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摘要：本文作者結合多年工作经验，分别讲述了土钉支护技术的特点、适用范围、构造等问题，并提出了自己的见解。可供同行参考。
关键词：土钉墙；基坑支护；施工技术；
前言：
目前,土钉支护技术在深基坑中已得到了广泛地应用,无论从经济效益、施工场地(狭小)、施工周期短等方面均比其它挡土墙更为有利,得到了岩土界人士认同,希望土钉墙支护技术在我国会大量普及应用并得到长足的发展。
一、 土钉支护结构的特点及适用范围
土钉支护法以尽可能提高和最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度、变土体荷载为支护结构体系的一部分为其基本原理,土钉主动支护土体,并与土体共同作用,具有施工简便、快速及时、机动灵活、适应性强、随挖随支,以及安全经济等特点,因而在基坑中得到了广泛地应用,取得了显著地社会和经济效益。 但是在基坑支护过程中,也发生不少地面开裂,坑壁塌方,坑地土隆失稳,邻近地下管破裂破坏等事故,因此, 《建筑施工安全检查标准》(J GJ 59 —99) 将基坑施工列为一项安全检查内容,并要求对于较深的基坑必须进行专项设计和支护。 目前,深基坑支护已经有多种较为成熟的技术,而土钉支护是一项比较新颖的技术。
在工作机理上,土钉墙是高强度土钉、网喷混凝土面层及原状土三者共同受力,增强了土体破坏延性,很好地改变了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,缩短了工期；在投资方面,因土钉利用了土体的自承载能力,使基坑周围土体转化为支护结构的一部分,经济效益可观。
土钉墙支护一般适合于地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通性粘土、粘性的砂土和粉土等较为均匀土体边坡。 当场地同时存在土层和不同风化程度岩体时,应用土钉墙支护特别有利。 土钉墙支护应用范围非常广泛,主要有： ①土体开挖时的临时支护。 用于高层建筑等深基坑开挖,地下结构施工开挖,土坡开挖等； ②永久挡土结构。 这类工程一般与施工开挖时的临时支护相结合,如隧道洞门端部挡墙和洞口两侧挡墙,桥台挡墙等； ③现有挡土结构和支护的修理、改建下抢险加固等； ④边坡稳定。 用于加固可能失稳的堤坡。
二、 土钉墙的构造
土钉墙结构由土钉和面层两部分组成,土钉主要包括钻孔注浆土钉和打入式土钉两种形式。
(1) 钻孔注浆土钉最常用的土钉,一般采用<6mm～<32mm 的钢筋,置于<70mm～<120mm 钻孔中,采用强度等级不低于M10 的水泥浆或水泥砂浆注入孔中形成。 水泥浆水灰比一般为0.5左右,水泥砂浆配合比一般1∶1～1∶2。
(2) 打入式土钉一般采用钢管材料打入土中形成,通常钉长较短,施工简单快速,但不易用于密实胶结土中。 当打入钢管为周围带孔的闭口钢管时,可在打入后管内注浆,增强土钉与土的粘结力,提高土钉的抗拔力。 注浆方式有低压注浆和高压喷射注浆。土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍,间距为1m～2m,与水平夹角为5°～20°。适用的土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.1。面层为土钉墙的重要组成部分。
土钉结构的面层虽不是结构的主要受力构件,但它是传力体系的一个重要部分,也起保证各土钉之间土体的局部稳定性,防止场地土体被侵蚀风化的作用。 面层应在每一阶段开挖后立即设置,以限制原位土体的减少并阻止原土的力学性质,特别是抗剪强度的降低。 永久性的土钉工程中已大量应用预制和现浇混凝土板、钢面板作为面层,以满足美观和耐久性的要求。 目前常采用的面层为< 6mm～<10 mm ,间距150mm～300mm 的钢筋网,强度等级不低于C20 的喷射混凝土组成,面层厚度为80mm～150mm。
三、 复合土钉墙技术及其施工的一般原则和要求
在土钉墙施工过程中,总结出一种经过改良的复合土钉墙技术,这种复合土钉墙在被加固的土体内,除了设置短而密的土钉外,还在基坑的临空面设置有适当宽度并插入坑底一定深度的水泥搅拌桩。由于设置了水泥搅拌桩,防止了坑底的隆起和管涌,并建立了一道止水帷幕,形成封闭的防水系统；其次,形成了自立高度,提高了基坑过坡开挖阶段的稳定性。复合土钉墙是基坑支护设计的一种新技术,对于在类似软弱土层中进行支护设计起到重要的作用。
土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。 当土钉墙支护用于城市建筑密集地区的深基坑时,控制与限制支护的变形就变得更为重要。 深基坑开挖土钉墙支护的施工特点是： ①施工过程中必须自始至终与现场的测试监控相结合,通过变形等测量数据和施工过程,不断发掘现场地质情况,及时指导下一步的施工。②要充分考虑地表径流和地下水的影响。 如施工时渗水严重就不能喷射面层混凝土,容易引起塌坡和塌孔。当地下水的流量较大,施工时应采取专门措施降低地下水位。
四、 土钉墙施工主要技术
1、土钉墙施工工艺：施工准备→第一层开挖→成孔→安放土钉→注浆→作泄水孔钢筋网焊锚头→喷射混凝土→清理：
(1) 施工前制定施工方案,并做好测量放线机械调试、材料进场检验、土钉加工
和监控量测布点等准备工作。
(2) 基坑降排水：基坑采用井点降水,距坑边2 m 设一截排水沟。 在施工过程中要使地下水位保持在开挖面以下,创造无水开挖的条件,对土钉墙的受力稳定至关重要。
(3) 基坑开挖必须分层分段开挖,逐层施工土钉,分层高度在115 m 以内,分段长度在20 m 以内,开挖后及时封闭土体,施工土钉。
(4) 基坑变形监测及应急措施：基坑开挖前在基坑边及邻近建筑物布置监测点,监测点间距一般不大于20 m ,在距基坑周边不小于2 H( H 为基坑深度) 布置监测基准点,数量不少于2 个,基坑开挖前进行监测点及基准点测量,测量至少两次,以取得初始值。 基坑开挖及支护施工期间每天监测一次,当监测结果变化速率较大时,每天监测两次,当有事故征兆时,应连续监测。 支护施工结束后,地下结构施工期间每周监测一次,直至基坑回填土结束。
应急措施： ①地面出现裂缝,顺裂缝注入水泥与水玻璃混合液,防止地表水灌入增加抗壁压力,地面水泥砂浆抹平,在裂缝外侧布置钢筋钉,增加抗拉力,稳固变形土体；②水平位移达到报警值,采用水平或斜支撑,在地下结构施工过程中,可采用脚手架加水平支撑,限制水平位移发展；③坡脚滑移,采用砂石草包堆叠坡脚,阻止坡脚继续滑移；④基坑底隆起,用砂石草包等增加坑底土覆荷载,平稳土压力,限制隆起。
2、 土钉的试验
根据《基坑土钉支护技术规程》(CECS 96197)规定,土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验,应在专门设置的非工作钉上进行抗拔试验,直至破坏,以确定极限荷载,并据此估计土钉界面极限粘结强度,每一典型土层中,至少应有3 个专门用于测试的工作钉。 经实际检测,该工程土钉实际抗拔力值均大于土钉抗拔力设计值,而且土钉位移很小,土钉外观无明显变化,所以,该工程土钉的施工是满足设计要求的。
3、 土钉墙施工安全管理措施
(1)制定安全生产责任制,明确项目经理为项目安全生产第一责任人,对有关的管理、执行和检查人员都明确具体职责,做到分工明确,各负其责。
(2)制定基坑专项施工方案,分析确定危险部位和过程,并制定相应的应急措施,使这些危险部位和过程能得到有效控制。
(3)堅持“安全第一、预防为主”的方针,加强对职工的安全教育,并体现全面、全员、全过程的原则,确保只有经过安全教育的人员才能上岗。
五、应用实例
1 、工程概况
该工程位于软土地区，拟建建筑物共为3 幢18 层住宅,框架剪力墙结构,基坑深度约4. 0 m ,一层地下室，基坑长×宽= 188 m ×75 m。
2 、工程地质、水文地质条件
本工程场地原始地形较平坦,长江漫滩相沉积物呈二元结构,上、中部主要由淤泥质粉质黏土为主,下部以砂性土为主,场地地下水类型属孔隙潜水;深部砂性土层( ②24 , ④) 中地下水具微承压性。地基土以微透水～弱透水层为主。各土层的土性描述与特征如下：
①层杂填土：杂色,松散,以粉质黏土回填为主,混有淤泥质土、建筑垃圾及生活垃圾,局部淤泥质土含量较高,层厚为1. 1 m～6. 2 m。②21层粉质黏土、黏土：灰褐～褐色,软～可塑,局部流塑,干强度、韧性中等,埋深1 m～5. 6 m,层厚为0. 3 m～2. 2 m。②22层淤泥质粉质黏土：灰褐～褐灰色,流塑,含少量腐殖物,稍有光泽,干强度较低～中等,韧性偏低;埋深2. 1 m～7. 6 m ,层厚为25. 3 m～36. 2 m。②23层粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂：灰色,主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土与粉土、粉砂交互层,水平层理。粉质黏土、淤泥质粉质黏土为流塑;粉土、粉砂为稠密,局部稍厚;埋深26. 5 m～39. 1 m ,层厚为2. 7 m～16. 3 m。②24层粉细砂：灰色,中密～密实,颗粒均匀,含少量粉土、砾砂;埋深38 m～44. 2 m ,层厚为6. 1 m～17. 6 m。④层中粗砂混卵砾石：灰色,密实,卵砾石含量不均匀,一般在5 %～15 % ,粒径一般为0. 5 cm～5 cm ,个别大于10 cm ,呈次圆状,石英质; 埋深为48. 2 m～55. 3 m ,层厚为1. 2 m～6. 4 m。
3 、环境条件
该基坑周边环境复杂,综合场地的工程地质、水文地质条件及基坑开挖深度,本着安全可靠、经济合理的原则,采用直立式复合钢管土钉墙支护。
4 、支护结构设计
1) 首先对基坑周边设置的双排@1 000 双轴深层搅拌桩进行帷幕止水,桩长约10. 0 m ,采用P. O32. 5 普通硅酸盐水泥,掺入量15 %。上部边坡以1∶1 放坡下挖0. 6 m。2) 桩体内插入 的钢管,长度7 m ,间距0. 5 m。所有桩顶及坡面挂@200 双向钢筋网,喷100 厚C20 的细石混凝土。3) 设置钢管土钉5道,土钉与双向钢筋网固定,矩形排列,倾角12°。钻孔直径60 mm ,设计参数见表1 。4) 基坑外侧设置一排花管,参数见表2 。
表2 花管参数
5) 面层设泄水孔,每5 m 设置一处或根据坡面渗水情况确定,采用PVC 管,斜率5 % ,内端滤网包裹。6) 支护结构详见图1 ,设计计算采用北京理正深基坑支护设计软件。
表1 钢管土钉参数表
5、 方案的实施顺序及施工要点
5. 1 施工顺序
施工准备→双排深层搅拌桩帷幕止水→开挖0. 6 m →钢管打入施工→分层开挖和支护→基坑变形监测。
5. 2 施工工艺
混凝土边坡采用直立式支护(见图1) ,每一层开挖深度为土钉标高下30 cm～50 cm。随挖随护,上下段钢筋网片搭接长度应大于30 cm。
5. 2. 1 土钉墙施工顺序
1) 按设计要求开挖工作面,修整边坡,埋设喷射混凝土厚度控制标志;2) 击入直径48 的钢管土钉、注浆,安设连接件;3) 绑扎钢筋网,喷射混凝土;4) 设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
5. 2. 2 深搅桩内钢管施工
在双轴深层搅拌桩内设置48 mm 钢管,端头进入淤泥质土4. 0 m ,水平间距0. 5 m ,钢管内灌注水泥浆。
5. 2. 3 分层开挖和支护
土钉墙分层施工,依次循环至基坑底,即基坑开挖一定深度后,进行土钉墙施工,然后进行下一层的施工。
5. 2. 4 基坑变形监测
基坑开挖前,在基坑四周边坡分别设置了30 个水平位移和沉降观测点,每两天观测一次,基坑开挖至底部时加密监测。经观测最大沉降18. 2 mm(报警值25 mm) ,最大水平位移为46. 6 mm(报警值40 mm) ,基坑周围建筑物,地下管道等均完好无恙。
6、施工经验与体会
1) 在整个施工过程中,支护结构虽然变形很大,但基坑并未出现大的危险,且最终趋于稳定,这说明在对于变形要求不很严格的软土地基中,深基坑支护采用土钉墙是科学合理的,其不仅克服了工程自身及工程地质条件的影响,且经济、高效。2) 在基坑开挖过程中,周边沉降是整体性的,和位移有着相同的变化趋势,且突增也主要是受土方开挖影响。3) 影响基坑支护体水平位移的主要因素是土方开挖,尤其是进行深层土方开挖时,通常最危险时刻也出现在这一过程中,应做好充分的应变措施。同时降水对位移的影响也不容忽视,极有可能诱发事故。动载对土体位移影响强烈而明显;堆载的作用使水平位移持续缓慢增长,但在短期监测中很难体现。4) 最大水平位移并非都出现在土钉墙顶部,一方面因为基坑周边土层的不均匀性非常明显,另一方面与早期安置的土钉在后续施工过程中发挥的作用有关。5) 本基坑的实际变形量远远大于报警值,因此,应充分地考虑“时空效应”,减少基坑暴露时间,更有效地控制支护和坑周土体的位移。另外,针对于软土地区的土钉支护,确定一个合理的变形控制标准与报警值范围是个亟待解决的问题。
六、结语
随着城市建设的不断发展,高层建筑的兴起和地下空间的开发利用,基坑开挖工程日益增多。 近30 年来发展起来的土钉支护技术具有施工机具灵活,工艺简单,能够适应比较狭小的工作场地,且投资少等特点,受到界内人士的广泛重视,土钉支护技术也逐渐被推广及使用。 我国从80 年代初期开始进行土钉的试验研究和工程实践,但迄今为止应用还不是很普遍，以上是作者对土钉支护在建筑工程中运用的分析。
参考文献：
[1] 李均宏. 土钉墙在膨胀土深基坑支护中的应用[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (8) ：64265.
[2] 董方亮. 土钉墙计算方法简述[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (22) ：1012102.
[3] 王军海. 土钉墙支护设计与施工的几点体会[J ] . 山西建筑,2007 ,33 (21) ：1052106.
[4] 刘建航,侯学渊. 基坑工程手册[M] . 北京：中国建筑工业出版社,1997.
[5] 胡春林. 高层建筑深基坑开挖施工期的监测和险情预报[J ] . 岩土力学,1996 (2) ：64269.
[6] 肖国峰,陈从新. 喷锚支护基坑监测及变形特性分析[J ] . 岩土力学,2003 (S2) ：2752278.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：土钉墙；基坑支护；施工技术；
前言：
目前,土钉支护技术在深基坑中已得到了广泛地应用,无论从经济效益、施工场地(狭小)、施工周期短等方面均比其它挡土墙更为有利,得到了岩土界人士认同,希望土钉墙支护技术在我国会大量普及应用并得到长足的发展。
一、 土钉支护结构的特点及适用范围
土钉支护法以尽可能提高和最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度、变土体荷载为支护结构体系的一部分为其基本原理,土钉主动支护土体,并与土体共同作用,具有施工简便、快速及时、机动灵活、适应性强、随挖随支,以及安全经济等特点,因而在基坑中得到了广泛地应用,取得了显著地社会和经济效益。 但是在基坑支护过程中,也发生不少地面开裂,坑壁塌方,坑地土隆失稳,邻近地下管破裂破坏等事故,因此, 《建筑施工安全检查标准》(J GJ 59 —99) 将基坑施工列为一项安全检查内容,并要求对于较深的基坑必须进行专项设计和支护。 目前,深基坑支护已经有多种较为成熟的技术,而土钉支护是一项比较新颖的技术。
在工作机理上,土钉墙是高强度土钉、网喷混凝土面层及原状土三者共同受力,增强了土体破坏延性,很好地改变了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,缩短了工期；在投资方面,因土钉利用了土体的自承载能力,使基坑周围土体转化为支护结构的一部分,经济效益可观。
土钉墙支护一般适合于地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通性粘土、粘性的砂土和粉土等较为均匀土体边坡。 当场地同时存在土层和不同风化程度岩体时,应用土钉墙支护特别有利。 土钉墙支护应用范围非常广泛,主要有： ①土体开挖时的临时支护。 用于高层建筑等深基坑开挖,地下结构施工开挖,土坡开挖等； ②永久挡土结构。 这类工程一般与施工开挖时的临时支护相结合,如隧道洞门端部挡墙和洞口两侧挡墙,桥台挡墙等； ③现有挡土结构和支护的修理、改建下抢险加固等； ④边坡稳定。 用于加固可能失稳的堤坡。
二、 土钉墙的构造
土钉墙结构由土钉和面层两部分组成,土钉主要包括钻孔注浆土钉和打入式土钉两种形式。
(1) 钻孔注浆土钉最常用的土钉,一般采用<6mm～<32mm 的钢筋,置于<70mm～<120mm 钻孔中,采用强度等级不低于M10 的水泥浆或水泥砂浆注入孔中形成。 水泥浆水灰比一般为0.5左右,水泥砂浆配合比一般1∶1～1∶2。
(2) 打入式土钉一般采用钢管材料打入土中形成,通常钉长较短,施工简单快速,但不易用于密实胶结土中。 当打入钢管为周围带孔的闭口钢管时,可在打入后管内注浆,增强土钉与土的粘结力,提高土钉的抗拔力。 注浆方式有低压注浆和高压喷射注浆。土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍,间距为1m～2m,与水平夹角为5°～20°。适用的土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.1。面层为土钉墙的重要组成部分。
土钉结构的面层虽不是结构的主要受力构件,但它是传力体系的一个重要部分,也起保证各土钉之间土体的局部稳定性,防止场地土体被侵蚀风化的作用。 面层应在每一阶段开挖后立即设置,以限制原位土体的减少并阻止原土的力学性质,特别是抗剪强度的降低。 永久性的土钉工程中已大量应用预制和现浇混凝土板、钢面板作为面层,以满足美观和耐久性的要求。 目前常采用的面层为< 6mm～<10 mm ,间距150mm～300mm 的钢筋网,强度等级不低于C20 的喷射混凝土组成,面层厚度为80mm～150mm。
三、 复合土钉墙技术及其施工的一般原则和要求
在土钉墙施工过程中,总结出一种经过改良的复合土钉墙技术,这种复合土钉墙在被加固的土体内,除了设置短而密的土钉外,还在基坑的临空面设置有适当宽度并插入坑底一定深度的水泥搅拌桩。由于设置了水泥搅拌桩,防止了坑底的隆起和管涌,并建立了一道止水帷幕,形成封闭的防水系统；其次,形成了自立高度,提高了基坑过坡开挖阶段的稳定性。复合土钉墙是基坑支护设计的一种新技术,对于在类似软弱土层中进行支护设计起到重要的作用。
土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。 当土钉墙支护用于城市建筑密集地区的深基坑时,控制与限制支护的变形就变得更为重要。 深基坑开挖土钉墙支护的施工特点是： ①施工过程中必须自始至终与现场的测试监控相结合,通过变形等测量数据和施工过程,不断发掘现场地质情况,及时指导下一步的施工。②要充分考虑地表径流和地下水的影响。 如施工时渗水严重就不能喷射面层混凝土,容易引起塌坡和塌孔。当地下水的流量较大,施工时应采取专门措施降低地下水位。
四、 土钉墙施工主要技术
1、土钉墙施工工艺：施工准备→第一层开挖→成孔→安放土钉→注浆→作泄水孔钢筋网焊锚头→喷射混凝土→清理：
(1) 施工前制定施工方案,并做好测量放线机械调试、材料进场检验、土钉加工
和监控量测布点等准备工作。
(2) 基坑降排水：基坑采用井点降水,距坑边2 m 设一截排水沟。 在施工过程中要使地下水位保持在开挖面以下,创造无水开挖的条件,对土钉墙的受力稳定至关重要。
(3) 基坑开挖必须分层分段开挖,逐层施工土钉,分层高度在115 m 以内,分段长度在20 m 以内,开挖后及时封闭土体,施工土钉。
(4) 基坑变形监测及应急措施：基坑开挖前在基坑边及邻近建筑物布置监测点,监测点间距一般不大于20 m ,在距基坑周边不小于2 H( H 为基坑深度) 布置监测基准点,数量不少于2 个,基坑开挖前进行监测点及基准点测量,测量至少两次,以取得初始值。 基坑开挖及支护施工期间每天监测一次,当监测结果变化速率较大时,每天监测两次,当有事故征兆时,应连续监测。 支护施工结束后,地下结构施工期间每周监测一次,直至基坑回填土结束。
应急措施： ①地面出现裂缝,顺裂缝注入水泥与水玻璃混合液,防止地表水灌入增加抗壁压力,地面水泥砂浆抹平,在裂缝外侧布置钢筋钉,增加抗拉力,稳固变形土体；②水平位移达到报警值,采用水平或斜支撑,在地下结构施工过程中,可采用脚手架加水平支撑,限制水平位移发展；③坡脚滑移,采用砂石草包堆叠坡脚,阻止坡脚继续滑移；④基坑底隆起,用砂石草包等增加坑底土覆荷载,平稳土压力,限制隆起。
2、 土钉的试验
根据《基坑土钉支护技术规程》(CECS 96197)规定,土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验,应在专门设置的非工作钉上进行抗拔试验,直至破坏,以确定极限荷载,并据此估计土钉界面极限粘结强度,每一典型土层中,至少应有3 个专门用于测试的工作钉。 经实际检测,该工程土钉实际抗拔力值均大于土钉抗拔力设计值,而且土钉位移很小,土钉外观无明显变化,所以,该工程土钉的施工是满足设计要求的。
3、 土钉墙施工安全管理措施
(1)制定安全生产责任制,明确项目经理为项目安全生产第一责任人,对有关的管理、执行和检查人员都明确具体职责,做到分工明确,各负其责。
(2)制定基坑专项施工方案,分析确定危险部位和过程,并制定相应的应急措施,使这些危险部位和过程能得到有效控制。
(3)堅持“安全第一、预防为主”的方针,加强对职工的安全教育,并体现全面、全员、全过程的原则,确保只有经过安全教育的人员才能上岗。
五、应用实例
1 、工程概况
该工程位于软土地区，拟建建筑物共为3 幢18 层住宅,框架剪力墙结构,基坑深度约4. 0 m ,一层地下室，基坑长×宽= 188 m ×75 m。
2 、工程地质、水文地质条件
本工程场地原始地形较平坦,长江漫滩相沉积物呈二元结构,上、中部主要由淤泥质粉质黏土为主,下部以砂性土为主,场地地下水类型属孔隙潜水;深部砂性土层( ②24 , ④) 中地下水具微承压性。地基土以微透水～弱透水层为主。各土层的土性描述与特征如下：
①层杂填土：杂色,松散,以粉质黏土回填为主,混有淤泥质土、建筑垃圾及生活垃圾,局部淤泥质土含量较高,层厚为1. 1 m～6. 2 m。②21层粉质黏土、黏土：灰褐～褐色,软～可塑,局部流塑,干强度、韧性中等,埋深1 m～5. 6 m,层厚为0. 3 m～2. 2 m。②22层淤泥质粉质黏土：灰褐～褐灰色,流塑,含少量腐殖物,稍有光泽,干强度较低～中等,韧性偏低;埋深2. 1 m～7. 6 m ,层厚为25. 3 m～36. 2 m。②23层粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、粉砂：灰色,主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土与粉土、粉砂交互层,水平层理。粉质黏土、淤泥质粉质黏土为流塑;粉土、粉砂为稠密,局部稍厚;埋深26. 5 m～39. 1 m ,层厚为2. 7 m～16. 3 m。②24层粉细砂：灰色,中密～密实,颗粒均匀,含少量粉土、砾砂;埋深38 m～44. 2 m ,层厚为6. 1 m～17. 6 m。④层中粗砂混卵砾石：灰色,密实,卵砾石含量不均匀,一般在5 %～15 % ,粒径一般为0. 5 cm～5 cm ,个别大于10 cm ,呈次圆状,石英质; 埋深为48. 2 m～55. 3 m ,层厚为1. 2 m～6. 4 m。
3 、环境条件
该基坑周边环境复杂,综合场地的工程地质、水文地质条件及基坑开挖深度,本着安全可靠、经济合理的原则,采用直立式复合钢管土钉墙支护。
4 、支护结构设计
1) 首先对基坑周边设置的双排@1 000 双轴深层搅拌桩进行帷幕止水,桩长约10. 0 m ,采用P. O32. 5 普通硅酸盐水泥,掺入量15 %。上部边坡以1∶1 放坡下挖0. 6 m。2) 桩体内插入 的钢管,长度7 m ,间距0. 5 m。所有桩顶及坡面挂@200 双向钢筋网,喷100 厚C20 的细石混凝土。3) 设置钢管土钉5道,土钉与双向钢筋网固定,矩形排列,倾角12°。钻孔直径60 mm ,设计参数见表1 。4) 基坑外侧设置一排花管,参数见表2 。
表2 花管参数
5) 面层设泄水孔,每5 m 设置一处或根据坡面渗水情况确定,采用PVC 管,斜率5 % ,内端滤网包裹。6) 支护结构详见图1 ,设计计算采用北京理正深基坑支护设计软件。
表1 钢管土钉参数表
5、 方案的实施顺序及施工要点
5. 1 施工顺序
施工准备→双排深层搅拌桩帷幕止水→开挖0. 6 m →钢管打入施工→分层开挖和支护→基坑变形监测。
5. 2 施工工艺
混凝土边坡采用直立式支护(见图1) ,每一层开挖深度为土钉标高下30 cm～50 cm。随挖随护,上下段钢筋网片搭接长度应大于30 cm。
5. 2. 1 土钉墙施工顺序
1) 按设计要求开挖工作面,修整边坡,埋设喷射混凝土厚度控制标志;2) 击入直径48 的钢管土钉、注浆,安设连接件;3) 绑扎钢筋网,喷射混凝土;4) 设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
5. 2. 2 深搅桩内钢管施工
在双轴深层搅拌桩内设置48 mm 钢管,端头进入淤泥质土4. 0 m ,水平间距0. 5 m ,钢管内灌注水泥浆。
5. 2. 3 分层开挖和支护
土钉墙分层施工,依次循环至基坑底,即基坑开挖一定深度后,进行土钉墙施工,然后进行下一层的施工。
5. 2. 4 基坑变形监测
基坑开挖前,在基坑四周边坡分别设置了30 个水平位移和沉降观测点,每两天观测一次,基坑开挖至底部时加密监测。经观测最大沉降18. 2 mm(报警值25 mm) ,最大水平位移为46. 6 mm(报警值40 mm) ,基坑周围建筑物,地下管道等均完好无恙。
6、施工经验与体会
1) 在整个施工过程中,支护结构虽然变形很大,但基坑并未出现大的危险,且最终趋于稳定,这说明在对于变形要求不很严格的软土地基中,深基坑支护采用土钉墙是科学合理的,其不仅克服了工程自身及工程地质条件的影响,且经济、高效。2) 在基坑开挖过程中,周边沉降是整体性的,和位移有着相同的变化趋势,且突增也主要是受土方开挖影响。3) 影响基坑支护体水平位移的主要因素是土方开挖,尤其是进行深层土方开挖时,通常最危险时刻也出现在这一过程中,应做好充分的应变措施。同时降水对位移的影响也不容忽视,极有可能诱发事故。动载对土体位移影响强烈而明显;堆载的作用使水平位移持续缓慢增长,但在短期监测中很难体现。4) 最大水平位移并非都出现在土钉墙顶部,一方面因为基坑周边土层的不均匀性非常明显,另一方面与早期安置的土钉在后续施工过程中发挥的作用有关。5) 本基坑的实际变形量远远大于报警值,因此,应充分地考虑“时空效应”,减少基坑暴露时间,更有效地控制支护和坑周土体的位移。另外,针对于软土地区的土钉支护,确定一个合理的变形控制标准与报警值范围是个亟待解决的问题。
六、结语
随着城市建设的不断发展,高层建筑的兴起和地下空间的开发利用,基坑开挖工程日益增多。 近30 年来发展起来的土钉支护技术具有施工机具灵活,工艺简单,能够适应比较狭小的工作场地,且投资少等特点,受到界内人士的广泛重视,土钉支护技术也逐渐被推广及使用。 我国从80 年代初期开始进行土钉的试验研究和工程实践,但迄今为止应用还不是很普遍，以上是作者对土钉支护在建筑工程中运用的分析。
参考文献：
[1] 李均宏. 土钉墙在膨胀土深基坑支护中的应用[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (8) ：64265.
[2] 董方亮. 土钉墙计算方法简述[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (22) ：1012102.
[3] 王军海. 土钉墙支护设计与施工的几点体会[J ] . 山西建筑,2007 ,33 (21) ：1052106.
[4] 刘建航,侯学渊. 基坑工程手册[M] . 北京：中国建筑工业出版社,1997.
[5] 胡春林. 高层建筑深基坑开挖施工期的监测和险情预报[J ] . 岩土力学,1996 (2) ：64269.
[6] 肖国峰,陈从新. 喷锚支护基坑监测及变形特性分析[J ] . 岩土力学,2003 (S2) ：2752278.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。