土钉墙在基坑支护中的应用

2012-08-15管红兵

滁州职业技术学院学报 2012年3期

管红兵

（滁州职业技术学院，安徽滁州 239000）

一、工程概括

某通信综合楼工程项目位于滁州市城南新区，建筑面积14320m2，地上建筑分主楼和附楼，主楼九层，附楼三层，地下建筑一层，地上建筑面积11391m2，地下建筑面积29290m2，建筑高度43.05m。本工程基础设计采用钢筋混凝土独立基础加筏板，基坑大面积实际开挖深度为4.05m～4.65m，局部最深开挖8.2m。

（一）地质情况

根据地质勘探报告，基坑开挖范围内土层情况为：

①层杂填土，较松散，由杂填土和耕植土组成，局部含植物根系，层厚1.37m；

②层粘土，硬塑，含氧化铁、少量铁锰质结核，层厚3.9m～7.2m，fak=260kpa；

③层强风化泥质砂岩，硬塑～坚硬，顶部部分薄层基本风化层土状，层厚1.9m～3.3m，fak=350kpa，基坑底位于②层粘土与强风化泥质砂岩上。

（二）地下水

本场地地下水以填土中的上层滞水为主，水量较少。

（三）周边环境

拟建场地南侧为广告牌，距离地下室外墙边6.7m，西侧中部有塔吊基础，距离地下室外墙边2.9m，近距离内无地下管线，场地情况总体评价较好。但由于周围设置施工作业区、办公生活区及土方临时堆放场地，可放坡的最大坡度依然有限。结合本工程基础施工特点，采用放坡加土钉护壁支护的类型，在整个基础施工期间，基坑坑壁保持稳定，取得了预期的工程效果。本文结合该工程支护施工的有关情况，介绍土钉支护施工的方法和要点。

二、土钉支护概述

（一）土钉墙

所谓土钉墙，是指采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构。土钉墙主要由三个部分组成，即土钉体、土钉墙范围内的土体和面层，较为常见的土钉体是由置入土体中的细长金属杆件（钢筋、钢管或角钢等）；面层一般采用喷射混凝土配钢筋网结构，原位土体是土钉墙支护体系中重要的组成部分，此外，根据具体地质、水文条件在墙体内设置一定数量的排水管并穿出面层作为排水系统。

（二）土钉墙作用机理

土钉墙是以较密间距排列的土钉体作为主要受力构件来加固原位土体，并较大限度地发挥土体自身强度的一种复合挡土护坡结构。土钉体作为原位土加固的细长杆件，当边坡土体发生微小变形时，在周围土体与土钉体间的界面粘结力或摩擦力的作用下，使土钉体承受拉拔、剪切等作用力，同时，土钉体又反作用于土体，约束土体的继续变形的趋势。这种土钉体与土体的相互作用，将土体边坡加固具有一定整体性和稳定性的结构。

（三）土钉墙的特点

土钉墙作为一种新型基坑支护结构，同其他基坑支护施工方法相比具有如下特点：

①土钉墙能充分利用被加固土体的自重能力，从而降低了支护结构的负荷，减少了支护结构因承载能力不足而发生破坏的情况；

②具有结构轻便，柔性大、良好的延展性等特点；

③与土方开挖做到平行作业，不需要单独的施工场地，因而对施工空间狭小，放坡难度大的场地具有较强的工程适应性；

④施工设备简单，容易操作，对周围环境干扰较小；

⑤工程造价相对较低，与其他支护类型相比，工程造价能降低10%～40%左右，经济效益明显；

⑥施工速度快，可以做到随开挖随支护，基本不占用施工工期。

可以看出，在各种支护方案中土钉支护由于其良好的经济性和安全可靠性并且施工快捷简便，在我国已经得到推广和应用，具有较强的发展前景。

三、本工程土钉支护结构设计

根据本工程项目所处地质和水文基本情况，整个基坑支护采用放坡+土钉墙，土钉墙支护结构采用直接在土层中打入Φ18钢筋，钢筋嵌入原土层内深度1500mm，间距为1600mm，坡面面层挂网钢筋为准8@200×200，采用水泥：砂：碎石=1:2:2.5（重量配合比）、厚度为60～100mm的C20细石混凝土喷射，在土层中设置Φ50PVC滤水管，滤水管横向间距不大于1.5米，在土层中深度为1米。

四、土钉墙施工

（一）施工流程

本工程土钉墙施工顺序可以概括如下：基坑开挖、平整坡面→设置土钉→绑扎、固定钢筋网片→喷射细石混凝土面层、并进行养护→设置排水设施→验收。

（二）施工方法

本工程土钉墙在各个阶段具体施工工艺如下：

1、准备工作

1)认真学习规范，熟悉设计图纸，以书面形式让甲方出据地下障碍物、管线位置图，编写施工专项方案；

2)施工前应确定基坑开挖线、轴线定位点、水准基点、变形观测点等，并在设置后加以妥善保护；

3)选择专业施工队伍，对施工人员进行技术、安全交底，并完成专项施工方案的上报审批程序；

4)按照施工方案选择施工机具与工艺，并检查设备运转情况，安排现场水、电、照明及施工工作面，材料进场后做好原材料的检验与混凝土的试配。

2、基坑土方开挖

1）土方开挖施工前应确定基坑开挖线、轴线定位点、水准基点、变形观测点，并复核基坑平面图；

2）当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动，当基坑边线较长，可自上而下分层分段开挖，每段开挖长度10～20m；

3）支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，开挖每层后作业面暴露时间不得超过24小时；

4）为防止基坑边坡的裸露土体发生塌陷，对于易坍塌的土体因地制宜采用相应措施；

5）坡面机械开挖后要采用小型机械或铲锹进行切削清坡，以达到设计规定的坡度和坡面平整度；

6）严格按照设计坡度开挖，严禁出现反坡现象。

3、设置土钉

本工程土钉设置采用直接将土钉钢筋击入土体的方法，通过土钉钢筋通长与周围土体相互接触，依靠接触面的粘结摩擦力与被加固土体形成复合土体。土钉间距、插入土层深度要符合设计要求。

4、面层施工

在喷射面层混凝土前，先按设计要求绑扎、固定钢筋网片，钢筋网格允许偏差为±10mm，钢筋网片应牢固固定在边壁上并符合设计规定的保护层厚度要求，本工程设计要求嵌入土层中的土钉钢筋端部留设100mm的弯钩，以此压住钢筋网片。

喷射混凝土的配合比通过试验确定，并保证所用材料符合质量标准，喷射砼应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应从基坑壁面开挖底层自下而上进行，一次喷射厚度为30mm～50mm，喷射时，喷头与受喷面应垂直，宜保持0.8m-1.5m的距离，保持砼表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。喷射砼终凝2h后，应喷水养护3～7天。

5、排水设施施工

水是土钉支护系统中最为敏感的问题，必须充分考虑土钉支护结构工作期间地表水及地下水的处理，设置必要的排水构造措施。在基坑顶距离基坑边1500mm以外设置截水明沟，防止地表水向下渗流，同时将喷射混凝土面层延伸到基坑周围地表构成喷射混凝土护顶构造。

基坑边坡混凝土面层上做泄水孔，间距为1.5m，呈梅花状分布，采用长度1m，直径50mm的塑料排水管，外管口略向下倾斜，泄水管入土端需留出孔眼，入土段应采取措施确保泄水管畅通。

为了及时排除集聚在基坑内的渗水和雨水，在距离基坑坡脚500mm处，设置排水沟和集水井，并根据施工期间出现的降水情况确定抽水设备。

6、质量验收

根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）土钉墙工程质量检验标准，每根土钉的成孔、拉杆制作及安装、灌注及喷射混凝土在自检合格后，由监理进行中间验收，在工程竣工后，整理所有原始记录和试验结果。

7、变形监测

基坑工程施工期间及使用期间应有资质单位进行变形监测，监测的内容为基坑外侧地面沉降及坡顶、周边道路、围墙位移监测，监测点间距宜为20-30m，方法及质量应满足相关规范要求。

变形监测的基准点应设置在变形区域以外，位置稳定，易于保存的地方，土方开挖和基坑使用期间均需对基坑进行变形监测，每开挖一层土方监测一次，雨后要增加一次，基坑开挖到底后3天监测一次，变形稳定后一周监测一次，如果变形突然增大应加密监测。