土钉墙支护在干渠顶板开舱破除中的设计计算研究

雷 准 李 馥 方 涛 李朝辉 曹红军

（中建五局第三建设有限公司，云南 大理 671000）

1 工程概况

1.1 干渠概况

于2002 年建成的双舱过水干渠建设工程位于云南省大理市，干渠临近西洱河——洱海的唯一自然泄水河流。工程施工全段长度为5.5km，起于登龙河，止于大理市一污厂，干渠涉及范围甚广。

其中，双舱干渠上游长约4.5km，污水舱净空尺寸为4.2×3.0m，雨水舱净空尺寸为2.0×3.0m，中间隔墙高1.5m。

接近一污厂段穿隧道干渠约1.0km，污水舱净空尺寸为1.3×4.0m，雨水舱净空尺寸为3.0×4.0m，中间隔墙高3.0m。

1.2 工程概要

干渠因年久失修，经调查暴露出如下问题：一是渠内淤泥沉积，导致干渠过水断面大幅减小[1]，左右雨水、污水舱溢流，对水质造成了极大影响[2-3]；二是干渠主体损坏、坍陷，干渠自身稳定性尚需提高；三是管道错接，加重了雨污混流现象。

2021 年开始了干渠清淤、修复、改造工程，力在拯救下游水质，挽回洱海生态环境，为了提高施工效率，采取在干渠顶板选开舱位置同时进行垂直开孔的方式，将整个干渠分成若干段，分段施工。开舱过程中需要基坑开挖，支护将必不可少。

本文基于该干渠工程，针对开舱点上方基坑开挖，提出了开挖支护土钉墙的验算方式，希望能为类似工程提供一定参考。

2 开舱点位介绍

干渠开舱过程前，开舱点位确定需要根据施工现场要求及对周边环境的影响等因素综合考虑。该工程开舱点定在大理市兴盛桥东侧绿化带、美登桥下游绿化带。

本文以美登桥下游绿化带开舱点位为例，开舱破除部位在经过原地貌测量，标准定位，考虑放坡系数后对原有道路、绿化带、人行道进行破除，同时进行土方开挖施工，开挖过程中严格监测基坑稳定性，特别是基坑顶部堆载位置，务必考虑基坑内降排水。开舱完毕后，应针对破除顶板处的洞口进行临时加固，并采用型钢对称支撑。

3 支护验算

3.1 验算简介

美登桥开舱分步开挖，深度分别取1.2m、2.2m、3.2m、3.5m，最大深度即3.5m。计算参考规范《复合土钉墙基坑支护技术规范（GB50739-2011）》[4]以及《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）》[5]。

岩土计算参数按照经验[6]取值，填土重度18KN/m3，粘聚力5kpa，内摩擦角取值15°。

计算内容分别为：土钉承载力[7]设计；整体稳定性设计；土钉杆体截面积计算。

3.2 计算参数

3.2.1 计算基本信息

图1 干渠部分横断面图

规范或方法：复合土钉墙基坑支护技术规范GB50 739-2011；计算目标：设计；计算书类型：简明；基坑等级：二级；支护结构重要性系数：1.000；基坑深度（m）：3.500；开挖步骤[每步开挖深度]（m）：1.2,1.0,1.0,0.3；设置截水帷幕：否；设置微型桩：否；坡线段数：1；超载个数：1。

3.2.2 坡线信息

水平投影长为0.617m，竖直投影长为3.500m，坡角为80.00°。

3.2.3 超载信息

具体如表1 所示。

表1 超载信息

3.2.4 土层信息

土层数为1 层，不采用加固土，坑内水位深度为20.000m，坑外水位深度20.000m。土类型为素填土，层厚20.000m，重度18.000kN/m3，饱和重度18.000kN/m3，粘聚力为5.000kPa，摩擦角为15.000°，土钉的qsk为20.000kPa，与锚固体摩擦阻力为70.000kPa。

3.2.5 土钉和锚杆信息

具体如表2 所示。

表2 土钉和锚杆信息

3.2.6 稳定计算信息

圆弧滑动计算目标：自动搜索最危险滑裂面；圆弧滑动分析方法：瑞典条分法；应力状况：总应力法；土条宽度为0.400m；基坑下稳定计算截止深度为0.000m；基坑下稳定计算搜索步长为1.000m；搜索最不利滑裂面不考虑加筋；土条切向分力与滑动方向反向时，当下滑力对待。

4 计算结果

4.1 土钉承载力设计

具体如表3 所示。

表3 土钉承载力设计

4.2 整体稳定性设计

根据《土钉规范》第5.3.2 条、第5.3.5 条，验算基坑整体稳定性：

式中，

Ks——整体稳定性安全系数。

Ks0、Ks1、Ks2、Ks3、Ks4——整体稳定性分项抗力系数，分别为土、土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型桩产生的抗滑力矩与土体下滑力矩比。

η1、η2、η3、η4——土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型桩组合作用折减数。

4.2.1 开挖至1.20m（工况1）

滑动圆心：（-1.113，4.582）m；滑动半径：2.742m；土体下滑力：7.401kN/m 土体抗滑力：9.809kN/m；土钉抗滑力：0.000kN/m；锚杆抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型桩抗滑力：0.000kN/m；整体稳定安全系数K1：1.325；整体稳定安全系数K2：1.325；要求安全系数Ks：1.300，满足要求。

4.2.2 开挖至2.20m（工况2）

滑动圆心：（-2.239，7.811）m；滑动半径：6.963m；土体下滑力：46.733kN/m；土体抗滑力：36.308kN/m；土钉抗滑力：25.843kN/m；锚杆抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型桩抗滑力：0.000kN/m；整体稳定安全系数K1：1.330；整体稳定安全系数K2：1.330；要求安全系数Ks：1.300，满足要求。

4.2.3 开挖至3.20m（工况3）

滑动圆心：（-5.474，8.488）m；滑动半径：9.879m；土体下滑力：67.899kN/m；土体抗滑力：40.052kN/m；土钉抗滑力：49.050kN/m；锚杆抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型桩抗滑力：0.000kN/m；整体稳定安全系数K1：1.312；整体稳定安全系数K2：1.312；要求安全系数Ks：1.300，满足要求。

4.2.4 开挖至3.50m（工况4）

滑动圆心：（-6.100，8.264）m；滑动半径：10.272m；土体下滑力：74.053kN/m；土体抗滑力：41.286kN/m；土钉抗滑力：80.765kN/m；锚杆抗滑力：0.000kN/m；截水帷幕抗滑力：0.000kN/m；微型桩抗滑力：0.000kN/m；整体稳定安全系数K1：1.648；整体稳定安全系数K2：1.648 要求安全系数Ks：1.300，满足要求。

4.3 支护建议

计算结果土钉长度分别为9m、11.5m、12.3m。土钉长度较长，虽然计算能通过，但是从岩土经验角度，不建议取1：0.1 坡率。因为都是填土层，比较松散，建议坡率按照1：0.5，加土钉支护。实际配筋面积参与据表8 进行。

5 结语

本文基于云南省大理市某干渠工程，围绕干渠顶板开舱时的边坡支护展开了验算。

主要成果如下：

1.提出了该类工程边坡开挖的方法。

2.从理论计算的角度，通过分析承载力、稳定性、土钉截面面积，得出坡比、土钉长度方面的支护建议。保障了边坡的安全稳定性，为近似工程的护坡开挖提供了一定的参考价值。