土钉墙与护坡桩综合支护技术应用实例

王飞

0 引言

随着人民生活水准的不断提高，大型公建项目在各大城市的需求量越来越大，现阶段，深基坑工程支护设计及施工还没有形成完善的技术规范和标准体系，所以无法为相应工程提供科学有效的指导，造成深基坑工程施工中容易出现一些安全事故，风险预防不到位，导致严重的人员伤亡，也加大了工程的建设成本，且和深基坑比较接近位置的建筑物以及地下设施也可能因此受到影响。基于深基坑工程施工建筑特点和现实情况，考虑到呼和浩特地区的深基坑支护设计以及施工相关方面经验不足，所以，本文以地区的深基坑工程为例，对深基坑多种支护形式设计及施工进行总结，深刻认识各基坑支护形式的质量控制要点，对呼和浩特市区其他深基坑工程施工具有参考借鉴意义。

1 工程概况

1.1 建筑概况

金隅环球金融中心项目，位于呼和浩特市如意开发区，本工程是由多个高层建筑组成的大型办公商务建筑群，地上5～19 层，地下3 层，建设用地面积：35 593.75m，总建筑面积：265 979.0m，东西长209.5m，南北宽141.0m，本工程±0.000=1 060.1m，基础埋深-15.7m。

1.2 周边环境

北侧临近敕勒川大街，距离29m；东侧临近腾飞路，距离22m；南侧临近金隅时代城居民楼，18 层，主体结构为框架剪力墙，基础形式为筏板基础，基础埋深-8m，距离25m；西侧临近东方君座办公楼，26 层，主体结构为框架剪力墙，基础形式为筏板基础，基础埋深-11m，距离13m。

1.3 地质及水文情况

勘察工作，采用实测高程，各孔口高程在1 060.4～1 061.8间，高差1.4m，呈西北高，南北低平缓状。按地质年代成因总体上分为三个地质单元：上部第四系全新统冲洪积层，主要为黄褐色砂类土、粉土；中部第四系上更新统冲洪积层，主要为砂砾、细砂层，下部第四系中更新统湖泊相沉积层，主要为灰黑、灰蓝色粘性土。本工程地基持力层为砂砾层。勘察期间，各孔初见水位13.5～14m，高程1 047.0～1 047.6m，属潜水，主要含水层为砂砾，富水性好。

2 基坑支护方案

根据地质勘察报告，结合工程特点及现场实际环境，本工程四周均采用上部土钉墙喷锚，下部桩锚的基坑支护形式。即相对标高-5.00m（1 055.10m）以上为土钉墙喷锚支护体系，-5.00m 以下为桩锚支护体系。具体形式如图1 所示：

图1 支护系统

2.1 土钉墙方案

土钉墙按1∶0.3 放坡，土钉墙上设三道水平土钉带，土钉水平间距为1.5m，垂直间距为 1.5m，成孔孔径100mm，倾角10°，土钉长度 5.3～6.3m 。土钉杆均采用φ18 螺纹钢，土钉大样如图2 所示，其中第1 土钉长 6.3m；第2 道长5.8m；第3 道长 8.00m；孔内注水泥浆，强度等级为P.O.42.5 普通硅酸盐水泥。土钉墙面板由现场喷射混凝土而成，混凝土强度为C20，厚100mm，内挂φ6@200 单层双向钢筋网，外配φ16mm 横向加强筋并与所有土钉头焊接。面板大样如图3所示。

图2 土钉墙横向面板大样

图3 土钉墙纵向面板大样

2.2 桩锚方案

2.2.1 护坡桩及冠梁

护坡桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径800mm，桩中心距1 600mm，桩长15.85m，护坡桩及冠梁混凝土强度为C25。

2.2.2 锚索

采用两排锚索，一桩一锚形式，锚索成孔直径150mm，倾角均为：15°，第一道锚索标高为-5.2m，锚索长度21.0m，自由段7m，锚筋为3 束7φ5 钢绞线，第二道锚索标高为-10.45m，锚杆长度20m，自由段6m，锚筋为4 束7φ5 钢绞线。预应力锚索注浆水泥采用P.O.42.5 普通硅酸盐水泥。锚索腰梁采用2根28B 工字钢并排制作。钢腰梁大样如图4。

图4 钢腰梁大样

2.2.3 桩间喷锚

桩间挂网采用4mm×6mm×2mm 规格的钢板网，用射钉枪及U 型钉固定在桩基坡面上，外喷混凝土厚度80mm。桩间喷锚大样如图5。

图5 桩间喷锚大样

3 施工工艺及质量控制要点

3.1 土钉墙施工工艺流程

土方开挖→土钉定位→钻孔→安装土钉→注浆→绑扎钢筋网片→设置泄水管→喷射混凝土面层→养护。

3.2 质量控制要点

（1）土方开挖：分层进行，且应与土钉墙支护施工作业紧密协调配合，挖土分层厚度应与土钉竖向间距一致，每层开挖至土钉标高下500mm，严禁超挖。

（2）钻孔及土钉安装：按设计要求确定土钉位置，钻孔必须钻至设计深度，安装土钉前，应进行清孔及检查，土钉置入孔前，先在其上安装定位件（间距不应大于2 000mm），以保证土钉处于孔位中心位置且注浆后保证其保护层厚度。

（3）注浆：注浆前清除孔内残留及松动的杂土，低压注浆注压力保持在0.4～0.6Mpa，注浆导管底端应插至距孔底250～500mm 处，在注浆时将导管匀速缓慢地撤出，过程中注浆导管始终埋在浆体表面下，孔口用止浆塞止浆，注满后保持压力3～5min。

（4）绑扎钢筋网片：网片钢筋应顺直，按设计间距绑扎牢固，钢筋网片随壁面铺设，与坡面间隙不小于20mm，采用U 型钢筋插入土中固定钢筋网片。每步工作面上的钢筋网片应预留与下一步工作面钢筋网搭接长度。采用横向加强筋保证钢筋网与土钉连接牢固。

（5）面层混凝土：为使回弹率减少到最低限度，喷头与受喷面应保持垂直，喷头与作业面间距宜为0.6～1.0m。在钢筋部位应先喷钢筋后方以防其背面出现空隙，混凝土上下层及相邻段搭接结合处，搭接长度一般为厚度的2 倍以上，接缝应错开。喷射顺序应自下而上，喷射时应控制用水量，使喷射面层无干斑或移流现象。喷射混凝土终凝2h 后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7d 。在上层土钉注浆机喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方。

（6）泄水管设置：在喷射面层混凝土前，应按设计要求埋设泄水管，泄水管采用塑料排水管，间距为1.5～2.0m，长0.5m，直径40mm，外管口略向下倾斜，管壁上半部分钻透水孔，管四周填满粗砂作为虑水材料，防止土颗粒流失。

4 护坡桩施工工序及质量控制要点

4.1 护坡桩施工工艺流程

放线、测放桩位→钻机就位、调整垂直度→钻孔 →钻至设计深度→压灌混凝土→插入钢筋笼

4.2 施工质量控制要点

（1）钻机就位：完成钻机位置固定后，需要进一步进行核验检查，确保无误，一般钻头和桩位点之间的偏差应该控制在20mm 范围内，在开孔的情况下，钻速不宜过快。在启动钻机之前，应该确保周边的土块、残留混凝土等清洁卫生，避免对钻机工作带来不利影响。

（2）钻孔：在进行钻进的时候，要注意不能提升钻杆，也要避免反转，如果确实需要进行上述操作，可以对钻尖开起门进行重新清洗和封口，保证钻进质量不受影响。此外，桩间距低于1.3 的饱和粉细砂好软土层部位，最好使用跳打的方式，避免出现串孔的情况。

（3）压灌混凝土：在完成设计桩底标高终孔验收后，要先泵入混凝土且保持停顿10～20s 后，再慢慢提升钻杆，混凝土输送泵管布置中，应该尽量避免弯道设计，注意混凝土泵和钻机的距离应该控制在60m 以内。这里的混凝土泵送需要保持持续运行，边泵送混凝土边提钻，速度需要好混凝土泵送量相符合，且确保管中的混凝土有一定高度，确保料斗中的混凝土高度在4m 以上，且钻头应该始终处于混凝土面下的10m 以上位置。此外，桩顶混凝土超灌高度应该在0.3m 以上。

（4）钢筋笼制作：钢筋笼使用中，需要注意要避免出现钢筋笼的变形，所以在钢筋笼吊装和搬运等过程中，需要做好质量控制，每间隔2m 需要设置一个直径为0.16m 的加劲箍，这种加劲箍应该在主筋的外围，确保钢筋笼和加劲箍的内支撑筋呈现三角形形态。

（5）插入钢筋笼：在完成混凝土压灌后，需要对于钢筋笼插入到设计的深度位置，确保钢筋笼和振动装置连接，对准孔位，确保垂直居中分布，在完成钢筋笼插入的情况下，可以先通过钢筋笼和振动装置本身的重量缓慢插入，如果插入效果不理想，可以启动振动装置，确保钢筋笼下沉到设计位置，钢筋笼在下放中需要保持连续性，避免停顿，防止影响施工质量。

5 预应力锚杆施工工序及质量控制要点

5.1 施工工艺流程

土方开挖→孔位测定→钻机就位→钻孔→清孔→锚索制作安装→注浆→二次补浆→锚索张拉锁定→封锚。这个环节工序复杂，施工质量一定要保证。施工技术人员一定要注重每一个流程过程中的施工质量控制。在施工前一定要设计方案，了解地层条件，根据工程规模等情况进行施工。在施工时，抓住过程质量，分析施工可能产生的影响和可能遇到的问题，编制施工组织设计，做好施工计划，对材料、施工方案、施工机械等都要做好充分准备工作，确保每一个流程采取的措施都得力。

5.2 质量控制要点

（1）孔位测定：在孔位开挖中应该采用分层开挖模式，按照相关工点工程立面图，结合具体的设计要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，注意孔位误差应做好控制，应该在50mm上下。

（2）钻机就位：依据上述的锚孔的位置，进行锚孔钻进操作，锚孔开钻就位纵横误差应该在±50mm 范围内，高程误差应该控制在±100mm 范围内，要确保钻孔倾角以及方向和设计需要一致，倾角的允许误差应该控制在±1°。

（3）钻孔：在钻孔中，要做好循环清孔工作，在出现土层崩塌的情况下，需要确保成孔速度加快，结合地质条件，及时做好套管护壁，再出现塌孔情况下，需要及时停止钻孔操作，做好固壁灌浆施工，在水泥砂初步凝结后，再重新进行扫孔钻进操作。在完成钻进后，需要反复将插孔内钻杆提出，使用清水冲洗。清水循环法的适用范围非常广，可采用地质钻机或者专用钻机，但是需要配备1 套排水系统。对于土层土质比较松散的情况，可以采用护壁套管。为了保证钻孔质量，钻孔前根据设计和土层结构做出标记，锚孔水平方向孔距误差≤50mm，垂直方向误差控制≤10mm，钻孔底部的误差≤3%，深度控制方面锚杆设计长度0.5～1.0m。

（4）清孔：在孔钻深度满足设计标准后，及时停止钻进操作，但是要确保稳钻1～2min，这样可以避免出现孔底尖灭或者是不能达到预期设计孔径的情况出现。钻孔孔壁中要避免出现水体粘滞和沉渣，所以需要及时清理，在完成钻孔后，应该使用高压空气对孔内的岩粉以及水体进行清理，避免水泥砂浆的粘结强度受到杂质影响。

（5）锚索制作安装：在进行钢绞线绑扎前，需要对于绞线表层的污渍进行清理，保证钻孔里面干净，螺旋干钻孔到设计深度继续旋转出渣土5min，回转冲击钻孔到设计孔深度，用高压风把渣土吹干净，孔内无残留，且需要确保每股绞线长度误差控制在标准范围内。对注浆管、自由端等绑扎需要提前做好，在自由端采取塑料管包扎，和锚固段接触位置的塑料管应做好密封处理，避免在注浆时浆液渗入自由段。

（6）注浆：在注浆环节，需要严格对水泥浆的质量进行控制，为增强水泥浆的粘性和凝结强度，可以添加一些加强剂，在注浆时，应该缓慢且匀速地将注浆管抽出来，不能抽得太快，最后要保证注浆管端口始终埋在浆液面的1m 以上，确保灌浆整体均匀性和密实性。完成注浆后，需要对于钢绞线的外侧进行清洗，做好保护措施。在发现一次注浆不满或是出现注浆后沉降现象后，需要进行补充，确保注满。

（7）封锚：完成张拉后，剪去多余的钢绞线，但是也需要注意，钢绞线留取的长度应该适宜，避免滑入孔中失效。此外，可以使用防锈油对外露钢构件进行仔细粉刷，这样可以有效避免锈蚀情况出现，保证钢结构的质量不受影响。

6 桩间喷锚工序及质量控制要点

6.1 施工工艺流程

桩间土清理及桩体处理→铺设钢筋网片→喷射混凝土→养护。

6.2 质量控制要点

（1）桩间土清理及桩体处理：要避免相关现场机械在开挖中将较多的桩间土带下，所以要避免现场使用机械进行桩间土开挖操作。可以人工进行桩间土壁的修复操作，确保相应喷射厚度满足需要。此外，还可以通过人工对桩身浮土进行清理，避免出现夹泥的情况。

（2）铺设钢筋网片：桩处理完成后应立即铺挂钢筋网片，桩间挂网采用4mm×6mm×2mm 规格的钢板网，用射钉枪及U型钉固定在桩基坡面上，每隔1 000 设置一道横向拉筋，拉筋两端采用植筋的方法锚固与桩内，锚固长度为80mm，中间采用单面焊接连接，焊接长度为10d。

（3）喷射混凝土：将挂好的网片的搅拌墙喷射混凝土作为封闭找平层，一般喷射厚度应该控制在80mm，混凝土的强度应该达到C20，结合相应配合比，对于混凝土干料进行配合，需要对于具体的施工用水量做好控制。此外，还要防止出现回弹情况，所以在喷射混凝土的操作中，需要确保喷头和受喷面之间的垂直性，确保作业面和喷头之间的距离控制在0.5～1.0m 范围内。喷射中应该确保自下而上，采取螺旋喷射的方法为宜。在喷射过程中，需要做好用水量控制，避免喷射面出现移流情况。

（4）养护：喷射混凝土终凝2h 后，喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7d。

7 结论

（1）本工程对原方案一桩到底的施工模式进行了改良，采取上部土钉墙+下部排桩锚杆联合支护体系。这种优化设计能够有效缓解主动土压力，下部通过在桩身最大弯矩位置加密配筋优化的桩锚支护结构，能够对于基坑开挖中的变形进行有效控制，这种操作方案能够在一定程度上控制工程造价。

（2）本工程位于呼和浩特如意开发区，是该地区少有的深基坑工程项目，本工程在施工前，综合对相关基坑侧面支护中的问题以及现场土质情况进行分析，在完成多次方案讨论后，这一方案更为经济实用，且整体施工工期更短，能够为工程提供一些施工参考。对于呼和浩特地区的深基坑项目设计和施工而言，也具有一定的参考价值，值得推广应用。

（3）本工程支护形式多样化，通过对本工程的参与及总结，使本人对各支护形式的施工方法及质量控制有了深入的了解，积累了施工经验，提高了自身业务水平，为今后的基坑支护施工作业提供了参照，并打下了良好的技术管理基础，有助于以后基坑工程的施工质量进一步提升。