复合型土钉墙在城市建筑密集区的应用实例

吴 可

(山西辰诚建设工程有限公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

基础土方工程施工是建筑工程施工的一个重要部分。如何组织基坑土方开挖，不但影响到建筑工程的工期、成本，甚至还将影响到工程施工安全和周边环境的保护。特别是在城市的中心地带、建筑物比较稠密地区，往往不具备放坡开挖的条件，而只能采用在支护结构保护下进行垂直开挖的施工方法。在这种复杂的周边环境下，如何创造条件便于基坑土方的开挖及基础安全施工，并且同时保护好周边环境不受破坏，就成为一个至关重要的课题。

在育才路2号，3号高层住宅楼施工中，成功运用复合型支护结构——复合土钉墙，解决了城市建筑密集区基坑支护这一施工难题。复合土钉墙是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术(如预应力锚杆、竖向钢管微型桩等)或截水技术(深层搅拌桩、旋喷桩等)有机组合成的支护截水体系，分为加强型土钉墙、截水型土钉墙、截水加强型土钉墙三大类。下面对此项目中，复合型基坑支护结构的应用进行详细介绍。

1 工程概况

育才路2号，3号高层住宅楼工程，位于育才路东侧，为2幢32层的高层住宅楼，结构为框支剪力墙结构，建筑物占地面积为4 868.98 m2，总建筑面积为 61 564.98 m2。其建筑檐口高度为77.5 m，其建筑基坑周长为475 m，均紧邻育才路(相距约12 m)，南侧、东侧、西侧相距不远为居民避住区，且局部地下管线位于施工区域内。

2 周边环境保护要求

根据施工现场情况，周边环境较为复杂，不同的环境对于基坑支护有不同的要求。

工地南侧为老式公房居民区，20世纪建造的砖混结构，楼板为预制多孔板。该结构对地基沉降及变形反应敏感，易引起公房不均匀沉降而产生裂缝，甚至可能危及其结构安全。

工地东侧为一幢6层砖混结构居民住宅楼。为筏板基础，楼板为全现浇钢筋混凝土，结构整体性较好，但其距离新建建筑外边线仅9 m，且新建结构与居民住宅楼之间有三路隐蔽给水线，位置不明，如果基坑支护方案不合理，可能会对该建筑结构安全造成严重影响，或者破坏大院居民供水管线。

工地西侧建筑红线距离老式居民住宅平房只有5 m，该部位土方只能垂直开挖，不能放坡，且老式居民平房结构简陋，无法承受较大变形。

在这种复杂的周边环境下，如何确保周边环境不受影响，如何确保将基坑周边的土体变形值控制在允许范围内，成为施工中的难点。

3 施工方案的确定及实施

经研究决定，在确定基坑支护施工方案时，应遵循如下原则:在满足基坑支护基本要求的情况下，基坑支护的施工工期最短，成本最低，对周边环境的影响最小。

1)在建筑物东部存在位置不明的地下管线。该部位位置狭窄，施工机械无法进入，因此，采用“微型桩+土钉支护+高压旋喷桩”基坑，以探明地下管线位置及标高。微型桩使用φ100×3.5焊接钢管，按照1 m间距设置，在距离0.3 m的内侧施工。桩管深入基坑底部3 m以下，φ100×3.5焊接钢管管壁上间隔300 mm设置出浆孔。桩孔使用洛阳铲开挖，在挖至设计标高位置时，塞入钢管进行压力注浆。注浆材料使用掺加速凝剂的水泥浆，水泥强度等级为32.5级，水浆水灰比为0.5。在注浆完成一周后，才能使用机械在钢管内侧进行基坑土方开挖。土钉墙施工随同基坑土方开挖进行，每开挖一段就浇筑一段坡脚矮墙，直至基坑底部。为减少边坡变形量，土钉墙施工完毕后，在其底部施工高压旋喷桩，加强边坡基础。高压旋喷桩，桩深10.5 m，桩径500 mm，按照中心间距1 200 mm布置，共2排37根(同时替代该部位原设计的基础CFG桩)(见图1)。

图1 施工方案实施图

2)位于建筑物南部和西部的是多年建老式公房。其基础底部与新楼基底距离接近安全值，同时，必须严格控制基础边坡变形值，因此采用“土钉支护+放坡+土层铺衬+外加剂(粘合剂，密实剂)”支护方案，即由锚杆、土钉、钢筋网喷射混凝土等相互作用(见图2)，形成一堵类似重力式挡土墙。其施工操作按照如下顺序进行:

a.钻孔。钻孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记及编号。当成孔过程中遇到障碍物需调整孔位时，不得损害建筑物原定的安全程度。

b.插入土钉钢筋。土钉钢筋置入孔前，须在钢筋上安装对中定位支架，以保证钢筋处于孔位中心。沿钉长方向，支架的间距可为2 m～3 m，可为金属或塑料件，以不妨碍浆体自由流动为宜。注浆后，其保护层厚度不小于25 mm。

c.注浆。一般采用重力，低压(0.4 MPa～0.6 MPa)或高压(1 MPa～2 MPa)注浆。压力注浆时，应在孔口或规定位置设置止浆塞，注满后保持压力3 min～5 min。重力注浆以满孔为止，但在浆体初凝前需补浆一次。各孔内注入浆体的充盈系数必须大于1。

d.注浆材料宜采用水泥浆或者水泥砂浆。水泥浆的水灰比宜为0.5，水泥砂浆的配合比宜为1∶1～1∶2(重量比)，水灰比宜为0.38～0.45。需要时可加入适量速凝剂，以促进早凝和控制泌水。

e.喷第二道面层。先绑扎固定钢筋网，土钉与面层钢筋网的连接可通过垫板、螺帽及土钉端部螺纹杆固定。凝后2 h应喷水养护，养护时间宜3 d～7 d。养护视当地环境条件，采用喷水覆盖浇水或喷涂养护剂等方法。

f.设置排水设施。在基坑顶部设置宽度为1 m～2 m喷射混凝土护顶并设置排水沟，以避免雨水影响边坡稳定。

g.进行土体变形监测。在基坑开挖前，要对基坑周边的地下建筑和设施、地上建筑进行详细的勘查，布置观测点，建立原始观测值。基坑开挖过程中，全程监测、控制。

图2 钢筋、混凝土剖面图

4 施工方案实施效果

1)通过施工过程中和施工完成后对土体变形的监测，进行了数据分析对比，掌握了第一手资料，及时对挖土方法、速度进行及时地调整，避免了盲目开挖现象的出现。

2)基坑边坡变形得到了有效的控制。变形均在安全值内;位移无论是地下管线还是居民楼，都在允许范围内，确保了公共设施和居民楼的安全，达到了预期目标。

5 采用复合型基坑支护体系的技术经济指标分析

由于新建住宅小区位于城市建筑密集区，根据现场情况，建设住宅小区可以考虑采取如下几种方案:

方案一，对邻近结构安全存在问题的建筑采取全部拆除的方案。该方案需要发生的费用计算如下:

拆迁户按照一平方米还一平方米的方式进行安置，并补偿每户两年的建设期间安置费用。

东部1幢楼费用:

1)建筑面积:42 m×15 m×6层=3 780 m2，住户数6户×6层=36户;

2)其费用为:3 780×1 200=4 536 000元，36×600×24=518 400元。

南部2幢楼的费用:

1)建筑面积:72 m×15 m×4层×2幢=8 640 m2，住户数8单元×2户×4层=64户;

2)其费用为:8 640×1 200=10 368 000元，64户×600元/月×24月=921 600元。

西部平房费用:

全部拆除，拆除建筑物施工费用估算为30万元。

方案一累计需要投入资金:453.6+51.84+1 036.8+86.4+17.28+30=1 768.08 万元。

该方案费用巨大，业主方难以接受。

方案二，部分拆除临近的存在结构安全问题的建筑。东部的6层住宅和西部的平房，由于距离太近，考虑拆除;南部2幢建筑考虑采取支护措施。其费用计算方法同上。

方案二累计需要投入资金:609.12万元+拆除费用10万元+基坑支护方案费用(估算)25万元=644.12万元。

方案三，采取复合型基坑支护方案，所有建筑物均不拆除，住户不搬迁。该方案需要发生的费用计算如下:

无拆迁费用，仅考虑复合型基坑支护方案的施工措施费。

微型桩费用:

东部住宅:30根微型柱×699元/根=18 000元;

西部住宅:30根微型柱×699元/根=18 000元;

土钉墙费用见表1。

表1 土钉墙费用表

旋喷桩并入桩基工程费用，不考虑。

方案三累计需要投入资金:675 375.36元+36 000元 =711 375.36 元。

以上三种方案资金投入情况对比如表2所示。

表2 三种方案投入资金对比表 万元

综合比较，复合型基坑支护方案较方案一节省资金1 696.98万元，较方案二节约资金573.02万元，经济效益非常显著。

6 结语

复合土钉墙是20世纪末研究开发成功的一项深基坑支护新技术。具有支护能力强，适用范围广的特点。可做超前支护，并兼备支护、截水等性能，是一项技术先进，施工简便，经济合理，综合性能突出的深基坑支护新技术。特别适合城市建筑密集区基坑支护的施工，具有很好的推广应用价值。

[1] 杨志银，张 俊.复合土钉墙技术在深圳的应用与发展[J].岩土工程学报，2006(S1):27-28.

[2] 付文光，杨志银.深圳地区基坑工程30年发展综述[J].岩土工程学报，2010(S2):49-50.

[3] 徐 斌，陈伟伟.复合土钉墙在粉砂夹淤泥层软土基坑中的应用[J].山西建筑，2009，35(8):118-119.

[4] 张 勇，谢恒佐，安庆军，等.滨海土岩组合型基坑的支护设计施工实例分析[J].青岛理工大学学报，2009，35(6):11-12.