科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２０１０）０７—０１４２—０３ ＳＣ１一ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２０１０年第２Ｏ卷第７期 收稿日期：２０１０—１—１２ 水泥土搅拌桩复合土钉墙在深基坑 支护中的应用研究 梁仁旺，张学飞，孙广灿 （太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原，０３００２４） 摘要：介绍了水泥土搅拌桩复合土钉墙的设计方法及构造形式，并结合工程实例对 复合土钉墙在深基坑支护中的应用进行了阐述。 关键词：深基坑支护；水泥土搅拌桩；复合土钉墙 中图分类号：ＴＵ４７３．２ 文献标识码：Ａ 随着我国经济的持续发展，城市建设速度越来越快，面对土 地越来越匮乏的问题，地下空间的开发和利用已成为一种趋势。 水帷幕体系，若含水层较厚也可以进行局部隔断，但是帷幕的深 度要根据抗渗稳定、抗管涌等进行计算确定。止水帷幕可以起到 隔水和先期对边坡土体进行加固的双重作用。 １．２土钉 ● 然而在地下水位较高的沿海或者离河道比较近的地区，基坑支 护由于要考虑地下水渗流等因素的影响，支护难度加大，传统的 支护方式已不再适用。水泥土搅拌桩复合土钉就是近年来针对 这种情况逐步发展起来的一种将深层搅拌桩、高压旋喷桩、钢管 土钉及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程进行多种组合的 一在复合土钉支护中，为了解决在含水率较高的砂层或者软 土中成孔时因穿透止水帷幕产生的漏水问题常采用打人注浆的 钢管土钉。其构造及面层连接形式与普通土钉相同，长度一般为 ６ｍ～１２ｍ，间距１ ｍ一２ｍ。 种新型支护方式。 １ 水泥土搅拌桩复合土钉墙的结构形式 Ｉ．１止水帷幕 １．３预应力锚索 当基坑开挖较深时会产生很大的土压力，因此经常在复合 土钉墙的中部设置几排预应力锚索，用以产生一个初始抗力来 止水帷幕采用互相搭接的水泥土搅拌桩，在含水层较薄的 情况下其深度一般穿过含水层进入隔水层中，以形成封闭的止 限制基坑侧壁的位移和提高工程的安全等级。预应力锚索一般 使用钢绞线、钢筋、钢管等３种材料，其中钢绞线预应力锚索应 ［５］郑乃国．瓦斯抽放及技术研究［Ｊ］．煤炭技术，２００８（６）：１１０一 ｌ１２． 术完善和提升，从本质上优化抽采工艺，从基础上寻找突破点， 真正做到煤层气的高效抽采利用。 参考文献 ［６］黄盛初，刘文革，赵国泉．中国煤层气开发利用现状及发展 趋势［Ｊ］．中国煤炭，２００９（１）：５—１Ｏ． ［７］王红岩，李景明，赵群，等．巾国新能源资源基础及发展前景 展望［Ｊ］．石油学报，２００９（３）：４６７—４７４． ［１］翟成，林柏泉，王力．我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及 问题［Ｊ］．天然气工业，２００８（７）：２３—２６． ［２］刘泽功．煤矿抽放瓦斯技术现状及展望［Ｊ］．中国煤炭，２０００ （８）：ｌ２一ｌ４． （责任编辑：王永胜） 第一作者简介：郑晓冉，男，１９８１年２月生，现为太原理工大 ［３］胡予红．加强通风瓦斯利用，实现减排目的［Ｊ］．中国煤炭， ２００９（５）：８３—８５． ［４］郑尚超，代志旭．气体躯替在提高瓦斯抽采牢巾的创新与应 用［Ｊ］．煤矿安全，２００８（８）：４２－４４． 学矿业工程学院安全技术及工程专业２００７级在读硕士研究生， 山西省太原市迎泽西大街７９号，０３００２４． Ｔａｌｋｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ ｏｆ Ｃｏａｌ—ｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ） ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｒａｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ＣＢＭ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｏｗ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ＣＢＭ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓｏｍｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆＣＢＭ． ＫＥＹ ＷｏＲＤＳ：ＣＢＭ；ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ；ｇａｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ １４２ 梁９．ｎｒ，张学飞，孙广灿水泥土搅拌桩复合土钉墙在深基坑支护巾的应用研究 本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ科技论坛 用较为普遍。为了保证将锚固力有效地传递到混凝土面层和土 层中，锚索锚头必须与喷射混凝土面层可靠连接。复合土钉墙中 ∑即０８（ ）＋｝乏蹄ｉｎ（ ）【ａｎ竹 ——— 面 ■—一 预应力锚索的设计荷载一般应小于３００ ｋＮ。 式巾：ｋ。为复合土钉墙整体稳定安全系数； 为搅拌桩的抗 ２水泥土搅拌桩复合土钉墙支护的设计计算 剪强度设计值，ｋＰａ；Ａ 为搅拌桩的面积，ｍ ； 为预应力锚杆设 计承载力，ｋＮ；ｓ。为搅拌桩的间距，ｍ；ｓ 为预应力锚杆的水平问 水泥土搅拌桩复合土钉支护的设计计算一般包括止水帷幕 距。 深度的设计、坑壁整体稳定性分析及土钉抗拔力验算等。 ２．３复合土钉墙中土钉（锚杆）抗拔力验算 ２．１止水帷幕的设计 ２．３．１土压力计算 止水帷幕一般包括幕帘式和落底式两种形式。幕帘式帷幕 深度为 处的支护结构水平荷载标准值ｅ 按下列公式计 是指帷幕未完全隔断含水层，其墙底未进入相对隔水层巾；落底 算（见图３）［”。 式帷幕指帷幕体墙底进入到相对隔水层中，将含水层完全隔断。 （１）当基坑底为软土或砂土、基坑内作用有较大渗透水压力 ｅ ２ｃ＊ ＝＿ （５） ＝ ＋ （６） 时，止水帷幕嵌固深度应满足式（１）的抗渗透稳定条件（见图１）。 ≥１．２ｙｏ（ｈ－ｈ ） （１） 计算点位于基坑开挖面以上时： 式中：Ｙｏ为建筑基坑侧壁重要性系数；＾为基坑开挖深度， ￣－－ｙ，，／ｚｓ （７） ｍ；ｈ 为地下水埋深，ｍ。 计算点位于基坑开挖面以下时： （２）当基坑底为饱和砂层时，应进行抗管涌验算【ｌ】： ＝ Ｉ＾ （８） 式中： 为第ｉ层土的主动土压力系数；ｃ 为三轴试验确定 ： ≥１．５ （２） ｙｏｎ 的第ｉ层土固结不排水（快）剪黏聚力标准值，ｋＰａ；￣为三轴试 式中： 为抗管涌安全性系数；＾ 为基坑外侧地下水至基坑 验确定的第ｉ层固结不排水（快）剪内摩擦角标准值，（ｏ）；｜Ｉｌ为基 底的距离，ｍ；ｈ 为支护结构嵌入深度，ｍ； 基坑内侧范围内土的 坑开挖深度，ｍ； 为计算点深度，ｍ；ｃｒ，／ｋ为作用于深度ｚｊ处的竖 加权重度，ｋＮ／ｍ３，水位以上取天然重度，水位以下取有效重度； 向应力标准值，ｋＰａ；ｃｒ，￣为计算点深度： 处自重竖向应力。ｋＰａ； 为地下水的重度．ｋＮ／ｍ，。 Ｏ＇ｏｔ基坑外侧任意深度附加竖向应力标准值，ｋＰａ；￣。 为基坑外侧 ２．２整体稳定性分析 深度范围内的附加竖向应力标准值，ｋＰａ；ｙ 为深度。，以上土的 （１）土钉墙整体稳定性分析采用圆弧滑动面计算，安全系数 加权平均重度，水位以下采用饱和重度，ｋＮ／ｍＳ；ｙ￣为开挖面以下 为ｋ，ｒ ２Ｊ： 土的加权平均重度，水位以下采用饱和重度，ｋＮ／ｍ，。 ２．３．２土钉抗拉承载力计算 “ ∑（ ０６ ｓ） ｉｎＯｊｓ 盟ｎ ’ （１）复合土钉墙设计时，单根土钉的受拉荷载标准值采用公 ＯＳ（６｝ ）＋｝ ｉｎ（Ｏ，＋ｏｔｓ）ｔａ 式（９）计算【－】： ∑（ ，ｈｉ）ｓｉｎ０ｉｓ １ ＝ ｅ （９） 式中：ｋ，为土钉墙整体稳定性安全系数．ｃｊ为土体黏聚力， ｋＰａ；￣ｉ为土体内摩擦角，（。）； 为土条滑动面弧长，ｍ； ｆ为土条 式中： 为第 根土钉受拉荷载标准值，ｋＮ；ａｓ为第 根土钉 的重力，ｋＮ； 为土钉极限抗拉力，ｋＮ；．ｓ为土钉水平间距，ｍ； 的倾角，（。）； 为土钉水平间距，ｍ；ｓ 为土钉垂直间距，ｍ；ｅ 为 为滑动面某点切线与水平面的夹角，（。）；嘶为土钉与水平面的夹 第 根土钉位置处的水平荷载标准值，ｋＰａ。 角，（。）；６，为土条宽度，／／１。 （２）单根土钉抗拉承载力验算。第一，在侧压力的作用下，土 （２）复合土钉墙的整体稳定性分析计算中考虑止水帷幕、预 钉体强度应满足下式要求： 应力锚索的作用，其安全系数为 （见图２）。 Ａ ≥ （１ｏ） Ｊ ÷ ， 式中：Ａ 为土钉杆体的面积，ｍ 为钢筋抗拉强度标准值， ｋＮ／ｍ。。 ｙ入ｙ＞ Ｏ（ｘ．Ｙ） 第二，单根土钉抗拉承载力计算应符合下式： ｉ 《 １．２５ｙｏＴ￣ｋ≤ （１１） Ｉ第三，对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设 计值应按试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按下式计算 ● 《 （见图４）。 ＝ ｇ （１２） 、 Ｉｘ，， 式中： 为土钉抗拉分项系数，取ｌＩ３； 为第 根土钉锚固 体直径，ｍ；ｑ 为土钉穿越第ｉ层土土体与锚固体极限摩阻力标 《 准值，ｋＰａ；ｌｓ为第 根土钉在直线破裂面外穿越第ｉ稳定土层内 的长度，破裂面与水平面的夹角为（ ＋ ），２。 图１ 渗透稳定计算简图 图２整体稳定性分析简图 ｌ４３ 粱仁旺．张学飞，孙广灿水泥土搅拌桩复合土钉墙在深基坑支护巾的应用研究 本刊Ｅ—ｍａｉｈｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ科技论坛 图３水平荷载标准值 计算简图 图４复合土钉墙抗拔力 验算简图 ３工程实例 ｌ ２ｏ０ ３．１工程概况 工程位于太原市万柏林Ⅸ新晋祠路西侧某医院院内，为一 门诊大楼，由主楼及其他附属设施组成，设二层地下室。基坑开 挖６．７７ ｍ，基坑轮廓为方形，长宽约３５．６ ｍ。 ３．２水文地质条件 图５基坑东侧复合土钉墙支护典型剖面图 （ｍｍ） （３）进行锚管注浆，待砂浆具有一定强度后张拉锁定锚管， 为了减少预应力损失，可进行超张拉或采用二次张拉技术； （４）重复上述施ｌＴ步骤，直到设计的基坑开挖深度。 １二程场地地形平坦，高程为７６７．８８ ｍ一７６８．７０ ｍ。场地所处地 貌单元为汾河西岸Ｊ级阶地，地下水位埋深２．６ ｍ～３．９ ｍ，地下水 ４结语 通过本工程的实践证明，水泥土搅拌桩复合土钉支护在地 下水位较高及地质条件较复杂的基坑支护中具有良好的挡水挡 位年变幅１．０ ｍ左右。本场地地基土为第四系全新统和上更新统 形成的冲洪积松散堆积物，底层岩性主要为粉土、粉质黏土、粗 砾砂和卵石等，地表覆有厚度不等的杂填土和素填土。 ３．３支护方案 土效果，尤其使用打入型钢管土钉可以弥补普通挖孔注浆型土 钉的缺点．有效地控制了打孔时帷幕破坏漏水问题。是一种较为 理想的支护结构形式。 基坑支护采用复合土钉墙支护，深层搅拌桩止水帷幕，管井 降水方案。深层搅拌桩桩径５００ ｍｍ，桩距、排距均为３５０ ａｍ，南 侧、东侧及北侧采用３排，西侧为２排，有效桩长为１２ ｍ～ｌ２．５ ｍ；土钉采用打人注浆钢管，长度为８ ｍ～１２ ｍ，间距为１．０５ ｍ，倾 角为ｌ５ｏ；预应力锚索采用３ｘ７￣￣５钢绞线，长度为１８ ｍ。坑壁采 用１００ ｍｍ厚Ｃ２０喷射混凝土护面，内设ｑｂ６．５＠２００ｘ２００钢筋网 设标准化协会，１９９９． 参考文献 ［１］ＪＧＪ １２０—９９建筑基坑支护技术规程Ｅｓ］．北京：中国工程建 片，锚管与面层连接处设置２ ｌ６加强筋与２ ｌ６加强筋长度为 ０．５ ｍ的钢筋形成的井子架。其典型剖面见图５。 ３．４施工步骤 ［２］陈肇元，崔京浩．土钉支护在基坑工程中的应用［Ｍ］．北京： 巾国建筑工业出版社，２０００． ［３］曾宪明，黄久松，王作民．土钉支护设计与施工手册［Ｍ］．北 京：中国建筑工业ｎ＿ｊ版社，２００３． 水泥土搅拌桩复合土钉支护的施工步骤和普通土钉墙的施 工步骤大体相同【３］，施工步骤如下： （１）沿基坑开挖线施丁水泥土搅拌桩（止水帷幕）； （责任编辑：李敏） （２）第一层开挖，施工锚管，等陔层锚管注浆体及喷射混凝 土面层达到设计强度的７０％后进行第二层的开挖，开挖深度为 下一层的锚管标高向下３００ ｍｍ，严禁超挖； 第一作者简介：梁仁旺，男，１９６２年生，２０００年毕业太原理 工大学（博士），博士生导师，教授，太原理丁大学建筑与土木工 程学院，山两省太原市，０３００２４． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ：－ｓｏｉｌ Ｐｉｌｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｓｏｆｔ－ｎａｉｌｅｄ Ｗａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ ＬＩＡＮＧ Ｒｅｎ－ｗａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅ－ｆｅｉ，ＳＵＮ Ｇｕａｎｇ－ｃａｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ—・ｓｏｉｌ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｏｉｌ——ｎａｉｌｅｄ ｗａｌｌ，ａｎｄ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｏｉｌ ｎａｉｌｅｄ ｗａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏ￣ｏｆ ｄｅｅｐ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｗｉｔｈ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｄｅｅｐ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｃｅｍｅｎｔ—－ｓｏｉｌ ｐｉｌｅ；ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｏｉｌ—－ｎａｉｌｅｄ ｗａｌｌ ｌ４４
