土钉墙在某基坑边坡支护中的应用

2012-11-01时志军何向明

天水师范学院学报 2012年5期

时志军，何向明

（1.天水师范学院工学院，甘肃天水 741001；2.甘肃第八建筑工程公司，甘肃天水 741000）

土钉墙支护是近年发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济可靠且施工快速简便，成为基坑支护中最常见的支护方式.土钉墙支护是采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构.[1]通过在基坑边坡土体内放置一定长度和分布密度的土钉与土体共同作用，弥补了土体自身抗拉、抗剪强度的不足，有效地提高了土体的整体刚度.通过土钉在土体中的分担作用，土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，显著提高了边坡的整体稳定性.更重要的是土钉墙受荷载过程中具有明显的渐进性变形和开裂破坏的塑性变形发展阶段，不会突发性塌滑，通过变形监测，可以及时采取措施加固处理，避免造成更大的人员伤亡和经济损失.由于其明显的优势，在边坡工程、基坑工程中得到广泛的认可和应用.本文结合天水市某深基坑边坡支护方案，对土钉墙支护的设计及施工进行了详细论述，为同类工程提供有益参考.

1 工程概况

天水市某综合楼工程，框架结构，地上四层，地下一层.基坑开挖深度6.65米，基坑平面为矩形，南北长77.6m，东西宽51m，南侧距已建住宅11m，西侧距原道路道牙2m.放坡1:0.3，稳定水位埋深为5.7m～6.2m.边坡开挖范围内，主要土层及其力学性能参数如表1.

表1 主要土层及其力学性能参数

2 边坡支护方案

2.1 支护方案

为防止坑壁坍塌以及安全事故的发生，考虑预留施工场地及基坑安全稳定，根据场地土层参数及周边条件验算，基坑四侧均具有开挖放坡条件，可采用土钉墙支护体系.

2.2 支护计算

采用极限平衡法进行局部抗拉计算,得出土钉参数.采用圆弧滑动简单条分法分层进行稳定性分析计算，进一步调整土钉参数，再进行包括外部稳定性计算在内的稳定分析，结合经验最终确定土钉布置.

2.3 土钉墙土钉布置

土钉墙土钉布置如图1.土钉横向间距1.5m，竖向间距从上到下依次为1.6m、1.4m、1.4m、1.4m，锚杆长度从上到下依次为7m、6m、5m、3m；土钉为梅花形布置如图2.土钉倾角为15°，钉材采用Φ48mm钢管制作.

2.4 土钉墙面层

图1 土钉墙支护结构剖面图

土钉墙面层配筋如图3.支护护面网筋为Φ6＠250×250mm，喷射混凝土厚度为8cm，网喷混凝土强度为C20.混凝土配合比为：水泥：砂：水=1：4：0.4.可根据地质条件的不同，增加添加剂.网片和土钉端头连接如图4.采用1根横向Φ16焊接连接，用1根横向Φ16钢筋压Φ6＠250×250mm钢筋网片.基坑边顶面做翻边，翻边向地面外侧延伸1.2m范围内采用HRB335级Φ22钢筋制作插筋，插入深度为1.0m,横向间距为2.0m，挂网喷射混凝土.

图2 土钉墙土钉布置图

图3 土钉墙面层配筋示意图

图4 钢筋网片和土钉端头连接示意图

3 土钉墙施工

3.1 施工工艺流程：边坡开挖→孔位放线→土钉制作、成孔及安放→注浆→挂面层钢筋网→焊加强筋→喷射混凝土→养护.

3.2 土方开挖：边坡开挖采取边开挖边支护，做到土方挖完支护完，每层开挖深度按锚杆竖向间距加0.2米控制，限制每层开挖长度（不超过25米），超挖深度不大于0.3米，严格控制边坡平整度及坡度，坡面必须达到基本平整，符合尺寸的要求.土钉墙按设计竖向分层，水平跳段施工，土钉未达到设计锚固力以前不得进行下一层的开挖.

3.3 孔位放线：按设计的孔位布置进行测量画线，标出准确的孔位，孔位误差小于5 cm.

3.4 土钉制作、成孔及安放：土钉严格按设计图纸要求制作，采用冲击锚杆机将DN48锚管打入，然后按设计要求的孔长、孔的俯角逐孔进行验收，做好记录，不合格者重打.

3.5 土钉注浆：用ZSNS型注浆泵采取底部返浆注浆法，即用注浆导管将水泥浆送到钻孔底部，边注边抽，直至孔口返浆.注浆压力为0.4～0.6MPa,水灰比控制在0.4～0.45.向孔内注浆时，应预先计算所需的浆体体积并与实际注浆量进行对比，向孔内注入浆体的充盈系数保证大于1.

3.6 挂面层钢筋网：注浆完成后立即绑扎钢筋网片Φ6＠250×250mm，采用1Φ16钢筋焊接连接网片和锚杆，保证钢筋搭接长度和间距.

3.7 喷射混凝土面层：喷射混凝土面层采用HPZU-5B混凝土喷射机，喷射混凝土厚度为8cm，强度等级C20，粗骨料最大粒径不宜超过15mm，水灰比不宜大于0.45.喷射作业时要分段进行，同一分段内喷射顺序自下而上，以免松散的回弹物料粘污尚未喷射的壁面，[2]喷头与受喷射面保持垂直.先预喷钢筋后方，后复喷刚筋前方，防止钢筋背面出现空隙.有地下水部位设泄水孔，及时排掉坑壁内水，防止边坡土体浸泡软化，泄水孔直径不宜小于100mm,在地下水较多或有大股水流处，泄水孔要加密.[3]

3.8 养护：对混凝土及时进行养护，养护时间根据气温确定，一般为3～7天，养护期间注意雨水和温度的不利影响.

4 施工监测

土钉支护的监测包括支护位移、地表开裂情况、附近重要建筑物和重要设施的变形等，其目的是为了及时了解边坡状况，提早进行防范.结合本工程实际，水平位移观测点在边坡土体顶部和土钉墙支护顶部沿基坑周边布置，支护区段内每个方向至少设置3个沉降位移观测点，设置在坡顶外50cm以内.水平观测点在土钉墙第一层墙面和翻边完成后设置，并测得初始值，每层在开挖后、支护完、开挖下一层前至少各观测1次，每天至少应观测1次，如发现基坑变位速率较大、支护结构开裂等情况，应加强观测，缩短观测间隔时间.要随时对边坡坡顶四周地表开裂状态（位置、走向、宽度）进行量测，并做好观测记录.待土方挖至槽底且坡顶位移趋于稳定后，观测时间为每周观测2次，直至结构施工至±0.00为止.由于本工程基坑北侧局部存有较深且近于饱和杂填土，底层支护完成后，坑边出现了3mm宽微裂缝后趋于稳定，最大水平位移为基坑深度的0.4‰,变形量小于规范5‰的规定.直至基坑回填完毕，坑壁未发现任何异常情况.