土钉支护技术在工程中的应用

2014-04-02钟美红

河南建材 2014年3期

关键词：土钉面层土体

钟美红

厦门海沧投资集团有限公司（361026）

土钉支护技术在工程中的应用

钟美红

厦门海沧投资集团有限公司（361026）

土钉支护是一种原位土体加筋的技术。该施工技术在我国可追溯至上世纪80年代山西柳湾煤矿边坡支护工程。土钉支护作为一种经济可靠、快速简便的挡土技术，已在我国各种深基坑施工中得到愈来愈多的应用。这里结合工程实例，主要谈一谈土钉支护技术在基坑支护工程中的应用，供同行参考。

基坑支护；土钉技术；施工

城市建设的不断发展,对基坑工程的设计、计算理论和施工技术提出了更高的要求。土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种挡土技术，由于经济可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。关于土钉支护体系也已形成丰富的经验和成熟的理论。

1 土钉墙概述

1.1 土钉的特点与应用范围

土钉墙是高强度土钉、网喷混凝土面层及原状土三者共同受力，增强了土体破坏延性，很好地改变了边坡突然塌方的性质,有利于安全施工；在工艺上，采用了边开挖边支护的方法，工作面不受限制，缩短了工期；在投资方面，因土钉利用了土体的自承载能力，使基坑周围土体转化为支护结构的一部分，经济效益可观。该项技术在东南沿海地区的基坑开挖中得到迅速的发展，不但在砂性土的基坑开挖中广泛应用，而且在填土和软弱土层中也得到成功应用。应用范围主要有：①土体开挖时的临时支护，用于建筑深基坑开挖；②永久挡土结构，这类工程一般与施工开挖时的临时支护相结合，如公路路堑永久边坡、桥台挡墙等；③现有挡土结构和支护的修理、改建下抢险加围；④边坡加固。

1.2 土钉墙的构造

土钉墙结构由土钉和混凝土面板两部分构成，土钉主要包括钻孔注浆土钉和打入式土钉两种形式。钻孔注浆土钉为最常用的土钉,一般采用Φ16～Φ25的螺纹钢，置于Φ110～Φ130钻孔中，采用强度等级不低于M10的净水泥浆或水泥砂浆注入孔中形成。水泥浆水灰比一般为0.5左右,水泥砂浆配合比一般为1：1～1：2，水灰比为0.35～0.50。注浆土钉设定位支架以使铡筋居中,孔口宜设置止浆塞及排气管。打入式土钉一般采用钢管材料打入土中形成，打入式土钉与一般土钉相比，施工简单快速，但不易用于密实胶结土中。注浆方式有低压注浆与高压注浆等方式。土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍，间距为1～2m，与水平夹角一般为5°～20°。适用的土钉墙墙面坡度不宜大于1：0.1。面层为土钉墙的重要组成部分，一般由Φ6～Φ12、间距100～300mm的铡筋网或铡丝网，强度等级不低于C20的喷射混凝土组成，面层厚度一般为80～120mm。

1.3 土钉墙施工的一般原则和要求

土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。当土钉墙支护用于城市建筑物密集地区的深基坑开挖时，控制与限制支护的变形就更为重要。深基坑土钉墙支护的施工具有下列特点：施工过程中必须自始至终与现场的测试监控相结合，通过变形等测量数据和施工过程，不断发现现场地质情况，及时指导下一步的施工。同时要充分考虑地表径流和地下水的影响，如施工时渗水严重，就不能喷射面层混凝土，而且容易引起塌坡和塌孔。

2 工程实例

2.1 工程概况

本工程项目位于某市,拟建一地下停车场，地下停车场底板面标高为-7.50m，底板厚400mm,垫层100mm,故基坑底标高为-8m。因场地地面标高为-0.50m，基坑开挖深度为7.5m，电梯井处局部开挖深度为9m，开挖面积约5 000m2。

本场地开阔空旷,场地内及周边无地下管线。基坑按一般临时支护结构设计，支护工程完成后正常使用时间为12个月。基坑安全等级三级，侧壁重要性系数为0.9。

2.2 工程地质与水文条件

经钻探揭露，场地内地层自上而下为：人工填土层(Qml)，厚度0.3～4.0m；第四系冲积层(Qal)，包括黏土(层序号②-1)，厚度0～2m，淤泥质土(层序号②-2)0～3m；第四系坡积层(Qel)，含砂粉质黏土(层序号③)，层厚1.3～3.5m；第四系残积层(Qel)，粉质黏土(层序号④)，层厚度1.0～5.3m；第三系基岩(E)，强风化泥质粉砂岩(层序号⑤-1)，层厚度6～16m。

场地内地下水主要赋存于①层素填土及⑤层基岩裂隙中。①层填土含水性及透水性一般，属上层滞水，主要受大气降水补给；②-1层黏土、②-2层淤泥质土为相对隔水层；③层含砂粉质黏土及④层粉质黏土含砂粒，亦具一定的透水性；⑤层基岩裂隙水受上部土层地下水下渗及邻近裂隙水影响。地下水主要以蒸发方式和向北(高速公路方向)侧渗排泄。

2.3 设计概况

2.3.1 支护方案选择

根据该工程所处的环境特点和土质情况，在基坑支护的设计时应本着技术先进、经济合理及方便施工的基本原则来进行，确保基坑边坡稳定，基坑周边建筑物、地下管线和道路的安全。

场地周边开阔，两倍基坑深度范围内无建(构)筑物，土质条件良好，具备放坡条件，可采取放坡开挖的形式；放坡后可采取直接挂钢筋网喷射C20混凝土80mm厚。为保护已经施工的工程桩，该段采用放坡+土钉墙支护形式。

2.3.2 土钉墙主要施工技术

1）土钉墙施工工艺流程

边坡开挖→边坡修整→定位放线→成孔→插锚筋→注浆→初喷→挂网→锚头焊接→喷射混凝土→养护。

2）施工操作方法及其他措施

①边坡开挖：开挖前首先在基坑四周边线用石灰洒出基坑内外边线，作为放坡距离。采用反铲挖土机挖土方，预留20～30 cm人工修坡，开挖宽度保证10m以上，以确保土钉成孔机械钻机的工作面。基坑分五次开挖，开挖深度依次为1.7m、1.7m、1.7m、1.7m、1.7m,进行第五次开挖须待桩基全部施工完毕并检验合格后才能进行，土方开挖严格按设计规定的分层开挖深度按作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉及喷混凝土以前，不得进行下一层土方的开挖。

②边坡修整：基坑边壁利用铲锹人工切削修坡，保证边壁平整并符合设计规定的坡度。为确保喷射混凝土面层的平整，此工序必须挂线定位。

③定位放线：按设计图纸由测量人员放出每一个土钉的位置，并沿平整的坑壁面作标记，测量误差不超过5 cm。

④成孔：采用机械螺旋钻机成孔，局部可采用人工洛阳铲成孔。钻孔后进行清孔检查，对孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土立即进行压浆处理，清孔后及时安设土钉钢筋并注浆。

⑤土钉主筋制作及安放：主筋按设计长度加10 cm下料，外端设10 cm的弯勾，主筋每隔2m焊对中支架，防止主筋偏离土钉中心；安放主筋时，将注浆管与主筋捆绑在一起，注浆管离孔底0.5m左右。

⑥造浆及注浆：采用搅拌机造浆，应严格控制水灰比为w／c≤0.5；注浆采用注浆泵，注浆时，将导管缓慢均匀拔出，但出浆口应始终处于孔中浆体表面之下，保证孔中气体能全部排出。

⑦挂网安装及焊接：钢筋网片用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙3～4 cm，不应小于3 cm，搭接时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度应大于30 cm，并不少于两点点焊。横、纵向加强筋均采用Φ14螺纹钢筋，加强筋与土钉端部的弯钩焊接成一个整体。

⑧喷射混凝土：喷射混凝土顺序可根据地层情况采取“先喷后锚”，喷射作业时，空压机风量不宜小于6m3／min，气压0.2～0.5mPa，喷头水压不应小于0.15mPa，喷射距离控制在0.6～1.0m，通过外加速凝剂控制混凝土初凝和终凝时间在5～10min，喷射厚度大于等于100mm。

⑨养护：混凝土面终凝后12 h内，应有专人负责养护，养护期不应小于7 d。

⑩施工排水：为方便施工、保证基坑安全，应采用临时排水措施排除地表水和基坑作业面积水。

施工监测及应急措施：为确保施工安全和基坑开挖的顺利进行,从围护工程开始施工至基础完工，应进行全过程的施工监测，及时掌握基坑开挖对周围环境，尤其对北面建筑物、围墙的影响程度，以便在监测信息指导下，及时采取有效措施，调整施工方案，避免基坑开挖的重大事故发生，减少事故带来的经济损失和社会影响。

由于基坑施工受各种客观因素的影响，可能会发生各种险情，为能及时排除险情确保安全，应采取如下应急措施：

成立以项目经理为组长的监控小组，在土方开挖和护坡施工阶段进行监控，监控内容包括：土体水平位移，护坡结构变形，周边土体、围墙及管线的变化。施工现场准备砂袋，当围护体位移超过预警值时,使用砂袋压载，防止支护结构位移的发展。

当支护结构的位移增大时，必要时可使用挖土机迅速回填土方反压,以阻止位移的进一步发展，并在位移较大处设置超前支护，待稳定后方可继续开挖。

2.3.3 安全保证措施

1）施工操作人员应戴安全帽，3m以上高空作业应佩安全带。2）建立以项目经理为首的安全生产领导小组，认真执行国家有关建筑安全各项规定，坚持“安全第一、预防为主”的方针。各工种人员经培训持证上岗。3）制定基坑专项施工方案,分析确定危险部位，制定相应的应急措施，所有电器设备实行一机、一箱、一闸、一漏保护。4）在临时性脚手架上挂钢丝网、喷混凝土浆时,严禁在同一垂直线上同时站人操作。5）加强过程检查，施工机械设备由专人操作维护，使机械保持良好的运转状态。基坑周围设1.2m高围护拦杆。

2.3.4 施工注意事项

1）注意保护土坡原状土特性，不受外界扰动，在基坑开挖完成后应立即进行护层施工，以防间隔时间过长时土体受扰动而导致局部塌方。2）为使保护层与土体紧密结合，修坡与抹灰浆前均应喷水湿润表面；钢丝网位置应设在面层中间；水泥砂浆新旧接槎要注意搭接，以保证面层良好的整体性和不透水性。3）基底必须清理干净，同时防止雨水、地面水渗入坡体内，以防止面层与土坡脱节剥离或面层沿坡面滑动。