某体育中心基坑土钉支护技术

陕西正凯建设项目管理有限责任公司 朱翠玲

陕西铁路工程职业技术学院 郭亚宇

陕西正凯建设项目管理有限责任公司 雷世民

某体育中心基坑土钉支护技术

陕西正凯建设项目管理有限责任公司 朱翠玲

陕西铁路工程职业技术学院 郭亚宇

陕西正凯建设项目管理有限责任公司 雷世民

土钉支护技术具有施工方法简单方便，安全度较高，造价低，工期短，噪音低，污染小，操作过程容易控制等特点，在许多基坑支护工程中被广泛应用。本文，笔者以渭南体育中心拱墩基坑为例，详细介绍了土钉支护的方案选择，方案参数设计以及支护施工方案和质量检查。

一、基坑支护方法分类

目前，我国深基坑支护的方法较多。基坑支护方法按结构受力特点分为以下3类。

1.被动受力支护结构。其特点是支护结构依靠自身的刚度和强度被动的承受土压力，限制土体的变形，从而保持边坡安全稳定。常见的如人工挖孔桩、钻孔桩、钢筋混凝土预制桩、钢板桩、钢管桩、支撑围护结构及地下连续墙等。

2.主动受力支护结构。其特点是通过各种方法提高土体的强度，使支护材料与土体形成共同作用体系，从而达到支护的目的。常见的方法有土钉支护技术，树根桩技术和搅拌桩技术等。

3.组合形式。其特点是将前两种支护方法同时应用于同一个基坑工程中。这种支护形式已经在许多工程中得到了成功的应用，表现出很大的优势和潜力。

比较上述3种方法，被动受力支护结构是传统的支护方法，在这种支护方法造价高，工期长，施工难度大，其局限性日渐突出。而主动受力支护结构安全度较高，施工简单方便，工期较短，造价低，噪音污染小，弥补了传统方法的许多缺点，其设计施工经验逐渐积累并日趋完善，发展较快，其中土钉支护技术是现在已得到广泛应用的支护方法之一。

二、工程概况

渭南市体育中心项目位于渭南城区渭清路以西，乐天大街以北，规划面积33hm2，建筑面积13万m2，总投资约7.12亿元，计划工期3年。体育中心主要由两部分组成，其中功能区主要建设一场两馆，即主体育场（总建筑面积30000m2，设观众席32000座）、球类综合训练馆（总建筑面积21690m2，设观众席3700座）和游泳馆（总建筑面积17250m2，设观众席1200座）。市体育运动学校功能区主要建设射击馆、综合训练馆、2栋教学办公楼、学生公寓、餐厅、室外田径场和游泳池等，建筑面积43700m2。主体育场拱墩基坑工程开挖深度为8.3m，因南临乐天大街，东临渭清路，均为渭南重要的交通线路，车流量较多。在基坑施工中不允许发生较大变形和沉降。通过土钉与土体形成复合体，提高边坡的整体稳定性，且能降低工程施工成本，有较大的优越性。

三、支护方案设计

1.支护方案选择。根据工程地层特性以及深基坑情况，初步确定该深基坑可以采用内支撑、地下连续墙以及土钉支护几种形式对基坑进行支护。

（1）采用内支撑将会影响主体结构的施工，在施工场地限制、主体结构施工工期紧的情况下，不宜采用内支撑方式。

（2）地下连续墙包括悬臂式或撑锚式，可用于多层地下室的超深基坑，宜配合逆作法施工使用，利用地下室梁板柱作为内支撑。但是由于施工成本太高，不予采用。

（3）采用土钉墙支护，可边挖土边施工，待土方开挖完后，土钉墙支护随即形成，可立即进行基础施工，工期最短。而且根据国内外资料分析，土钉墙工程造价比其他支护类型低30%～40%。因此，采用土钉墙支护结构是本基坑工程的最佳选择。

2.支护方案参数设计。本工程基坑工程开挖深度为8.3m，为确保边坡施工安全，并考虑降低成本，基坑上层放坡为1∶0.3，下层放坡为1∶0.5。根据现场实际情况，采用土钉支护，土钉水平间距1.50m，竖向间距1.50m，呈梅花形分布。土钉主筋Φ18，横拉筋Φ14，钢筋网片为Φ6.0@200mm×200mm，面层混凝土厚度不小于80mm，标号采用C20。孔内注浆为M20。根据实际计算土钉墙设计参数为土钉长度为6m，共设置5排。详细的土钉设计参数、喷射混凝土及孔内注浆参数要求分别见表1、表2。

表 1土钉设计参数

表 2 喷射混凝土及孔内注浆参数

四、支护施工方案

1.挖土。基坑挖土应分层开挖，以保证施工过程的基坑边坡安全。分层厚度应根据土钉的竖向间距确定，一般挖至所在工作层土钉设计标高以下约0.3m处，严禁超挖，挖土机开挖应服从土钉支护的要求。挖土至设计坑底时，应留置＞200mm土方采用人工挖掘、抄平。土钉墙施工完本层面后才可开挖下一层面。结合监测的数据，对土钉的密度和长度可适当加以调整。保证土体的位移在规范的范围内。

2.修边坡。根据施工计划总平面图，首先确定基坑放样尺寸，沿线挖出一条6～8m宽的工作断面，机械开挖以后再人工修整坡面，坡面平整度的容许偏差为20mm。

3.定位、成孔。成孔前应根据设计定出孔位，并做出标记，成孔时对土体注意保护，孔位误差应小于50mm。成孔作业时要避开邻近建筑的基础和管线。碰到障碍物时，适当调整土钉长度、位置和数量，确保边坡安全。成孔采用人工洛阳铲成孔。严格控制成孔位置和成孔角度偏差，成孔倾角偏差不大于1度。土钉主筋每隔2.0m设置一组Φ6.0的钢筋船中心定位架。在复测孔深后，放入土钉杆体，用砂浆泵注入砂浆锚固，注浆过程中要控制好土钉的长度及位置。

4.灌注水泥砂浆。采用水灰比为0.40～0.42的水泥砂浆，用砂浆搅拌机搅拌均匀后将注浆管插入距孔底不小于40mm，通过浆泵加压，灌入孔底，缓慢拔出注浆管，直至浆体饱满，稍后补浆1～2次。土钉施工后，在修整后的坑壁上将编好的钢筋网固定在土钉上，每隔0.75m设置拖垫，防止钢筋网片弯曲。

5.挂网与加强筋。钢筋网片采用Φ6.0@200mm×200mm钢筋焊接或绑扎而成，上下层钢筋搭接200mm，焊接或用铁丝绑扎，纵向钢筋插入土中200mm，与下一层钢筋搭接，加强筋压在钢筋网和土钉上，与土钉焊牢，并在土钉头上绑焊1个三角衬垫，压住横向加强筋，横向加强连接筋的搭接采用焊接。

6.喷混凝土。为保证喷射混凝土厚度，打入土钉时，土钉末端露出岩土面100mm。喷射混凝土采用干喷法，使用32.5级水泥、骨料为中粗砂和直径10～15mm的碎石，干料的级、配开工前由设计级出，掺速凝剂，掺量为水泥的3%。混凝土干料至少拌和2次。喷射机开机顺序为：送风—送水—送料，关机顺序反之。

土钉墙面层混凝应分2次喷射施工，喷射第一层混凝土厚度为30～50mm，完成后，安装土钉，绑扎钢筋网片，然后喷射第2层混凝土至设计厚度。喷射方向应与作业面垂直，喷头至作业面距离为0.6～1.0m，喷射顺序由下至上运动，回料不得再用。要及时清理喷射机。

五、施工质量检验

1.原材料检验。土钉墙支护施工所用原材料（水泥、砂石、砼外加剂、钢筋、钢管）的质量要求以及各种材料性能的测定，均应以现行的国际标准为依据。

2.注浆强度及喷射砼强度检验。用于注浆的水泥浆或水泥砂浆强度用70mm×70mm×70mm立方体试件经标准养护后测定，每批至少留取3组（每组3块）试件，给出3d及28d的强度，注浆强度等级不低于12MPa，3d强度不低于6MPa；喷射混凝土强度可用边长100mm立方体试块进行测定，每批至少取3组（每组3块）试件，强度等级不低于C20，3d强度不低于10MPa。

3.喷射混凝土厚度检验。喷射混凝土的厚度，可以采用凿孔法作为检验依据，也可以用混凝土厚度标志或其他方法。有争议时以凿孔法为准。检查数量为100m2取1组，每组不少于3个点，其合格条件可定为：全部检查处厚度平均值应大于设计厚度，最小厚度不应小于设计厚度的0.8。

4.土钉抗拔试验。每一典型土层中，至少留3根非工程土钉进行抗拔试验，其孔径注浆材料等参数以及施工方法与工程土钉完全相同，在注浆体强度不低于6MPa时检验土钉抗拔力是否满足设计要求，一般加荷至设计拔力的1.5倍，观察其抗拔力及变形，一旦发生异常情况，及时采取措施或给设计单位反馈情况，以便加以改进。