基坑在土钉支护下坑底隆起分析及处理*

王成锋 高向阳

在建筑工程施工时，很多情况下要在土体中进行基坑开挖，由于地质条件的复杂性和土体的弹塑性的存在，必然会带来基坑的稳定问题和隆起问题。基坑坑底隆起有几个方面原因:1)竖向自重应力减小，原来被压缩的土体因弹性性能在基坑底面产生一定的向上隆起;2)土体松弛和蠕变，使得解除竖向约束的土体向上隆起;3)基坑开挖后所用的挡土墙墙体在背后土侧压力作用下向基坑方向位移，挤推墙脚前的土体而造成局部隆起;4)基坑外土体在水压力作用下发生塑性变形，造成坑内土体的隆起;5)施工过程中基坑积水，造成细粒土吸水后体积增大形成隆起。

基坑隆起量的大小成为判断基坑稳定和变形的重要依据。在基坑开挖之前如何方便、准确地预测基坑隆起量是我们关注的问题。

1 土钉支护的基坑开挖后卸载状态

1.1 土钉复合墙失稳

一个典型的土钉墙结构剖面图如图1所示。最常见的破坏模式是土体沿着最危险滑动面发生滑动。但在软土中只要土坡加固得足够稳定，破坏不再沿着如图1所示最危险滑动面向下滑动，而是发生基坑土体隆起破坏。

此时，土层开挖，应力释放，基坑土体发生的是由地基竖向承载力不足所导致的剪切破坏，土坡下陷，基坑土体不断从坡脚处隆起。由于土钉是打在基坑上部的土体中，对基坑底部土体没有任何的约束和抗隆起作用，显然再加密加长土钉都只能造成浪费。

1.2 土钉基坑的隆起破坏面可视为圆弧滑动面

工程实践中常采用圆弧滑动稳定性分析法对由于地基承载力不足导致的基底隆起进行定性分析。该方法假设土体隆起破坏的滑动面呈圆弧状，采用瑞典条分法或者Bishop法进行圆弧滑动安全系数的验算，以确定基坑的抗隆起稳定性是否达到要求。这种将验算地基承载力通过圆弧滑动假设转化成验算圆弧滑动安全系数的方法在工程实践中得到广泛运用，并取得较好的效果。

认为复合土钉支护基坑隆起滑动面可以用一个近似的圆弧代替，并利用瑞典条分法计算圆弧滑动的安全系数。如果在地表有大面积均布荷载Q作用，则滑动力Fi用瑞典条分法的计算式为:

其中，c，φ分别为土体的抗剪强度指标，即内聚力和内摩擦角。

1.3 回弹量的计算

1.3.1 卸荷比表示法

研究表明，当卸荷量达到一定数量时，才会有较大的回弹变形量。取pmax为最大预压荷载或初始上覆荷载，pi为卸荷后上覆荷载，则基坑卸荷量可以表示为 pmax-pi，简单计算时可以用挖去土的自重表示。

用卸荷比Rh表示卸荷水平:

（7）综合防治措施不到位。大部分牧区对于传染疾病的防治仅停留在免疫注射的领域，对于综合防治措施的认识还不到位，牧民的基本消毒设施不完善，对于传染疾病的认识水平和管理水平都不高，无法进行科学合理的疫情管理，除患病牦牛不能得到好的医治外，病死牦牛的处理方式不完善，病菌就有机会进行继续扩散。部分牧民会对牦牛进行私自出售和引进，而且忽视了对于产地的检疫，这也在另一方面增大了疾病传播的机会。

参照压缩沉降有关概念，得到回弹模量:

其中，emin为最大预压荷载或初始上覆荷载下的孔隙比;ei为对应于卸荷后上覆荷载下的孔隙比。

比照压缩变形理论，我们可以得到回弹量的计算公式:

其中，卸荷比Rh，回弹模量 Er可根据压缩回弹试验得到;m为土体分层数。

1.3.2 分层总和法

采用上述两种近似计算方法，可以简便地估算出坑底隆起是否会造成基坑事故，从而采取有效的预防和控制措施。

2 垂直土钉抗隆起措施

我们根据以往工程竖向土钉处理基坑事故中的应用情况，研究认为采用垂直向土钉可以有效处理基坑坑底隆起的问题。

2.1 基坑上口周边垂直土钉

在要进行处理的垂壁基坑坡段上口周边，击入两排或几排竖向土钉。如果土钉周围土质较差，可再配合击入方法将花管击入地层，进行注浆。浆体在注浆压力的作用下，顺着沿花管径向分布的注浆孔挤入土体，使密排的垂直土钉及其间的土体形成一个坚固的连续整体。垂直土钉与普通土钉结合起来便形成一种特殊的复合土钉形式(见图2)，共同起抗滑挡墙作用，用以加固土钉周围的滑坡体滑面及其以下的土体。

2.2 基坑坡脚垂直土钉

密布在基坑边坡滑体上穿过滑动面嵌入坑底土层成为锚固桩(见图3)，利用型钢等土钉材料的较大的抗弯剪能力，对滑体产生支挡作用，增加抗滑力。布置在基坑即在基坑周边沿开挖线设置竖向土钉。主要是通过竖向土钉的支挡、增阻、挡墙和止水作用对基坑裂缝、渗水和失稳等进行处理，以达到治理的目的。

2.3 基坑坑底垂直土钉

土钉花管注浆形成树根状锚固体，浆液凝固时具有粘聚性，将坑底隆起土体和不动地基土体形成一个连续状的整体，利用土钉材料强大的抗拉能力形成增阻作用，使欲隆起土的性质得到改善，提高了回弹隆起处岩土体的竖向稳定。

以上三种情况下的垂直土钉，通过水泥浆体的充填挤密使岩土体密度加大、孔隙减少、渗透系数减小。在地下水丰富时，可以阻止地下水压力向坑内渗入挤压，减小土的塑性变形;在周围土层条件为砂土层的基坑工程中，还可以减少基坑积水以及地下水向坑内渗入。

3 结语

土钉支护下的基坑，不能避免起因复杂的坑底隆起问题。借用上述简便计算方法评估隆起程度后，可以利用垂直土钉的工作特质，把垂直土钉和普通土钉配合起来，并可联合花管注浆措施，从不同角度改善坑底土体隆起对工程造成的危害。

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