土钉墙施工及其质量控制

郑腾龙

（平潭新家园市政养护有限公司，福建 平潭 350400）

0 引言

就当下而言，随着城镇化的不断深入，人口不断向城市聚集，从而导致伴城市人口急剧增加，如何合理开发以及充分利用地下空间已成为社会的焦点，许多城市陆续开始了地铁的建设、地下车库、商圈的规模也在不断增大、数量也在不断增多。地下空间深度的增加对于基坑的稳定性有了更高的要求。基坑开挖施工过程中，其支护工程的安全性对于整个项目的安全和工期有着举足轻重的影响，支护方式的确定以及支护方式施工质量的控制都对基坑开挖过程中有着直接影响。

自20 世纪90 年代以来，基于在城市化过程中大量涌现了高层及超高层建筑物，深基坑工程也愈来愈多，与之同时，繁多的建筑物、不同的深坑形式，造成了基坑的开挖条件变得愈来愈复杂多样化。所以对待基坑施工过程中开挖和边坡支护的设计相关理论、施工技术等方面的标准亦变得更高[1-4]。随着我国的经济建设得到了高速的进步，且城市化建设推动了地下空间方面的探索与开拓，国内于基坑工程的设计方法、施工技术、监测手段等问题均有不小的突破发展[5]。

深基坑边坡支护、支撑工程施工方案的正确应用将对地下室基坑工程工作人员生命及财产安全产生重要影响，怎样做好深基坑边坡支护、支撑的施工，是结构工程良好实施的基础保障，对临边建筑影响，起到至关重要的作用。

1 土钉墙支护简述

1.1 常见土钉墙支护的形式

根据目前土钉墙相关理论的科学研究并结合实际工程的施工经验，比较常见的土钉墙支护方式的应用可分为以下几种类别[6]。

（1）土钉墙-止水帷幕-微型桩-预应力锚杆：当基坑有着较深的开挖深度且需对基坑的变形量进行严格监测和控制时，而项目所处位置的周边环境以及地质、水文条件相对较繁杂时，一般宜采用土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆的形式作为支护体系，如图1 所示。此支护方式通常情况下能够代替桩锚或地下连续墙支护体系。此支护体系一般布置2～3 排预应力锚杆，并选用旋喷桩或搅拌桩作为止水帷幕；当微型桩的桩径比较大时，则宜采用型钢桩。

图1 土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆结构示意图

（2）土钉墙-止水帷幕-预应力锚杆：土钉墙-止水帷幕-预应力锚杆支部体系在实际工程的应用中是最为普遍的，如图2 所示。施工期间的人工降水措施会重新分配基坑周边的地应力，有很大的概率会引起周边道路、民居和其他建筑物的沉降，对其安全性造成不良影响并容易遭到相关产权人的索赔。所以，在项目建设过程中，基坑支护工程设置止水帷幕是十分必要的。止水帷幕能够起到两个主要作用：一是加固支护面层，二是止水功能。对于止水帷幕来说，其施工方式主要有下列几种形式：搅拌桩、注浆、旋喷桩等。

图2 土钉墙-止水帷幕-预应力锚杆结构示意图

（3）土钉墙-预应力锚杆：基坑开挖土层为粘性土时，开挖过程对于环境条件没有较高的要求，且基坑周边不涉及复杂交通和密集的构筑物同时还允许采取降水措施时，可不设置止水措施，基坑的开挖深度较深且对于是否放坡开挖不作具体要求时，也适合采用土钉墙-预应力锚杆的形式作为支撑体系，设置预应力锚杆能够有效提高支护体系的稳定性和支护强度，从而减小墙体的变形和位移，如图3 所示。

图3 土钉墙-预应力锚杆结构示意图

1.2 土钉墙施工的原理和适用范围

土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔，放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成。它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。

适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土，开挖深度为5～10m 的支护。不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层和对变形有严格要求的基坑支护。

2 施工准备及施工流程

2.1 施工技术准备

制订合理的施工方案，有助于厘清和明确支护与开挖之间的工序关系，做好测设工作，争取尽快进程施工。土钉墙的施工应在采取排水措施之后进行，排水措施能够有效控制土体的含水量，避免其处于饱和状态，从而减小甚至消除对面层产生不利影响的静水压力。

2.1.1 材料的选择

（1）钢筋应提前做好调直、除锈处理，处理妥当之后方可作为土钉使用；（2）水泥优先采用PO 42.5 级的普通硅酸盐水泥；（3）细骨料采用中粗砂，且其含泥量应控制在3%以内并应注意保持中粗砂的干净；（4）粗骨料采用级配砾石，其粒径应控制在20mm 以内；（5）在使用外加剂之前，应提前做好相容性、水泥净浆凝结等相关确定参数的试验，从而确定外加剂的剂量以及添加方案。

2.1.2 机械的选择

锚杆钻机、空气压缩机、洛阳铲、注浆泵、混凝土喷射机。

2.2 施工工艺流程

2.2.1 开挖、修坡

开挖过程应遵循下列要求：分层、分段、分块、平衡、对称、限时；应始终遵守先支后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。每个单独开挖过程的开挖深度应控制在土钉下方0.5m 之内，且每次开挖厚度的厚度还应控制在2.5m 以内；如果开挖层为砂层，开挖厚度应小于1.5m。同时，控制分段开挖的长度不超过15m。开挖过程中，一旦遇到杂填土、软土层等不利情况，必须在分层开挖的前提下，均衡施工且厚度应小于1m。开挖和修坡应始终按照自上而下的顺序分层分段进行施工，根据施工图要求严格控制开挖深度及长度。机械设备在开展土方作业的过程，应注意保持土体的稳定，避免出现松动的现象；此外，为了避免裸露土体出现塌陷等不利情况，应尽量缩短土体裸露在外的时间，控制在24h 之内。

此外，在本层土钉和喷射混凝土面层的强度达到设计值的70%之后，方可开展下一层土方的开挖作业。开挖和修坡的过程中，严禁在基坑周边堆放超过设计荷载的土壤，基坑边线3m之内不可存土、停放机械；应制定相关的防护措施，避免误触碰支护结构或对坑底原状土产生扰动。

2.2.2 喷射第一道面层

在完成开挖作业之后，应立即对边壁进行修正，待边壁的坡度和平整度满足要求之后，立即喷射一层薄混凝土或砂浆作为第一道面层。如果基坑边壁的地质情况较为良好，则可跳过设置该道面层。

2.2.3 成孔

打孔的机械设备应在符合基坑土层的特性前提下，还应满足设计的相关要求，在操作钻杆进出孔洞的过程中，应小心谨慎避免出现塌孔。对于土体较为松散填土、砂土、粉土或软土，土钉应采用打入式钢管。制孔的全过程，应配置专人进行记录，按照顺序对土钉进行逐一编号，并记录钻孔取出土体的特征、孔洞质量等；取出的土体应及时进行试验对其相关参数进行确定，并与设计方案的取值进行对比，若发现两者之间存在较大的偏差，应及时调整土钉的设计参数。

成孔作业的全过程，应始终满足下列四个指标：位置偏差在±100mm 以内；成孔直径的偏差控制在±5mm 以内；孔深略大于设计孔深（约100mm）；倾角偏差在±1°以内。

2.2.4 安装土钉

首先应进行清孔检查，待孔内残留的杂质残渣清理完成之后，方可安装土钉。在进行土钉的置入作业时，管理人员应进行旁站监督，杜绝施工人员不按图施工，而造成支护工程质量无法满足要求。

2.2.5 注浆

按施工图的要求，常规选择强度等级为PO42.5 级的水泥进行注浆，压力控制在0.4～0.5MPa 之间，水灰比控制在0.5～0.6之间；注浆的重点在于水泥浆的配比。

水泥浆的配合比以及注浆密实度对于能否顺利完成注浆施工有着决定性的影响。水灰比偏小则浆体较稠，易造成堵管，不利于开展注浆作业；水灰比偏大则浆体较稀，注浆过程中浆体易外流，从而引起孔内出现空鼓，显著降低支护工程的施工质量。

应通过底部进行注浆，导管底部插入至离孔250～500mm的位置再开始注浆，注浆的过程中缓慢匀速地抽出导管，以避免拔管的速度过大造成浆体脱节。对于土钉支护而言，应进行二次补浆，以确保其密实度能够满足要求，从而保证整段土钉能够被严实的浆体包裹。

2.2.6 铺设、固定钢筋网

可以通过焊接、绑扎等方式编制钢筋网，其网格的位置偏差应控制在±10mm 以内，还应满足设计的相关要求。通常情况下，采用直径为6.5mm 的HPB300 级钢筋，网格大小为200mm×200mm，同时要求搭接长度不短于0.5m；加强筋则采用直径为14mm 的HRB335E 级钢筋。

2.2.7 泄水孔制作与安装

完成钢筋网的编制、固定之后，应立即安装泄水孔。常规泄水管的管径应不小于50mm，嵌入面层的部分至少为300mm，待完成安装之后，应立即使用水泥封孔及固定。泄水孔横向及竖向的间距不应超过2.5m，且钢筋网与岩土结合处应补充设置额外一排泄水孔，再根据地质条件适当调整泄水孔的布置。

2.2.8 喷射面层混凝土

喷射面层混凝土的强度、厚度及各项指标应满足施工图要求：强度一般需达到C20，而厚度一般控制在80～100mm范围内。为了更好地使其厚度能够均匀分布其满足设计值，可在一定范围内设置标志。喷射过程也应采用分段的形式进行，单独分段内的喷射作业应遵循自下而上的顺序，单次喷射的厚度一般不小于40mm，不大于70mm，还应注意错开接缝的位置。

喷射作业时，喷头应始终垂直于受喷面，距离控制在0.6～1.0m 范围内。待完成下层钢筋网的安装后，底部钢筋网的搭接范围再与下层的边壁同时喷射混凝土。可以采用边长为100mm 的立方体混凝土试块进行强度试验以测定喷射混凝土的强度，喷射混凝土面层的最下端应深入到基坑底部往下200mm左右的位置。

2.2.9 养护

应时刻关注混凝土的终凝时间，终凝2h 后应立即进行喷水养护。养护时间的长短视气温的高低而定，一般每天控制在3～7h 为宜。根据基坑环境条件的不同，可以采用覆盖浇水、喷水及喷涂养护剂等方式进行养护。

3 工程质量控制要点分析

3.1 开挖工作面，修整边坡

土方开挖之前以及开挖的过程中，应按施工图的要求进行放样测设，以优化人工修坡的施工方案，减少工程量；更重要的是，能够最大程度减少施工偏差对支护土层的扰动。机械完成开挖作业后，还应通过人工修整坡面的方式进行辅助处理，以保证坡面的平整度能够满足设计要求。对于干燥或是松散的无粘性土，需先采取灌浆措施进行措施，尤其基坑边坡易受到外部振动的影响时。

3.2 土钉

为了确保土钉能够畅通无阻地置入土中且保证土钉全长被水泥浆体包裹，应在土钉全长范围内沿着土钉的方向每间隔1.5～2m 设置一定强度的支架进行对中定位。

根据施工图要求进行土钉制作时，土钉弯钩宜采取“L”形状进行设置，焊缝的焊角尺寸应满足：单面不小于10d、双面焊不小于5d；而且在进行钢筋置入作业的过程中，应对置入深度进行实时监测，一旦发现置入的长度未能满足要求，则应立即进行二次取土重新成孔，方可再将土钉重新置入。土钉杆件与加强钢筋的焊接过程中，在控制焊缝长度超过200mm。

3.3 注浆

土钉能否与周围土体结合为一个整体，注浆工序是一个关键工序。在开展注浆作业的过程中，如果因为突发事件，导致注浆停止超过30min 的情况下，应用水或稀水泥浆对注浆泵及其管路进行润滑，防止发生堵塞。

3.4 钢筋网和喷浆

在编制钢筋网时，应注意钢筋网的安装位置应与坡面保持一定的间距，距离一般控制在30mm 左右为宜，以保证钢筋网能够被混凝土全部包裹并具有一度的保护层厚度。混凝土一般分两次进行喷射，第一次厚度控制在40～70mm 的范围内，第二次喷射厚度再达到设计值。

3.5 降水井

降水井施工完成之后，在下放滤管之前，应注意管面的清洁，去除泥土之后应及时缠绕过滤纱网，避免泥土淤积在管面，造成滤管与降水井之间空隙的堵塞，水体无法及时渗透排出。

待降水井底部泥浆置换完成之后，方可向滤管周围填充砾石，刚开始填充时宜慢速进行，井管出水之后方可稍微加快填充速度。砾石填充至离地面1.0～1.5m 时，应改用粘土进行填充，填充到地面高度之后应立即进行压实，并封闭孔口，以避免发生地面水渗漏。

洗井是为了清除降水井边壁的泥皮，应该得到充分的重视；洗井还能够将含水层内的泥浆抽来，从而有效复原含水层的孔隙；不仅如此，洗井同时还能够去除部分细小颗粒，扩大含水层的孔隙，并形成过滤层。完成洗井作业之后，应再对井深进行复测，确保其满足相关要求。

3.6 排水系统

应严格把控排水系统中管件之间的连接质量，避免发生漏水等不利情况；并在适当设置额外连接口，确保有足够数量的连接口，意外发生的时候，能够及时补井。还应出水口的位置建设沉淀池，其容量应达到1.5m3以上，以防止地下水中的泥沙沉积堵塞市政管网。

4 结论

在基坑开挖中成功应用土钉墙支护结构体系，不仅大幅降低了工程造价成本，而且由于土钉墙施工周期短而缩短了工程项目的施工周期，工程施工速度大幅提升，为今后基坑的开挖和选用支护结构体系提供了宝贵的工程实践经验。