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摘要：采用暗柱+土钉复合支护技术可以发挥暗柱控制变形的能力，又可以发挥土钉变形受力的能力。文章通过工程实践，对暗柱+土钉复合支护技术的适用条件、技术特点和工作机理进行了分析。
关键词：暗柱；土钉；复合支护；基坑；
土钉支护是近年发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。一般适用于地下水位以上或进行过人工降水后的可塑、硬塑或坚硬的黏性土、胶结或弱胶结(包括毛细水粘结)的粉土、砂土和角砾、填土。但用土钉墙技术进行软土地层(填土层或含水量较高的黏性土)的基坑支护时，存在下述问题：土钉与周围土体的粘结力偏低，若要满足设计要求，土钉长度、密度必然要增大，而在繁华的市区这又是不允许的；基坑开挖后难以自立或由于渗水严重，易发生坍塌;土层与喷混凝土面层粘结强度低，难以施工。特别是基坑边坡顶的位移过大，很难控制。为了解决基坑边坡顶位移较大、土钉墙面板支撑力弱和加强支护结构的整体性，必须对常规土钉支护进行技术改造。
采用土钉+锚索(或长锚杆)的复合支护技术时，由于施工场地狭小受限，无法实施锚索；采用土钉+搅拌桩(或旋喷桩或树根桩)的复合支护技术，又由于桩体为柔性桩或桩径过小，无法控制桩后土体的位移或控制位移量有限，不能达到将边坡位移控制在一定的范围内。采用暗柱+土钉联合支护技术可以解决上述问题，既可以发挥暗柱控制变形的能力，又可以发挥土钉变形受力的能力。
1适用条件和工作机理
1．1 适用条件
暗柱+土钉支护技术适用于较软地层的基坑支护，以及需要严格控制基坑边坡顶位移(边坡顶上有建筑物或构筑物)的基坑支护，亦适用于具有软弱地层或膨胀土地区边坡开挖的防护。
1．2 技术特点
暗柱+土钉支护技术的特点在于:
(1)沿边坡体的纵向设置有暗柱，沿边坡体的横向打入有土钉；
(2)暗柱為钻孔压浆桩，即向钢筋笼内投入碎石再压入水泥浆构成，其下部进入坑体的底部2.0m～4.0m,桩间距为1.2～2.0m,桩排距为1.0～1.5m,桩径为350～450mm，暗柱的间距、排距以及桩径可以根据场地面积的大小灵活布置,暗柱除了起到加固土体的作用,提高了复合土体的抗剪强度,同时承担了边坡土体的部分土压力；
(3)暗柱顶部设置有冠梁，将暗柱连接为一个整体，共同受力，协调变形，同时，土钉墙上部第一排土钉与暗柱顶部及冠梁相连接，使土钉墙上部直接与暗柱相连共同受力，控制了暗柱顶部或边坡体顶部的位移，使其位移控制在合理的范围之内；
(4)暗柱+土钉支护技术属于一种复合支护技术，由于是暗柱和土钉共同受力，土钉墙中土钉的横向间距、竖向间距以及长度的设置可以更加灵活，土钉的长度更加趋于合理不致过长；
(5)土钉为φ48的注浆花管,在其锚固段(占土钉全长的1/3)设置有注浆孔,进行压力注浆(见图1、图2)。
2 工程实例分析
本工程拟建场地位于南昌市区，为一幢高层商住楼。其主楼为32层,裙楼层数为2层,均设1～2层地下室,采用框架剪力墙结构，主楼及裙楼均采用筏板基础方案，基础埋深为自然地面下约10m。
根据本工程岩土勘察报告,各土层基本参数如表1。
基坑护壁采用暗柱(钻孔压浆桩)加土钉墙支护结构,该结构由钻孔压浆桩、土钉和喷射混凝土板组成。
钻孔压浆桩设置:桩长为11.0m，桩间距为1.5m，其中基坑北侧设置3排钻孔压浆桩，桩横向间距为2.0m，设计桩径350mm；桩身结构：桩身均匀配置φ16螺纹钢筋8根作为主筋，每2m配置一道φ10加强筋，主筋外设置φ6螺旋箍筋，螺旋间距为2.0cm，桩顶设置350mm×300mm联系梁连接，以确保钻孔压浆桩在基坑支护中的整体作用；施工措施:施工时采用CK15-A钻机成孔，成孔后，放入钢筋笼，下入注浆管，填入砂卵石，桩体采用压浆成型，注浆材料采用32.5R普硅水泥制备的纯水泥浆，浆液水灰比0.5:1,注浆压力为1～2MPa。
土钉墙支护设计分为土钉设计和面层设计。其中土钉设计如下[2]、[3]:杆体材料采用φ48钢管,将φ48钢管按设计需要长度进行加工,端部做成尖端形成“一”字形,从端部开始向上2/3的部位焊倒刺,同时在每一个倒刺部位均钻φ6～φ8的灌浆花眼,杆体之间的连接采用3φ16长100mm的螺纹钢筋现场焊接。倒刺采取螺旋方式布置。杆体的选择要求表面平直,无影响杆体质量的裂痕,杆体的内部要求畅通。土钉施工方法采用QC-150型气动冲击锚杆机将直径为φ48mm的焊管,冲击打入地层中,注浆后形成土钉。土钉注浆所用的浆液为纯水泥浆,浆体水灰比为0.5:1,注浆压力为1～2MPa[4]；土钉长度及土钉间距可据现场实际地质情况进行适量调整。面层设计:面层采用喷射混凝土与钢筋网组成的钢筋混凝土板结构型式。锚杆间铺设钢筋网,并在钢筋网上压置2根纵向主筋,长为60cm主筋,横向筋通长双主与锚杆焊接,其后喷射配合比为C20的细石混凝土作为挡土板,厚度80mm。水泥为32.5R复合硅酸盐水泥。面层钢筋网构造:网筋采用φ8@250×250钢筋绑扎而成。土钉端部与加强筋采用焊接连接。
通过对基坑变形监测结果进行仔细分析,并组织相关技术人员对现场进行了实地观察,未发现基坑周围有开裂等变形特征。该基坑安全等级为二级,基坑变形监测结果表明,基坑周围所有观测点最大水平位移为3.9cm,变形量在相关规范允许范围内,基坑无安全隐患。
3 结束语
(1)土钉支护属于主动加固机制,能大大提高原状土强度,增加复合土体的刚度,约束了边坡的变形和破坏形态,显著提高了边坡的整体稳定性。
(2)通过本工程的实践可知,在软土或膨胀土地区采用暗柱与土钉相结合的支护方式,大大提高了基坑支护结构的整体性,减小了坡顶水平位移,增强了土钉墙面板的支撑力,确保了基坑的安全。
(3)暗柱的作用是减少施工分层开挖中的土体侧向变形,支撑喷射混凝土面层及土体的重量,改善土钉支护体系的整体稳定性。
参与文献
[1]陈肇元,崔京浩土钉支护在基坑工程中的应用(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].
[3]CECS96:97基坑土钉支护技术规程[S].
[4]GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：暗柱；土钉；复合支护；基坑；
土钉支护是近年发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。一般适用于地下水位以上或进行过人工降水后的可塑、硬塑或坚硬的黏性土、胶结或弱胶结(包括毛细水粘结)的粉土、砂土和角砾、填土。但用土钉墙技术进行软土地层(填土层或含水量较高的黏性土)的基坑支护时，存在下述问题：土钉与周围土体的粘结力偏低，若要满足设计要求，土钉长度、密度必然要增大，而在繁华的市区这又是不允许的；基坑开挖后难以自立或由于渗水严重，易发生坍塌;土层与喷混凝土面层粘结强度低，难以施工。特别是基坑边坡顶的位移过大，很难控制。为了解决基坑边坡顶位移较大、土钉墙面板支撑力弱和加强支护结构的整体性，必须对常规土钉支护进行技术改造。
采用土钉+锚索(或长锚杆)的复合支护技术时，由于施工场地狭小受限，无法实施锚索；采用土钉+搅拌桩(或旋喷桩或树根桩)的复合支护技术，又由于桩体为柔性桩或桩径过小，无法控制桩后土体的位移或控制位移量有限，不能达到将边坡位移控制在一定的范围内。采用暗柱+土钉联合支护技术可以解决上述问题，既可以发挥暗柱控制变形的能力，又可以发挥土钉变形受力的能力。
1适用条件和工作机理
1．1 适用条件
暗柱+土钉支护技术适用于较软地层的基坑支护，以及需要严格控制基坑边坡顶位移(边坡顶上有建筑物或构筑物)的基坑支护，亦适用于具有软弱地层或膨胀土地区边坡开挖的防护。
1．2 技术特点
暗柱+土钉支护技术的特点在于:
(1)沿边坡体的纵向设置有暗柱，沿边坡体的横向打入有土钉；
(2)暗柱為钻孔压浆桩，即向钢筋笼内投入碎石再压入水泥浆构成，其下部进入坑体的底部2.0m～4.0m,桩间距为1.2～2.0m,桩排距为1.0～1.5m,桩径为350～450mm，暗柱的间距、排距以及桩径可以根据场地面积的大小灵活布置,暗柱除了起到加固土体的作用,提高了复合土体的抗剪强度,同时承担了边坡土体的部分土压力；
(3)暗柱顶部设置有冠梁，将暗柱连接为一个整体，共同受力，协调变形，同时，土钉墙上部第一排土钉与暗柱顶部及冠梁相连接，使土钉墙上部直接与暗柱相连共同受力，控制了暗柱顶部或边坡体顶部的位移，使其位移控制在合理的范围之内；
(4)暗柱+土钉支护技术属于一种复合支护技术，由于是暗柱和土钉共同受力，土钉墙中土钉的横向间距、竖向间距以及长度的设置可以更加灵活，土钉的长度更加趋于合理不致过长；
(5)土钉为φ48的注浆花管,在其锚固段(占土钉全长的1/3)设置有注浆孔,进行压力注浆(见图1、图2)。
2 工程实例分析
本工程拟建场地位于南昌市区，为一幢高层商住楼。其主楼为32层,裙楼层数为2层,均设1～2层地下室,采用框架剪力墙结构，主楼及裙楼均采用筏板基础方案，基础埋深为自然地面下约10m。
根据本工程岩土勘察报告,各土层基本参数如表1。
基坑护壁采用暗柱(钻孔压浆桩)加土钉墙支护结构,该结构由钻孔压浆桩、土钉和喷射混凝土板组成。
钻孔压浆桩设置:桩长为11.0m，桩间距为1.5m，其中基坑北侧设置3排钻孔压浆桩，桩横向间距为2.0m，设计桩径350mm；桩身结构：桩身均匀配置φ16螺纹钢筋8根作为主筋，每2m配置一道φ10加强筋，主筋外设置φ6螺旋箍筋，螺旋间距为2.0cm，桩顶设置350mm×300mm联系梁连接，以确保钻孔压浆桩在基坑支护中的整体作用；施工措施:施工时采用CK15-A钻机成孔，成孔后，放入钢筋笼，下入注浆管，填入砂卵石，桩体采用压浆成型，注浆材料采用32.5R普硅水泥制备的纯水泥浆，浆液水灰比0.5:1,注浆压力为1～2MPa。
土钉墙支护设计分为土钉设计和面层设计。其中土钉设计如下[2]、[3]:杆体材料采用φ48钢管,将φ48钢管按设计需要长度进行加工,端部做成尖端形成“一”字形,从端部开始向上2/3的部位焊倒刺,同时在每一个倒刺部位均钻φ6～φ8的灌浆花眼,杆体之间的连接采用3φ16长100mm的螺纹钢筋现场焊接。倒刺采取螺旋方式布置。杆体的选择要求表面平直,无影响杆体质量的裂痕,杆体的内部要求畅通。土钉施工方法采用QC-150型气动冲击锚杆机将直径为φ48mm的焊管,冲击打入地层中,注浆后形成土钉。土钉注浆所用的浆液为纯水泥浆,浆体水灰比为0.5:1,注浆压力为1～2MPa[4]；土钉长度及土钉间距可据现场实际地质情况进行适量调整。面层设计:面层采用喷射混凝土与钢筋网组成的钢筋混凝土板结构型式。锚杆间铺设钢筋网,并在钢筋网上压置2根纵向主筋,长为60cm主筋,横向筋通长双主与锚杆焊接,其后喷射配合比为C20的细石混凝土作为挡土板,厚度80mm。水泥为32.5R复合硅酸盐水泥。面层钢筋网构造:网筋采用φ8@250×250钢筋绑扎而成。土钉端部与加强筋采用焊接连接。
通过对基坑变形监测结果进行仔细分析,并组织相关技术人员对现场进行了实地观察,未发现基坑周围有开裂等变形特征。该基坑安全等级为二级,基坑变形监测结果表明,基坑周围所有观测点最大水平位移为3.9cm,变形量在相关规范允许范围内,基坑无安全隐患。
3 结束语
(1)土钉支护属于主动加固机制,能大大提高原状土强度,增加复合土体的刚度,约束了边坡的变形和破坏形态,显著提高了边坡的整体稳定性。
(2)通过本工程的实践可知,在软土或膨胀土地区采用暗柱与土钉相结合的支护方式,大大提高了基坑支护结构的整体性,减小了坡顶水平位移,增强了土钉墙面板的支撑力,确保了基坑的安全。
(3)暗柱的作用是减少施工分层开挖中的土体侧向变形,支撑喷射混凝土面层及土体的重量,改善土钉支护体系的整体稳定性。
参与文献
[1]陈肇元,崔京浩土钉支护在基坑工程中的应用(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].
[3]CECS96:97基坑土钉支护技术规程[S].
[4]GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。