浅谈复合土钉墙结构在基坑支护工程中的应用

2016-03-11张祥振河南省水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2016年10期

□张祥振（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□张祥振（河南省水利勘测设计研究有限公司）

文章结合郑东新区某研发中心工程，在查明工程地质条件的基础上，根据场地堆载、地形等限制条件，提出在基坑工程中采用复合土钉墙结构。然后，对复合土钉墙结构的施工部署和三类支护施工方案进行了较为详尽的论述，并简述了局部砂粒含量较高基坑的预防施工措施，以及预应力锚杆、护坡桩的施工工艺流程，为相关基坑工程的设计和施工应用提供了借鉴。

基坑；复合土钉墙；施工方案；工程应用

1 工程概况

郑东新区某工程研发中心，地上7层，地下2层车库，为框架-剪力墙结构，基坑基本呈长方形，长78.59 m，宽34.99 m，现场自然地坪标高-0.90 m，基底标高为-9.03 m，基坑开挖深度为8.13 m，基坑拟采用复合土钉墙、护坡桩+预应力锚杆支护形式，采用垂直开挖或1∶0.40放坡，支护面积约2100 m2。

2 工程地质条件

根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，场地勘探深度内地层按其成因类型、岩性及工程地质特性划分为4个工程地质单元层。分述如下：

第1层：杂填土，褐黄-褐黄色，以粉土为主，含较多灰渣、砖块等杂物，平均厚度2.69 m，地层埋深1.70～3.90 m。

第2层：粉土，褐黄-浅褐黄色，稍湿，无摇震反应，无光泽反应，干强度低，韧性低，土质不均匀，局部砂砾含量较高，夹有粉砂薄层，含有白色螺壳碎片，平均厚度5.65 m，地层埋深7.20～9.50 m。

第3层：粉土，褐黄色，稍湿、中密，无摇震反应，无光泽反应，土质不均匀，局部夹有粉质粘土薄层，平均厚度1.52 m，地层埋深8.90～11.10 m。

第4层：粉土，褐黄-浅黄色，湿，中密，无摇震反应，无光泽反应，韧性低，干强度低，土质不均，局部含沙量较高，夹有粉砂薄层，平均厚度3.50 m，地层埋深10.40～13.70 m。

勘察期间测得场地的地下水埋深11.80～13.50 m，年变幅1～2 m。地下水属于第四纪孔隙潜水，地下水主要靠大气降水及地下水径流，地下水的排泄方式主要为地下径流。

场地周边环境及分布荷载：拟建工程基坑北侧距离基坑下口线1.70 m为5 m宽水泥道路，荷载按30 kPa考虑；基坑东侧距离基坑下口线13 m为用地红线，红线内为空旷绿地，红线外5 m为城区道路，荷载按20 kPa考虑；基坑西侧距离基坑下口线6.70 m为5 m宽水泥路面，荷载按30 kPa考虑；基坑南侧为空旷绿地，西部距离基坑下口线8.70 m为已建2层公寓及1层车库，车库荷载按20 kPa考虑，2层小楼荷载按30 kPa考虑。

3 基坑施工部署

本基坑工程土方开挖与支护施工应遵循“土方分层开挖，先开挖先支护，先周边再中央”的原则。施工部署与流程为：支护桩施工→土方开挖→支护施工→下层土方开挖→支护施工。基坑土方开挖主道路留在中间，由主道路向基坑周边辐射辅助支道路。

现场土方运输道路路面满足运输要求，下层土体不能满足运输车辆重车通行要求，开挖前可用砖渣对现场道路进行铺垫，厚度根据需要而定。本工程场外无材料堆放地，钢材、水泥、砂、碎石等材料临时堆放在基坑场地内，根据现场土方开挖的变化和施工的需要进行移动。采购材料时进场数量可根据现场施工使用量而定。

4 施工方案

4.1 主要建筑材料

基坑支护的材料主要包括：HBR300网片筋、HBR400土钉、HBR400预应力锚杆、中砂、碎石、水泥、混凝土等。材料采购材料进场必须附出厂合格证明材料，并经送检复验合格方可投入工程使用；工程施工过程中，尚应根据实时用量制取其成品、半成品进行检验，以取得工程质量保证资料。

4.2 基坑支护方案

根据工程地形地质条件，基坑工程采用了3种支护方案。

支护方案一：复合土钉墙结构，灌注桩+土钉墙，垂直开挖支护方案。设计一排φ400钢筋笼灌注微型桩，桩长10.40 m，桩间距1.20 m，内插钢筋笼，灌注C30混凝土。共设计3排土钉，2排预应力土钉，孔内注纯水泥浆，水灰比0.50，喷浆厚度10 cm。腰梁采用两根14 d槽钢，腰梁锚板采用一块150×150，厚10 mm。桩间土挂成品钢板网片100×50×2，喷砼C20厚度50 mm。

支护方案二：高程-2.00 m以上按1∶0.40放坡，下部复合土钉墙结构，灌注桩+土钉墙。设计一排φ400钢筋笼灌注微型桩，桩长8.40 m，桩间距1.20 m，内插钢筋笼，灌注C30混凝土。共设计4排土钉，1排预应力土钉，孔内注纯水泥浆，水灰比0.50，喷浆厚度10 cm。腰梁采用两根14d槽钢,腰梁锚板采用一块150×150，厚10 mm。桩间土挂成品钢板网片100×50×2，喷混凝土C20厚度50 mm。

支护方案三：采用复合土钉墙支护方案，按1：0.40放坡。共设计5排土钉，土钉孔径110 mm，孔内注纯水泥浆，水灰比0.50，喷浆厚度10 cm，坡顶护沿1 m。

4.3 注意事项

桩锚结构为刚性结构，土钉墙为柔性结构。根据地质报告，场地局部砂粒含量较高，夹有粉砂薄层，易塌孔，土方开挖、打桩支护有一定难度，不稳定砂体对周边环境均有一定影响。施工时应加强监测，尽可能减小基坑变形对周边建筑物的影响，以确保边坡安全。本次有针对性地采用如下措施：

①尽可能放坡，减少开挖深度及开挖段长度，增加稳定性。分段开挖每段不超过15 m，分层开挖每层不超过2 m。

②根据以往施工经验，超挖对周边建筑物的变形影响很大，故土方开挖应严禁超挖。支护施工应及时跟上，减少支护作业面的暴露时间。

③有针对性的采用应急措施。预应力锚杆或土钉施工时应考虑对建筑物地基的不利影响，应采用间隔成孔（跳打）的方式。

5 施工方法

5.1 土钉墙施工

土钉墙施工工艺流程：测量放线修整边坡→成孔→安装土钉→注浆→编（挂）网→焊接加强筋→焊接锚头→喷射混凝土→养护。施工方法为：

①放线修坡：根据设计要求放出边坡，并人工修坡，要求平整。

②成孔：根据设计图纸，放出土钉孔的位置，然后再采用人工洛阳铲或钻机成孔，按设计的孔位、孔径、孔长、孔的俯角进行成孔，严格注意质量，逐孔按锚喷网支护规范进行记录及验收。误差要求：孔深±50 mm；孔径±5 mm；孔距±100 mm；倾角±5%。

③土钉安装：按照设计的各排土钉长度、直径加工成合格的土钉，为使土钉体处于孔的中心位置每隔2 m焊接一个居中支架将锚杆安入在孔内，不可用重物去打。居中支架采用Φ6.50钢筋制作，并将用作居中支架的钢筋弯成弧形与土钉杆焊接。

④注浆：注浆材料选用P.C32.50级复合硅酸盐水泥，纯水泥浆强度为M10，水灰比0.45～0.55，灰浆搅拌时间不能少于2 min。注浆采用由里向外注入，需将注浆管插入孔内距孔底约0.25～0.50 m处，在孔口用水泥袋封孔，注浆压力不低于0.20 MPa，以确保孔内注满水泥浆。对于重要地段采用二次补浆，当孔口有浆液流出并加压稳定后，方可停止注浆。

⑤编扎钢筋网、焊接加强筋。

⑥喷射混凝土面层：采用干法喷射混凝土，喷混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.60～1.00 m。用P.C32.50级复合硅酸盐水泥：干中砂：碎石（5～10 mm）=配合比为1：2：2（重量比）进行配比，水灰比0.40～0.50，首先人工在地面上初步拌和，然后放入喷浆机均匀拌和。其中砂的含水率宜控制在5%～7%，石子用坚硬耐久的碎石，最大粒径≤10 mm。喷浆机边均匀拌和边通过喷浆管使用高压风将料输送至喷头处，在喷头处加水喷在工作面上。输料管应能承受0.80 MPa以上的压力，并应具有良好的耐磨性能；施工供水设备应保证喷头处的水压力为0.15～0.20 MPa。喷射作业应分段分片依次进行，喷射顺序应自下而上将混凝土喷射到支护面达到设计厚度10 cm。试块每喷射1000 m2留取一组，砼28 d强度等级≥C20。

⑦养护：喷射混凝土终凝2 h后，应洒水养护，养护时间不得少于7 d。

5.2 预应力锚杆与腰梁施工

施工工艺流程：机械钻机或人工成孔→插放锚杆和注浆管→常压注浆→高压二次注浆→养护→安装锚板→安装槽钢腰梁→预应力张拉→锁定。

锚杆杆体采用Φ20～22 mm，以及15.20钢绞线。注浆材料为水泥净浆，水泥采用P.C32.50，水灰比为0.45～0.55。锚体强度达到设计强度的70%时开始张拉，张拉机具主要为ZB4-500油泵、YC1200×320穿心式千斤顶、计时表、钢析尺等。宜采用跳张法，即隔二拉一。

5.3 护坡桩施工

定位→埋设护筒→钻机就位→调制泥浆→一次清孔→下钢筋笼→对接导管→二次清孔→浇筑混凝土→成桩。

护坡桩施工时，桩位放线应确保准确无误，定位精度为1 cm，钻头中心采用Φ400 mm桩定位器对准桩位，定位误差≤20 mm，钻机对位应以四角桩控制，钻头对准十字线交点，水下混凝土浇注采用直径220 mm导管，导管接头宜采用法兰或双螺纹方扣快速接头，水下混凝土必须连续施工。