土钉支护结构设计与施工技术探索

　　1、引言

　　在工程实践中，土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中， 并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。土钉墙支护必须自始至终做到施工及现场监测相结合，根据施工中出现的情况和监测数据，及时反馈修改设计，并指导下一步施工。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护，具有施工快捷简便、经济可靠的特点，因为得到了广泛的应用和推广。

　　2、工程概况

　　某市工程总建筑面积11.3万㎡，主楼为钢筋混凝土剪力墙结构，筏板基础，地下车库为框架结构，基坑开挖深度约为11m。在勘察深度内，地下水位埋深为12.0～14.0米，类型为潜水。主要来源于地下水及大气降水，变化幅度为±1.0米。建议抗浮水位为11.0米。根据区域资料表明，地下水及场地土对混凝土结构及混凝土中的钢筋均无腐蚀性。因其造价便宜、工期短，在10m左右的深基坑中大量应用，该项目中就实施了土钉墙支护。

　　3、基坑支护设计方案

　　根据现场实际情况，综合考虑安全、经济、场地条件、周边环境及施工工期等因素，采用土钉支护方案。根据《建筑基坑支护技术规程》，结合基坑开挖情况，主要采取用土钉墙支护和挂网喷护的支护方式。根据开挖深度共划分为八个剖面：

　　1-1剖面--深度11.61m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　2-2剖面--深度9.01m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　3-3剖面--深度4.66m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　4-4剖面--深度7.96m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　5-5剖面--深度11.41m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　6-6剖面--深度6.75m，1:0.3放坡， 土钉墙支护;

　　7-7剖面--深度3.45m，1:0.3放坡， 土钉墙支护;

　　8-8剖面--深度2.60m，1:0.25放坡， 土钉墙支护;

　　出于地下结构施工操作空间的需要，基坑侧壁与地下结构外墙之间的肥槽为0.8m。土钉墙设计参数为：主筋采用Ф18HRB335钢筋，水平间距为1.5m，孔径110mm，排距1.5m土钉倾角为5～10°。注浆均采用P.O 32.5水泥，水灰比0.5。面层钢筋网片采用Φ6.5@250mm×250mm,喷射C20混凝土80～100mm厚。

　　4、基坑的排水设计

　　(1)基坑侧壁渗水的处理。在基坑四周边坡的含水层底部插入引流管，将隔水层所托的残留滞水引入集水井之中抽走;在砂土潜水含水层底部残留滞水层范围内采用引水管后再进行喷锚处理;遇到这种情况，应在砂层底板位置设置水平引水管道，即在砂层底板位置的边坡上留一0.1～0.3m台阶，于台阶之上挖0.1×0.1m小沟，沟底铺塑料布，沟内埋设直径38mm的塑料滤水管，然后填满砾石滤料，最后喷射土钉墙面板，使之成为暗引水管，相距8～10m留一个出水口，降水引入集水井。为了保证下部边坡的稳定和便于在边坡之上设置排水管道，尽量减小上部边坡的坡度，将放坡量用于下部。

　　(2)基坑排水防水措施。在基坑四周布置排水沟。排水沟尺寸0.5米*0.5米。集水井宜布置在基坑四角。在基坑开挖后，施工方应尽快布置排水设施，采取必要的排水及防水措施。

　　5、土钉支护施工

　　工艺流程如下：基坑降水施工→土方开挖至土钉标高下50cm→土钉成孔→杆体支放→注浆→坡面修正→铺设钢筋网→喷射混凝土→重复工序至基坑底→基底排水沟，基底施工。成孔后及时插放钢筋，并注浆。土钉杆体采用水灰比为0.5，P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆，在一次注浆完成2.0h内进行二次补浆，并将孔口封堵。喷射砼施工采用分段进行，同一分段内喷射顺序按照自下而上施工。面层喷射100mm厚C20细石混凝土。

　　6、施工监测

　　基坑支护工程监测内容为：土钉墙顶部水平位移观测;基坑周边沉降观测;周边建筑物变形监测。

　　(1)监测点设置。于基坑四周各确定一条方向线，每条方向线两端埋设两个永久性控制点(亦称端点)，端点和测点的埋设均采用方向线法。观测点在距离基坑边缘1.0m左右的位置设置;端点应埋设在距离基坑不小于5.0m且不易被触动的地方，并定期检查端点有无变动。定点时应充分考虑通视条件。

　　(2)观测要求。每次观测前应对初始数据基点进行检测，检查基点的稳定性和可靠性，要求观测路线形成附合或闭合路线。在整个观测过程中，每次观测均应符合下列要求：1)采用相同的图形观测路线和观测方法。2)使用同一仪器设备。3)固定观测人员。

　　(3)周边地面变形观测。基坑四周的地面开裂、邻近建筑及地下设施的裂缝等，可以通过目测巡视及时发现，及时消除可能出现的事故。目测巡视工作应列入监测日程计划，安排专人负责，并认真进行巡视记录。巡视发现有裂缝变形，应立即做出标记及时观测。

　　基坑施工监测和动态设计对土钉墙支护结构非常重要。当基坑水平位移在雨季发生较大变化后，根据实际情况及时对设计做出必要的修改。

　　7、雨季中出现的危机情况和处理措施

　　(1)危机情况。该工程基坑边坡锚钉和面层喷射混凝土已施工完，在坑壁局部出现了出水点和悬挂水。基坑西侧边坡坑壁出水点水量逐步加大并迅速形成涌水和涌砂现象。从观测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在雨季中变形稳定。

　　(2)危机处理。对于坑壁局部渗水，在基槽四壁增加泄水孔，孔深0.6m，高度距槽底0.8m，间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑料排水管，把局部渗水通过暗埋在土钉坡面内的塑料排水管引入基坑周边排水沟及集水坑中，利用水泵及时抽排，加快边坡粉土层排水固结。

　　(3)原因分析.1)经过现场复查，基坑西侧沿基坑分布两条废旧污水管道，从南往北走向，雨水排入污水管道，污水管道不畅通，雨水渗入土体，致使西侧基坑失稳，土体下滑。2)基坑西、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。地表水渗入土体造成坡体土层的力学性能指标严重下降和坡体水压力增加。

　　(4)现场量测数据分析表明：基坑最大水平位移发生在基坑顶部;雨季随着雨水渗入土体基坑水平位移增长发生较大变化;施工中应通过现场监控，及时对原设计做出必要的修改和采取必要的措施，确保基坑的安全。

　　8、结语

　　实践证明：土钉墙支护结构对水的作用特别敏感。土的含水量的增加不但增大土的自重，更为主要的是会降低土的抗剪强度和土钉与土体之间的界面粘结强度。通过设计、施工的控制以及在正常使用和雨季中的监控、处理，确保了基坑的安全，取得了较好的效果。

　　参考文献

　　1、余志成，等。深基坑支护设计与施工[M]，中国建筑工业出版社，1997.

　　2、沈先鹏。复合土钉墙在大型基坑支护中的应用[J]，浙江建筑，2006，23 (10): 30-32.

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文章名称： 土钉支护结构设计与施工技术探索

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