土钉墙支护施工及稳定分析
2016-12-14詹裕
詹裕
【摘要】介绍土钉墙支护原理，结合工程实例，阐明关键工序的施工要点。通过基坑位移观测和土钉的抗拔试验，分析基坑稳定原因，提出土钉墙施工若干问题，对土钉墙设计和施工有一定的借鉴作用。
【关键词】土钉墙；施工要点；位移观测；稳定分析
Analysis on construction and stability of soil nail wall shoring system
Zhan Yu
（New Steel Group Construction CompanyXinyuJiangxi338000）
【Abstract】The principle of soil nail wall shoring systems are introduced， and key points in main working procedure of construction are discussed according to engineering project. The reasons for base hole stability are analyzed on the basis of the observation for displacement of base hole and the experiment for the up-lift resistance of soil nail. Whats more， some suggestions for the construction of soil nail wall are put forward， which may benefit from design and construction of soil nail wall.
【Key words】Soil nail wall；Key points for construction；Observation of displacement；Stability analysis
1. 引言
土钉墙是由天然土体通过土钉就地加固并与喷射混凝土面板相结合，形成一个类似重力挡土墙以来抵抗墙后土压力的一种支护结构。在工作机理上它是由高强土钉，网喷混凝土面及原状土三者共同受力，来维护基坑边坡的土体稳定。土钉墙支护技术，很好地增强土体破坏延性，改变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，与其它支护相比，施工速度快，工期可缩短50%以上，用料省、节约造价可达60%左右。因此它在公路交通，水利建设，建筑工程等行业中应用越来越广泛。
2. 工程实例
某工程建筑面积33820m2，地上十三层，地下一层，其地下室基坑采用土钉墙支护方案，基坑开挖深度为6.15m。
2.1工程地质情况。
开挖深度范围内地质特征分层描述如下：
①杂填土：灰黄色，以碎石块、粘性土等组成；松散稍密；层厚0.2～1.5m，全场分布。
②粘土：灰褐色，含铁锰质斑点，少量腐植物碎屑，可～软塑，层厚0.4～1.8m，局部缺失。
③淤泥：青灰色，含少量粉细砂，腐植物碎屑，零星贝壳残片，土性呈流塑，层厚13.0～15.4m，全场分布。
以上各土层物理力学指标如表1：
2.2设计情况
计算软件采用北京理正软件研究所“理正深基坑支护结构设计软件”F-SPWV4.33，基坑重要系数 ，基坑周边施工荷载 =15KPa，其土钉墙设计主断面如图1。
2.3施工要点。
2.3.1土方开挖。
本工程土钉主断面处土方开挖分四个层次，第一层挖深1.3m，水平分段长度不大于12m进行跳挖，边挖边进行支护施工。第一层支护完成后再进行第二层土开挖，第二层每段开挖长度不得超过10m，挖深2m。第三层土挖深2m，第四层土挖深0.85m，每段开挖长度不超过6m。
当土方开挖至标高-6.45m处，开挖时采用“五边”法，即边挖土，边凿去工程桩上部多余桩长，边铺片石基层，边浇混凝土垫层，边砌地梁和承台砖胎模。这样既能加快工期，又保护基坑土体不长期暴露，有利于基坑稳定。
2.3.2锚杆制作。
本工程锚杆施工部位为淤泥土，机械成孔较为困难，故锚杆制作因地制宜。其制作方法：杆头采用150铁质锥形扩孔头，杆身采用48×2.5焊接钢管，在钢管外壁上钻3排梅花形直径8mm的出浆孔，沿杆长方向每300mm设一个。杆端1m处为自由段不开孔，用止浆编丝袋隔开，每孔前焊20mm长10钢筋头，在锚杆压入土体时减少淤泥土进入杆内，同时可增加握 窠力，锚杆长度按设计进行断料，管与管对接时外围均布314，L=140mm单面焊接。（详见图2）。
图1土钉墙剖面图
图2锚杆制作图
2.3.3锚杆注浆和砼墙施工。
本工程注浆砂浆配合比为水泥：砂：水=1：0.3：0.5，每米锚杆注浆必须大于30Kg水泥，采用低压（0.4～0.6MPa）方法注浆裹管。注浆分三段，第一段压力注浆时应用32高压管直通入管底注浆；拔出注浆管3m，进行第二段注浆，再拔出3m，进行第三段注浆，直至达到注浆量与注浆压力要求。土钉墙厚100mm，分二层施工，第一层厚70mm，在人工修整边坡后，直接喷射在泥土侧壁，之后铺设6.5@250×250双向钢筋网及14骨架钢筋，然后喷射厚30mm的第二层混凝土。
3. 土钉墙基坑稳定分析
3.1支护观测及失稳处理。
3.1.1支护观测主要内容为支护结构位移的量测和肉眼观察地表开裂情况，本工程基坑周围共设23个观测点，在基坑施工中，每天观测一次，其第46次观测位移累计数据如表2。
3.1.2由观测数据可知，最大位移发生在7#～9#点，最大水平位移达202mm，垂直位移364mm，已超出变形许可范围，同时用眼观测此段基坑周边已出现裂缝，因此作如下处理：
（1）卸掉此段基坑周边土，以减轻土体主动土压力。
（2）基坑内壁堆积砂包，以减少侧壁进步位移。
其它部位，部分位移虽然较大，但观测时，变形已基本稳定，地表无明显裂缝，坑壁无坍塌，总体稳定性良好，基坑围护是安全的，可不作处理。
3.2锚杆抗拔试验。
（1）为检测锚杆抗拔力，确保土钉墙质量，选取一组三根（编号为S1#、S2#、S3#、）锚杆进行抗拔试验。
（2）参照基坑土钉支护技术规程，CEC96：97的规定，采用以下方案进行试验。
（3）选用设备：加载设备利用上海千斤顶厂生产的QFZ450-25型的油压张拉千斤顶，一只行程为50mm的位移计观测锚头的变位情况。加载压力及位移观测由武汉岩海技术开发有限公司研制的RS-JYB静载荷测试仪显示与记录。
（4）试验方法：分五级加载，每级荷载17/16KN，要求最大加载力为84KN，试验过程中每级加载后，第0，1，6，10min测读一次变位数据，若同级荷载作用下1min与10min的位移增量小于1mm，即可施加下一级荷载；否则应保持荷载不变继续测15，30，60min的位变，若6min与60min的位移增量小于2mm，可进行下一级加载，否则即为达到极限荷载。
（5）试验成果：综合试验锚杆的荷载一位变一时间关系，汇总有关数据如下。
从试验的结果分析，本次的S1#、S2#、S3#锚杆的抗拔极限力为68KN，均未达到最大极限植84KN。
3.3位变原因分析。
根据基坑位移观测点位变偏大及抗拔试验极限承载力偏低的情况，分析其原因如下：
3.3.1设计原因。
（1）土钉抗拔承载力基本要求： Tuj1.25γ0Tjk
本工程基坑侧壁安全等级为二级，按相关规范取 γ0=1.00
土钉抗拉荷载设计值： Tuj=1rsπdnj∑qsikLi
受拉荷载标准值： Tjk=ξeajksxjszj/cosαj
第j根土钉位置的基坑水平荷载标准值：eajk =[q0+∑γihi+∑γihi]×tg2 （45°-k2）
ξ=tgβ-k2[1tgβ-k2-1tgβ]/tg2（45°-k2）
式中：
γs——土钉抗拉抗力分项系数，取为1.3；
dnj——第j根土钉锚固体直径；
qsik——土钉穿越第j层土体与锚固体极限摩阻力标准值；
li——第j根土钉在直线破裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
破裂面与水平面的夹为 β+k2。
ξ——荷载折减系数；
sxj、 szj ——第i根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；
aj——第j根土钉与水平面的夹角；
β——土钉墙的坡面与水平面的夹角；
k——第i层土体的内磨擦角。
q0——基坑周边超载值；
ri——地下水以上第i层土的重度
hi——地下水以上第i层土的厚度
ri——地下水以下第i层土的浮重度
hi——地下水以下第i层土的厚度
（2）根据土体力学指标及相关数据，代以上公式，支护主断面的从上到下六根土钉的受力情况如表6，土钉抗拉承载力计算简图见图3。
（3）由计算结果可知，1#～4#锚杆满足土钉抗拉的基本要求，5#、6#锚杆的土钉抗拉设计值小于土钉受拉荷载标准值。由
此原因，形成局部土钉墙观测点位移偏大，为确保基坑安全，在基坑底部增设一排120 L=4m @500的松木桩，在坑壁增设二排48 L=9m @1000花杆（详见图1）以分担部分土体侧压力。
3.3.2施工原因。
本工程锚杆制作时，锥形扩大头直径采用89，采用0.4～0.6 MPa 压力注浆，据监理施工记录，第一排锚杆注浆量可达到每米锚杆30Kg水泥用量，其余锚杆均未达到注浆量要求，由此可知，土钉锚固体直径亦未能达到设计要求，造成土钉实际拉拔力降低，形成基坑位移偏大。
4. 结语
（1）土方分层分段跳挖是土钉墙施工的一大特点，是确保支护安全的关键，施工时严禁乱挖或一挖到底。
（2）土钉锚杆每米水泥灌注量是施工中重要指标，本工程由于施工时土钉孔径太小，造成水泥灌注量不足。因此注浆时要确保水泥用量，使得土钉锚固体直径达到设计要求，以保证土钉的抗拔承载力。
（3）根据地质实际情况，应验算土钉抗拔力，以确定合理的锚杆长度和孔径，避免因土钉抗拔力不足引起基坑位移过大。
参考文献
[1]曾宪明、黄久松、王作明等编 土钉支护设计与施工手册 北京：中国建筑工业出版社.
[2]江正荣主编 基坑工程便携手册 北京：机械工业出版社.
[3]建筑基坑支护技术规程，JGJ120-99 北京：中国建筑工业出版社.
[4]建筑基坑工程技术规范，YB9528-97 北京：冶金工业出版社.
[5]浙江省建筑设计院主编 建筑基坑工程技术规程DB33/T1008-2000 J10036-2000 浙江：浙江标准设计站出版.
[6]总参工程兵科研三所主编 基坑土钉支护技术规程，CECS96：97 北京：中国工程建设标准化协会出版.
