简谈建筑基坑工程土钉墙支护结构设计与施工

唐 波

南京南大岩土工程技术有限公司，江苏南京 210000

随着经济的发展和社会进步，建筑行业迅速发展。近年来，高层建筑数量越来越多，规模越来越大，人们对高层建筑施工质量安全也提出了更高要求。作为高层建筑的重要组成部分，基坑工程发挥着不可替代的作用。随着科学技术的进步，许多新技术、新工艺、新材料逐渐被应用到建筑基坑工程施工中，例如，土钉墙支护结构。该结构具有工期短、工艺简单、成本低廉等诸多优点，能够有效提高基坑边坡的稳定性及强度，在建筑基坑工程中得到了广泛应用。要想充分发挥土钉墙支护结构的优势性能，必须加强设计与施工管理，做到方案科学、施工合理，以此保证建筑基坑工程施工质量，消除边坡塌方事故，提高建筑整体安全性。

1 土钉墙支护结构概述

1.1 土钉墙支护结构特点

第一，在基坑工程中应用土钉墙支护结构会有土钉复合体形成，有效提高边坡承载性与整体稳定性，不必设置支撑，坑壁也不会产生太大变形，噪音影响较小；第二，在土钉墙支护施工中，土钉埋设可以与基坑开挖施工同步进行，缩短单独作业时间，施工效率高，施工周期短；第三，土钉墙支护施工不占场地，对于面积小、难以放坡或者周围建筑物密集的施工场所，土钉墙支护结构能有效解决施工难题；第四，土钉墙支护结构施工工艺简单、加固效果好，技术可靠性强；第五，土钉墙支护结构施工成本低，具有经济性与合理性[2]。

1.2 土钉墙支护结构适用条件

土钉墙支护结构适用于以下情况：地下水位以上的粘性土、胶结的填土或者粉砂土等。随着土钉墙施工技术不断进步，在杂填土、松散沙土、软土以及流塑土中也可采用这一技术方法。值得注意的是，对于塑性指数超过20的土，在应用土钉墙支护结构之前，要仔细评价其蠕变特性；对于标准贯入锤击数在10击以下的沙土，最好不要采取土钉墙支护结构。除此之外，土钉墙支护结构不适合以下情况：含水量较高的砂卵石层及粉细砂层、缺乏临时自稳性的淤泥土；炉渣、煤渣等腐蚀性土；对于流塑形态下的软粘土，由于其成孔难度大，采用土钉墙支护结构同样无法取得理想的经济技术效果。

1.3 土钉墙支护作用原理

在建筑基坑施工中，土体具备结构整体性特点，但是其抗拉强度、抗剪强度均比较低，甚至可忽略不计。在基坑开挖过程中，土体的存在能够保证边坡维持一定的直立高度，但是如果超出其临界高度，就会破坏土体整体性，因此需采取必要的边坡防护手段，通过挡土结构承担土体测压力，以免破坏土体的整体稳定性。将一定分布密度和长度的土钉放置在土体内，土钉和土体共同作用对后者强度的不足进行弥补，这就是土钉墙支护体系。土钉利用滑裂面加固坑周土体，土与土钉结合形成复合土体，从而实现原状土刚度及强度的提升。如果土体受力情况产生变化，不可避免的会产生变形，利用土钉进行加固，能够对这种变形进行约束，以此确保土体稳定性。

1.4 土钉墙支护体系的不足

第一，土钉墙支护体系需要用到大量土钉，部分土钉杆体很长，如果在建筑密集区域进行施工，很容易与原有地下设施发生碰撞，破坏地下设施。如果条件允许，可以调整土钉长度，将土钉灌浆体直径增大，但有些情况必须选取别的支护措施；第二，只有在土体变形、土钉与土之间存在相对位移时，才能发挥出土钉的作用。如果基坑工程对位移有严格限制，则无法采用土钉墙支护结构进行施工；第三，超深基坑不适合采用土钉墙支护体系。其主要原因为：超深基坑会明显增大土钉墙支护体系的位移量，导致基坑安全受到影响；第四，土钉墙支护体系对地下水位有一定要求，地下水位不能超出基坑的基地。如果基坑开挖过程中出现地下水，不仅会影响土钉成孔，也会影响注浆效果，引发滑塌事故。

2 建筑基坑工程土钉墙支护结构设计与施工

2.1 土钉墙支护施工流程

2.1.1 基坑开挖

安排专门人员负责指挥土方开挖工作，采取分层、分段的方式开展施工作业，控制好各层开挖深度，确保其在2m以内。只有在确保土钉及混凝土喷射面满足70%的设计强度后，才能开始进行下一层土层开挖。此外，施工单位还要制定必要的防护措施，以免土方开挖对支护结构产生碰撞。机械作业与人工修整应当相互配合，确保开挖面平整、无虚土。在基坑开挖过程中，如果开挖面产生裂缝、渗水等问题，需要将厚度约30mm的混凝土喷射在上面，对开挖面进行有效保护。

2.1.2 混凝土面层初喷

在基坑开挖完成后，将C20强度等级的混凝土喷射在边壁上，喷射厚度控制在50mm。混凝土材料质量需严格控制，水泥采用普通硅酸盐水泥，骨料采用碎石或者机制砂，前者粒径不能超过20mm，含泥量需控制在3%以内。采取分段、分片的方式进行混凝土喷射，施工顺序为由下至上，喷头应当垂直于土钉墙墙面。在混凝土喷射完成后，应当在2h内进行养护，防止裂缝出现。

2.1.3 钻孔

根据设计要求进行钻孔作业，控制好土钉的水平间距、竖向间距分别为1.5、2m。成孔工具采用人工洛阳铲，水平孔最上排的深度为9m，其他均为6m。为方便注浆工作，土钉倾角宜控制在5°～15°。孔位要根据设计图纸确定，遇到障碍物时可适当偏移；控制好土钉水平方向上及竖直方向上的孔距误差，前者不超过50mm，后者不超过100mm；孔深应当比设计深度大0.1m，土钉杆体长度也要比设计长度大。

2.1.4 插入钢筋土钉

采用φ25钢筋作为土钉，施工前需要对钢筋进行除锈、调直处理；采取双面搭接焊的方式连接钢筋，搭接长度需控制在主筋直径的5倍以上，焊缝高度需控制在主筋直径的0.3倍以上；在制作土钉时，应当严格按照设计要求确定土钉的直径、长度等参数，在孔的中心部位放置锚杆，对中支架的焊接间距为2m，从而确保钢筋始终位于孔的中心部位。

2.1.5 注浆

采用纯水泥浆作为注浆材料，水灰比需控制在0.5～0.55范围内。浆液的搅拌工作要在注浆过程中进行，并保证搅拌充分、均匀，做到随搅随用；在注浆过程中，注浆管需插入至孔底，一边注浆一边拔管，拔管速度不能过快，注浆管不能超出液面，同时注浆压力需控制在0.4kPa以上。当注浆抵达孔口时，应当停止注浆并进行封口。在浆液凝固后，如果锚固体无法充满浆液，还要进行补浆；在注浆工作结束后，应当及时清理干净注浆工具。

2.1.6 钢筋网布设

钢筋网材料选用φ8圆钢，规格为200mm×200mm，误差控制在10mm以内。网筋之间的搭接长度需控制在300mm以上；钢筋网在铺设以前需进行调直；选用Φ14钢筋作为加强筋，将土钉钢筋与加强筋牢固焊接在一起，挡块焊接在外部，确保其具有整体性。

2.1.7 混凝土复喷

在钢筋网布设结束并验收通过后，需复喷混凝土，喷射厚度控制在50mm，喷射方法按照初喷时进行。

2.2 土钉墙施工质量管理技术措施

严格按照土钉墙支护施工流程开展作业。对于任何一道工序，都要采取施工人员自检、质检员抽检等方式进行验收，只有上一道工序验收合格后才能进入到下一工序。尤其是对隐蔽工程的质量验收，需要施工单位给予特别关注；加强材料质量控制。检查水泥材料，确保其具备合格证书、成分化验单及其它质量证明文件。喷射混凝土采用硅酸盐水泥，骨料采用中粗砂。在混凝土喷射完成后，需要对面层进行检查，确保其没有露筋、空鼓以及裂缝等问题；钢筋网铺设前必须进行调直，严格按照设计要求确定网格尺寸；及时收集、整理施工过程中的各项工程资料，认真填写原始记录；加强土钉墙支护检测。土钉墙支护检测分成三个阶段：土方开挖至4.5m为第一阶段，观测频率为两天1次；土方开挖至9.2m为第二阶段，观测频率为每天1～2次；支护完成后为第三阶段，观测频率为两天1次。

3 结语

综上所述，社会经济的发展带动了建筑行业发展。近年来，高层建筑数量与规模均有较大提升，因此基坑工程施工环境越来越复杂，支护难度也有较大提升。土钉墙支护结构是基坑工程常用的施工技术之一，这种结构体系占用空间小、施工周期短，并且经济合理。在建筑基坑工程中采用土钉墙支护结构时，必须加强设计与施工管理，根据实际情况制定科学合理的施工方案，并将其落实到施工各个环节中，加强施工质量管理，及时发现土钉墙支护施工中出现的问题，并采取有效措施进行解决，以此消除施工质量漏洞及安全隐患，确保建筑工程整体质量。