土钉墙在黄土地区基坑工程中的应用

　

(长安大学　陕西　西安　710064)

引言

土钉墙起源于20世纪60年代法国的加筋土技术，充分利用岩土体自身的强度，即利用钢筋和混凝土与岩土体结合，共同成为支护结构，维持边坡或基坑的稳定。典型的黄土地区土层结构特点就是从上到下一般为素填土，黄土，古土壤，黄土古土壤，粉质黏土。由于非饱和黄土的直立性、含水率低时强度较高等特点，在保证基坑整体稳定和安全的前提下，选用土钉墙支护更经济、合理。

一、土钉墙概述

土钉墙施工时通常先采用洛阳铲人工成孔，若人工成孔困难可用钻机成孔，再放入一定长度、一根或捆扎在一起的数根钢筋束，再往孔内灌注一定强度的水泥砂浆(在注浆前要清孔)，从而利用不同模量的钢筋、混凝土、场地土之间的摩阻力形成一个整体作为支护结构。属于被动型支护结构。因为土钉墙的施工不占用单独的施工作业时间，所以工期较短。虽然土钉墙相对于其他支护结构而言投资少、施工便捷，但是要求基坑是在地下水位以上(或者经过降水)、场地土为非软土、基坑深度不大于12m的二、三级基坑。[1]

二、工程实例

(一)工程概况

该工程场地位于西安市的西太路以东、创汇路以南，交通比较便利。场地整体上东北高、西南较低。基坑深度为7.48m；拟建场地的地貌单元为皂河Ⅱ级阶地。

场地地层结构为杂填土、黄土、古土壤、粉质粘土(自上而下)。稳定水位变化于15.70～22.50m，属于潜水类型，因此基坑支护工程设计时不考虑地下水的影响。根据勘察方提供的场地岩土工程勘察报告，并结合该地区建筑边坡以往成功的设计及施工经验，基坑支护设计主要土层参数如下表：

表1　基坑开挖深度范围各土层设计参数数

(二)基坑支护设计方案

1.方案拟定

拟建场地内不存在地裂缝和断裂活动对场地稳定性的影响。场地周围无建筑物，南侧和北侧各有一条东西向的公路，南侧公路距离基坑底边线15.4m，北侧公路距离基坑底边线42m，可不考虑其动荷载对基坑支护结构的影响。根据以上情况，综合工程地质条件等因素的分析，考虑到放坡空间有限并且土方开挖的价格较高，选择技术上可实施，经济上投资较合理，并且整体性好、水平位移小，又便于基坑开挖以及后续施工的土钉墙支护方式。

2.土钉墙结构参数确定

面层参数：喷射混凝土设计强度为C20，厚度80mm，钢筋网片Φ8@200200。此外，为保持坡顶的稳定，在坡顶设置截水台并进行地面硬化。

排水结构设计参数：(1)泄水孔：在土钉墙面层内设置两层泄水孔，水平向间距2m，孔径为60mm，孔深为0.5m，仰角为10°，外伸长度为15mm，孔内应设置PVC管，其孔壁带有小孔，管外缠土工布(透水)，以便墙体以及土层内的水排出。(2)土钉墙的墙脚处设置厚0.2m、高0.7m脚墙，并设置宽0.4m、高0.4m、厚0.2m的排水沟，均用C20混凝土浇筑。

剖面详见图1。

图1　土钉墙剖面图

(三)稳定性验算

土钉墙实际上是利用钢筋和场地土之间的模量不同，在砂浆界面产生摩阻力，约束土体，提高“复合土体”的整体强度和刚度，相当于一个重力式的挡墙。因此土钉墙的整体稳定性与水泥土墙相似，需要应用圆弧滑动条分法进行相应的整体滑动稳定、抗倾覆稳定、抗整体圆弧稳定的验算[2]。另外，单根土钉的抗拔、抗拉强度(即局部强度)也应该满足规范要求。

在此我们选用理正深基坑软件对土钉各设计参数进行验算，结果如下。

表2　验算结果

显然满足规范要求。

三、土钉墙施工中注意的事项

(1)在基坑开挖前，应先在坡顶布设变形观测点，并且在周边建筑物设置沉降观测点，记录初始数据。(2)在基坑开挖过程中应严格按照分层分段的原则进行，分层的厚度应该与土钉竖向间距相适应，超挖深度小于0.5m,且每层分段开挖的长度不能超过30m。(3)开挖完每层土方后必须及时进行土钉墙的施工，喷射混凝土面层；如果要进行下一层土方的开挖，上层支护体系的强度必须达到设计强度的75%。(4)成孔时如果出现塌孔现象，可以采用注入水泥浆护壁的方式进行；若仍然无法成孔，可采用击入式花管代替钢筋,击入式钢管的注浆压力不应小于0.6Mpa，注满浆后并在该压力下保持2-3min。(5)监测工程预警值：根据规范要求,坡顶水平位移最大35mm(二级基坑深度的0.5%)，预警值25mm。(6)在土方开挖的过程中要保护监测点不被破坏，及时记录监测结果并反馈，做到实行信息化施工和动态设计。

四、结语

该工程已于2017年12月竣工。基坑周边沉降及水平位移均在安全范围内，表明土钉墙在该支护工程中安全合理。工程设计人员在黄土地区基坑支护工程设计中应考虑利用地下水位以上非饱和原状黄土的直立性、结构强度大等特点，并结合土钉墙支护方式的作用原理使支护结构在安全性上达到规范要求，与其他支护结构如排桩、地下连续墙等比较更加经济。

【参考文献】

[1]建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009.北京：中国建筑工业出版社，2009