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摘要：土钉墙支护作为西北黄土地区基坑支护的一种重要手段，以其造价低廉、工艺简单、施工快速的优点占据了基坑边坡支护的大半市场。本文以工程总投资为指标，计算了在相同的安全系数前提下，采用不同的土钉墙坡率对工程总投资的影响，从而确定土钉墙支护的最优坡率。
关键词：土钉墙；土方开挖及回填；造价；最优坡率
引 言
土钉墙是一种原位土體加筋技术，即通过注浆加筋杆体穿入自然土层与喷射砼面层相结合，提高边坡土层的被动抗剪切作用，并形成一个类似重力式挡墙来抵抗墙后的土压力。土钉墙在黄土地区应用非常广泛，一般采用洛阳铲在坡面钻倾斜孔，再在孔内置入钢筋并注入水泥砂浆形成杆体，最后与面层的钢筋网连接用喷射混凝土封闭防水。土钉墙工艺充分发挥了土体自身的抗剪强度及侧摩阻力，以抵抗土方开挖后坡体的水平荷载，具有造价较低，工艺简单、施工快速的优点。土钉墙面层坡率不宜小于1：0.1，作为一种被动的土体原位支护体系，坡顶变形产生裂缝不可避免，并且不能承受坡顶较大的附加荷载。
在开阔场地中的土方开挖，不受周围环境的影响，场地排水条件好，土方开挖的边坡坡率不受限制，采用土钉墙支护时尤为经济。一般情况下，开挖的边坡坡率越大，产生的主动土压力会越小，土钉墙支护造价的费用就会越低。但是，采用大坡率的边坡又会造成土方开挖及回填量的增加。在这种情况下，土钉墙支护的费用与土方开挖及回填的费用之和最低时的开挖坡率，就是我们要选择的最优坡率。
1 计算公式及方法
土方开挖及回填费用计算比较容易，可推导出准确的计算公式；土钉墙费用计算变量较多，需要以具体的工程为例进行计算，其计算方法及过程如下。
1.1 计算公式
设基坑底开挖尺寸为 ，开挖深度为 ，放坡坡率为 ，基坑底距建筑结构外皮外放尺寸为 ，土方开挖综合单价为 ，土方回填综合单价为 。则土方开挖工程量 、土方回填工程量 ，以及土方开挖和回填总费用 计算公式为：
2）设定土钉墙施工总费用为 ，则支护费用的综合单价 及工程量均为变量，具体与土方开挖深度 ，边坡各土层厚度 、容重 、粘聚力 、内摩擦角 ，设计荷载 ，安全系数K等参数相关：
（4）
因此，我们借助基坑支护设计软件，以具体工程实例进行计算，求出 与开挖坡率 的关系，最终取 时的 值即为最优坡率。
1.2 支护及费用的计算条件
为全面计算分析不同环境下的基坑施工总费用，对基坑支护及开挖方案进行以下设定。
将土钉墙坡率划分为1：0.1、0.2、0.3、0.4四种情况，暂不考虑基坑周围是否有放坡条件；
将基坑的坡顶设计荷载按常规15kPa考虑；
土钉墙在不同坡率下和荷载的作用下重要性系数和设计的安全系数相同；
工程费用的计算单价以2006年陕西省建筑工程消耗量定额为准；
将土方开挖及回填中，将土方运输分为场内倒运和场外（运距19km）两种情况。
2 岩土工程条件
以西安市北郊某工程为例，拟建工程场地位于西安市未央区凤城四路，基坑开挖长度约450m，宽度约250m，开挖深度为10m。场地地貌单元属渭河Ⅱ级阶地，基坑深度影响范围内土层自上而下分别为：① 层素填土、厚度约0.20～2.80m；② 层黄土（粉质粘土）、厚度约3.80～7.50m，层底埋深6.00～8.40m；③ 层黄土（粉质粘土）、厚度约4.10～8.30m，层底埋深11.40～15.30m；勘察期间实测地下水稳定水位埋深为18.10～19.80m，可不考虑地下水对本工程影响。
其中基坑支护方案计算中采用的各层土体力学指标详见表1。
3 数据汇总与分析
根据以上预设条件及公式，对不同开挖坡率的基坑进行土方量和支护方案的技术，具体工程量及计算结果详见表2。
计算中，土方场内倒运价按：10.82元/m3，土方回填价按：11.49元/m3，土方外运价按：29.92元/m3。
计算结果显示，坡率越大相对支护费用越低，但增加了土方的开挖及回填量，因此 存在。 与坡率k的函数曲线见图3、图4。
在此我们引入比价系数N = 支护总费用/土方总费用，其中当土方内倒时，N = 0.218；当土方外运时，N = 0.081。
4 结 语
（1）根据目前的西安地区的市场情况，一个项目的基坑支护、土方开挖、土方回填分别由不同的施工单位来完成，这样不利于施工方案的整体经济性比较。经本文分析可知，在场地许可的条件下，最优坡率的选择与比价系数N密切相关，当N值越大时宜选择较大开挖坡率（1：0.2～1：0.3），反之宜选择较小的开挖坡率（1：0.1～1：0.2）。
（2）本文以总投资作为优化土钉墙坡率的唯一指标尚存在不足，同时还应考虑到采用小坡率开挖时减小了支护放坡所占的平面面积，增加了其他工种的施工操作空间，提高了工效；以及增减工程量对总工期的影响等其它无法计算的非经济因素。
参考文献：
[1]建筑基坑支护技术规程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1999.（Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[M]. Beijing，China Architecture，1999.）
[2] 2006年陕西省建筑、装饰工程消耗量定额[M]. 陕西：陕西省科学技术出版社，2006.
作者简介：
杨晓鹏（1978–），男，陕西安康人，长安大学本科，从事岩土工程设计与施工工作。
关键词：土钉墙；土方开挖及回填；造价；最优坡率
引 言
土钉墙是一种原位土體加筋技术，即通过注浆加筋杆体穿入自然土层与喷射砼面层相结合，提高边坡土层的被动抗剪切作用，并形成一个类似重力式挡墙来抵抗墙后的土压力。土钉墙在黄土地区应用非常广泛，一般采用洛阳铲在坡面钻倾斜孔，再在孔内置入钢筋并注入水泥砂浆形成杆体，最后与面层的钢筋网连接用喷射混凝土封闭防水。土钉墙工艺充分发挥了土体自身的抗剪强度及侧摩阻力，以抵抗土方开挖后坡体的水平荷载，具有造价较低，工艺简单、施工快速的优点。土钉墙面层坡率不宜小于1：0.1，作为一种被动的土体原位支护体系，坡顶变形产生裂缝不可避免，并且不能承受坡顶较大的附加荷载。
在开阔场地中的土方开挖，不受周围环境的影响，场地排水条件好，土方开挖的边坡坡率不受限制，采用土钉墙支护时尤为经济。一般情况下，开挖的边坡坡率越大，产生的主动土压力会越小，土钉墙支护造价的费用就会越低。但是，采用大坡率的边坡又会造成土方开挖及回填量的增加。在这种情况下，土钉墙支护的费用与土方开挖及回填的费用之和最低时的开挖坡率，就是我们要选择的最优坡率。
1 计算公式及方法
土方开挖及回填费用计算比较容易，可推导出准确的计算公式；土钉墙费用计算变量较多，需要以具体的工程为例进行计算，其计算方法及过程如下。
1.1 计算公式
设基坑底开挖尺寸为 ，开挖深度为 ，放坡坡率为 ，基坑底距建筑结构外皮外放尺寸为 ，土方开挖综合单价为 ，土方回填综合单价为 。则土方开挖工程量 、土方回填工程量 ，以及土方开挖和回填总费用 计算公式为：
2）设定土钉墙施工总费用为 ，则支护费用的综合单价 及工程量均为变量，具体与土方开挖深度 ，边坡各土层厚度 、容重 、粘聚力 、内摩擦角 ，设计荷载 ，安全系数K等参数相关：
（4）
因此，我们借助基坑支护设计软件，以具体工程实例进行计算，求出 与开挖坡率 的关系，最终取 时的 值即为最优坡率。
1.2 支护及费用的计算条件
为全面计算分析不同环境下的基坑施工总费用，对基坑支护及开挖方案进行以下设定。
将土钉墙坡率划分为1：0.1、0.2、0.3、0.4四种情况，暂不考虑基坑周围是否有放坡条件；
将基坑的坡顶设计荷载按常规15kPa考虑；
土钉墙在不同坡率下和荷载的作用下重要性系数和设计的安全系数相同；
工程费用的计算单价以2006年陕西省建筑工程消耗量定额为准；
将土方开挖及回填中，将土方运输分为场内倒运和场外（运距19km）两种情况。
2 岩土工程条件
以西安市北郊某工程为例，拟建工程场地位于西安市未央区凤城四路，基坑开挖长度约450m，宽度约250m，开挖深度为10m。场地地貌单元属渭河Ⅱ级阶地，基坑深度影响范围内土层自上而下分别为：① 层素填土、厚度约0.20～2.80m；② 层黄土（粉质粘土）、厚度约3.80～7.50m，层底埋深6.00～8.40m；③ 层黄土（粉质粘土）、厚度约4.10～8.30m，层底埋深11.40～15.30m；勘察期间实测地下水稳定水位埋深为18.10～19.80m，可不考虑地下水对本工程影响。
其中基坑支护方案计算中采用的各层土体力学指标详见表1。
3 数据汇总与分析
根据以上预设条件及公式，对不同开挖坡率的基坑进行土方量和支护方案的技术，具体工程量及计算结果详见表2。
计算中，土方场内倒运价按：10.82元/m3，土方回填价按：11.49元/m3，土方外运价按：29.92元/m3。
计算结果显示，坡率越大相对支护费用越低，但增加了土方的开挖及回填量，因此 存在。 与坡率k的函数曲线见图3、图4。
在此我们引入比价系数N = 支护总费用/土方总费用，其中当土方内倒时，N = 0.218；当土方外运时，N = 0.081。
4 结 语
（1）根据目前的西安地区的市场情况，一个项目的基坑支护、土方开挖、土方回填分别由不同的施工单位来完成，这样不利于施工方案的整体经济性比较。经本文分析可知，在场地许可的条件下，最优坡率的选择与比价系数N密切相关，当N值越大时宜选择较大开挖坡率（1：0.2～1：0.3），反之宜选择较小的开挖坡率（1：0.1～1：0.2）。
（2）本文以总投资作为优化土钉墙坡率的唯一指标尚存在不足，同时还应考虑到采用小坡率开挖时减小了支护放坡所占的平面面积，增加了其他工种的施工操作空间，提高了工效；以及增减工程量对总工期的影响等其它无法计算的非经济因素。
参考文献：
[1]建筑基坑支护技术规程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1999.（Technical Specification for Retaining and Protection of Building Foundation Excavations[M]. Beijing，China Architecture，1999.）
[2] 2006年陕西省建筑、装饰工程消耗量定额[M]. 陕西：陕西省科学技术出版社，2006.
作者简介：
杨晓鹏（1978–），男，陕西安康人，长安大学本科，从事岩土工程设计与施工工作。