后，土体

中的应力会逐渐向土钉转移，利用土钉承受的弯剪、拉剪等复合应力来抵消和缓解土体的内应力[3]。因此，土钉分担荷载的程度与土钉的布置方法及土钉自身的长度及直径等密切相关。为充分发挥土钉的作用效能，通常需要在开挖边坡的坡面上设置与土钉相连的钢筋混凝土面板，通过面板与土钉及土的摩阻力来边坡的整体变形。

3 工程实例应用分析

3.1 工程简介

高层建筑作为城市发展的新标志，为促进城市的进步具有十分重要的意义，通过大量高层建筑的建设，从而促进长春市老城区的复兴。重庆路商贸中心工程的位于长春市朝阳区的老城区，建筑高度达95m，共计33层，地表以上29层，地表以下4层，累计建筑面积超过11万平米。场地的基坑长度为98m，宽度85m，基础埋深为18m，局部最深处达到22m，工程结构采用框支剪力墙结构，通过地质调查分析，在本工程基坑深度范围内的土层有6种，而且本工程无大面积放坡的条件，而且在土方开挖前应进行降水和支护，防止边坡的坍塌，引发工程事故。

根据本基坑工程的实际情况，重庆路商贸中心工程存在四个施工难点。第一，本基坑工程的开挖深度基本超过18m，这对基坑边坡的稳定性和安全性提出了很高的要求。第二，本工程地处繁华的都市区，工程施工现场的场地相对狭小，而且工程靠近城市主干道，周边的车流与人流量很大，环境较为复杂，在施工中要确保周边道