基坑土钉墙支护施工工艺探究

于 宁

（北京市地质工程公司，北京 100143）

基坑土钉墙支护施工工艺探究

于 宁

（北京市地质工程公司，北京 100143）

土钉墙作为一种比较实用的原位岩土加固技术，近年来在深基坑支护工程中得到了广泛的应用。本文简要阐述了基坑土钉墙支护施工的主要步骤及相关技术，分析了深基坑土钉墙支护主要施工工艺。

深基坑；土钉墙；支护

我国自1988年起就对土钉墙技术开始研究推广，至今已经有了20年的历史。该技术已广泛应用于边坡和基坑开挖支护处理，在基坑支护工程中有了较为成熟的技术。土钉墙可应用于地下水位低于基坑开挖底面或经过降水措施使地下水位低于开挖面的情况。为保证土钉的正常施工，土层在分段开挖时应能自立稳定。土钉适用于有一定粘性的杂填上、粘性土、粉性土、黄土类土及含有30%以上粘土颗粒的砂土边坡。另外，当采用喷射混凝土面层或坡面浅层注浆等稳定坡面措施的时候，为了保证每一切坡台阶的自立稳定，也可把土钉墙支护作为稳定砂土边坡的可选方法。

对标贯击数低于10击或相对密实度低于0．3的砂土边坡，采用土钉法一般是不经济的；对标贯指数Ip大于20的粘性土，必须仔细评价其徐变特性后，方可将土钉墙用作永久性支挡结构[1]。土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层，其主要原因是成孔困难，土钉施工难度大。土钉墙也不适用于软土边坡，这是由于软土只能提供很低的界面摩阻力；若采用土钉稳定软土边坡，其长度与设置密度均需很大的提高，且成孔时保护孔壁的稳定也较困难，在这些情况下采用土钉的技术经济综合效益均不理想。

1 土钉墙施工工艺流程分析

土钉墙施工一般按如下流程进行操作：施工准备→测量放线→土方开挖→修理边坡→初喷→成孔→注浆→挂网→复喷→排降水→监测。

（1）施工准备

施工前的准备工作是施工顺利进行和工程质量的重要保证，要掌握可靠的地质资料，了解土的性质、地下水位情况、地下有无管线等因素。首先，查明基坑周边的地层结构和土的物理力学性质，勘察报告中应提供土的重度ɣ，土的内摩擦角φ、内摩擦角、摩阻力标准值qsik、土的粘聚力c等相关参数。其次，查明地下水类型、埋藏条件及渗透性，分析地下水对基坑开挖、基底隆起和支护结构的影响，判断人工降低地下水位的可能性，并评价地下水对已有建筑物和地面沉降的影响，提供降低地下水位设计、施工所需有关资料。最后，对基坑邻近建筑物、管线、道路的现状进行调查，判断基坑开挖对其影响的程度。勘察报告中应提供邻近建筑物、管线、道路与基坑的相互关系、基础形式及埋置深度等内容。完成上述工序以确定土钉的直径、长度、间距等技术参数；进而制定切实可行的支护方案，并对基坑四周的地表进行修正；并设置挡水墙和进行硬化，并使其具有向外的坡度，防止地表水流入基坑。在水平方向合理划分施工段，在竖向合理划分施工层。

（2）测量放线

根据基础施工的要求，确定基坑边坡的下边线位置，并根据坡度大小，放出边坡的上边线。每层土方开挖完毕并修整完边坡后，根据施工准备阶段制订的施工方案放出土钉的位置线，然后进行其它工作。

（3）土方开挖

基坑开挖应按设计要求分段开挖，分层开挖高度由设计要求土钉的竖向距离确定，超挖不低于土钉向下0.5m；分层开挖长度也宜分段进行，分段长度按土体可能维持不塌的自稳时间和施工流程相互衔接情况而定，一般可取10～20m[2]。

（4）修理边坡

在挖土过程中及时进行侧壁的修补，保证坡度满足施工要求，因此项工艺直接关系到面层喷射混凝土的质量和材料耗用量，因此要严格按要求施工。

（5）初喷

一般情况下，为了防止土体松弛和崩解，必须尽快做第一层喷射混凝土，根据地层的性质，可以在安设土钉之前做，也可以在放置土钉之后做。对于临时性支护来说，面层可以做一层，厚度50～150mm。面对永久性支护则多用两层或三层，厚度为100～300mm。喷射混凝土强度等级不应低于C15，混凝土中水泥含量不宜低于400kg/m3。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，通常为10mm。对较陡的边坡喷射砼中宜加砼速凝剂防止喷射砼初凝前大面积塌落。

（6）土钉成孔

土钉成孔前，应按设计要求定出孔位并作出标记和编号。成孔过程中遇有障碍需调整孔位时，不得损害支护原定的安全程度。成孔过程中应做好成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体特征、成孔质量、事故处理等。应将取出的土体与初步设计时所认定的加以对比，发现有较大偏差时需及时反馈修改锚杆的设计参数。本工程土钉成孔宜采用人工洛阳铲成孔 。钻孔后要进行清孔检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土应立即处理。成孔后应及时安设土钉钢筋并注浆。

（7）注浆

注浆材料选择水泥浆或水泥砂浆为宜。水泥砂浆配合比宜为0.5～1(重量比)，而水灰比宜为0.38～0.45[3]。水泥浆、水泥砂浆的拌合应该比较均匀，对于一次拌合的水泥浆或者水泥砂浆应在初凝前用完。将孔内残留或松动的杂土清除干净是注浆作业前的重要工序，若在注浆过程的停止时间超过30min，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。土钉钢筋插入孔内应设定位支架，间距2.5m，以保证土钉位于孔的中央。

（8）挂网

在注浆完成之后，依照设计要求，需将一定直径的钢筋按一定的网距通过焊接固定在坡面上；另外，对于较危险的坡面，需用金属件(如槽钢等)将土钉和坡面连接在一起，进而使支护的强度加深。钢筋保护网厚度不宜小于20mm，若采用双层钢筋网，其间搭接长度应不小于300mm。

（9）复喷

挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度要求达到设计要求。

（10）排降水

当地下水位较高时，需要采取相关的降水措施，一般采用轻型井点和管井类井点降水。同时也要注意坡顶、坡面、坡底地表水的排放，对于坡顶可设排水沟，并在一定的范围内用混凝土或砂浆护面以排除地表水；坡面可在混凝土面层中设置排水管排除面层的积水；坡底也可设置积水坑，并利用水泵及时抽走积水。

（11）监测

为了保证施工质量，需要对支护工程土钉墙顶面、土体内部变形、土钉应力、土压力、面层应力等参数进行监测，一般可设置测斜管观测。

以上是一个比较完善的土钉墙施工流程，但在具体工程施工时可以根据工程实际，调整相关施工顺序，以优化土钉墙施工质量。

2 土钉墙施工工艺实例

（1）工程概况

该建筑工程为小区住宅楼，高45m，总计18层，分为地下2层和地上16层；整体为筏板基础，框架一剪力墙结构；总建筑面积33000m2，测得该建筑基坑尺寸为南北17.5m 东西45.8m，筏板基础埋深l0.2m。本工程西侧距城市道路约为36m，北面距已有建筑约42m，西、北两个方向场地整体较为宽敞，而东、南两侧距小区围墙仅4.5m，场地极为狭窄。因其离已有建筑距离较远，该基坑的开挖对周围建筑并不会产生影响。

工程所处地区地势较为平坦，东部偏高。根据地质勘察，基坑范围内有三层土层，从上到下依次为：①杂填土，比较松散，呈黄褐色或者褐色，平均厚度为4.2m；②粉土，可塑，平均厚度为6.3m；③粉砂，可塑～软塑状，湿度饱和，呈浅黄色，平均厚度为4.5m，各土层的详细参数如表1所示。

表1 各土层详细参数

该建筑所处地区的地下水属于潜水类型，位于基底以下3m左右，水位较深，在基坑开挖时可以不考虑地下水的影响。

根据建筑基坑支护技术规程规定[4]，结合本工程实际情况，基坑边坡必须采取临时性的支护。西侧和北侧边坡满足放坡条件，采用坡率法方法；东侧和南侧不能采取放坡开挖，采用了土钉墙支护方案。

（2）土钉支护设计

该工程土钉墙剖面如图1所示。从图中可以看出，该土钉自上而下共设有7道，采用梅花形，孔径为1l0mm。第一道土钉的布置位置为自坡项标高以下1.60m，水平间距也为1.60m；第二道土钉的坚向间距为1.40m，水平间距为1.30m；3、4、5、6、7道土钉的坚向间距和水平间距均为1.30m，所有土钉的水平面倾角都设为8 ，前4道土钉采用Φ18钢筋，后3道土钉采用Φ22钢筋。

图1 土钉墙剖面图

（3）土钉墙支护施工

本工程通过3个开挖阶段的土钉墙设计整体稳定性验算，其结果完全满足设计规范要求。工程采用挖掘机开挖，需离预定边坡线0.4m以上。为了避免土方开挖对边坡壁的原状土产生扰动，决定基坑开挖按照4.2m、3.3m以及2.5m 3个阶段进行。在基坑开挖结束后，及时安排人工进行边坡修整。然后立即喷射厚度为40mm第一层砼，并在坡面及时用水泥砂浆护坡。土钉成孔完成后要及时将土钉和注浆管送入孔中，并每隔2.0m沿土钉设置一对中支架。注浆时先高速低压从孔底注浆；当水泥浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆。为保证面层与土钉连接的可靠性，按土钉布置间距增设Φ16的加强筋，并将加强筋与土钉焊接l0d以上。

（4）基坑排水

对于土钉支护体系范围内的地表进行整修，硬化地表。并构筑排水沟，以防止地表降水向地下渗透或者注入基坑。在坑底距离边壁1m设置排水沟，坑底的积水及时通过水泵抽出。

（5）施工监测

在土钉支护施工完成之后，为了及时掌握土钉墙位移速率的变化和位移累积总量，对整个施工全过程进行了位移日观测，以便对不稳定性现象采取相关处理措施。通过实际观测，坡顶位移在l0mm以内，未出现异常现象，说明整个施工工艺是合理的。

3 结语

通过实例分析，可以看出土钉墙支护的施工工艺流程应根据不同的工程实际，及时调整相关的工序和技术，土钉墙支护设计及施工需严格按照相关规范实施，以保证施工质量。

[1]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2] Ye Shulin. Foundation Engineering Example Application Manual [M]. Beijing: China Building Industry Press, 1997.

[3]刘协强,彭振斌.土钉墙支护在超深基坑中的应用[J].工程建设,2007,(8).

[4] Liu Qiang Association, Zhen-Bin Peng. Soil nailed wall in deep foundation application [J]. Engineering construction, 2007, (8).

[5] CECS96:97,基坑土钉支护技术规程[S].

[6] CECS96: 97, excavation of soil nailing technical specifcation [S].]

[7]JGJl20-99,建筑基坑支护技术规程[S].

[8] JGJl20-99, building excavation technical specifcation [S].

Discussion on the Soil Nailing Retaining Wall Construction Technology

YU Ning

(Beijing Geo-Engineering Corporation, Beijing 100143)

The soil nailing, as a more practical in situ soil reinforcement technology, in recent years in deep excavation works has been widely used. This technology more and more shows its economic, flexible and effcient features. In this paper the main operation steps and related supporting technology about the Soil Nailing Retaining Wall are analyzed.

Deep excavation; Soil nail wall; Support

TU47

A

1007-1903(2010)04-0045-04

于 宁，男，工程师，主要从事岩土工程施工。