土钉支护施工

土钉支护施工

杨岩

中节能建设工程设计院有限公司

摘要：作为一种土体开挖和支护边坡稳定的成熟技术，土钉墙在深基坑支护施工中不仅用于临时支护结构，而且在永久性建筑工程中亦得到广泛的应用。本文以具体工程为例，阐述了深基坑土钉墙支护工程施工工艺、位移监测和质量控制的内容和要求，对于其他类似工程具有一定的参考价值。

关键词：土钉墙施工质量控制

1、土钉墙支护产生背景及含义

近年来，随着城市高层建筑的大量兴建，深基坑支护技术发展迅速，而土钉支护就是近年来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。它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层和必要的防水系统组成，形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。因其具有施工方便、设备简单、开挖与支护作业可以同时进行、施工周期短、成本低、污染小、稳定可靠等许多技术和经济上的优点，而迅速在全国特别是低地下水位地区得到推广。

2、土钉支护作用机理与工作性能

2.1土钉支护作用机理

土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性。当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及在其它因素作用下，将发生突发性整体破坏。传统的支挡结构均基于被动制约机制，即以自身的强度和刚度，承受其后的侧向土压力，防止土体整体稳定性破坏。而土钉支护则在土体内设置一定长度和密度的土钉，与土体协同工作，弥补土体自身抗拉、抗剪强度不足。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体。试验表明：直立的土钉墙在坡顶的承载能力约比素土墙提高1倍以上。更为重要的是，土钉支护结构被公认具有良好的延性破坏特征，在受荷过程中，不会发生素土边坡那样突发性的塌滑，为边坡的修复提供了时间，并可减小边坡滑塌所造成的损失。

2.2土钉支护工作性能

对现有国内外实际土钉墙工程的测试资料及大型模拟工程的试验结果证明，土钉支护的工作性能主要有：

(1)采用密集土钉加固的土钉墙性能类似重力式挡墙。破坏时明显地带有平移和转动的性质，故设计时除验算土钉墙的内部稳定性，以保证它们有足够的钉长、钉径及合理的间距外，还必须验算其整体稳定性，即验算土钉墙的抗滑与抗倾覆安全性。(2)土钉内的拉力分布是不均匀的，一般呈现中间大、两端小的规律，即最大拉力出现在临近破裂面处。土钉墙位置越往下，土钉最大受力点越往面板处移。(3)土钉墙的变形较小。最大水平位移发生于墙体顶部，越往下水平位移越小。最大水平位移与开挖高度之比一般不大于3‰。土钉墙体内的水平位移随离开墙面距离增大而减小。(4)由于在面板附近土钉受力不大,钉头与喷射混凝土板之间的连接满足结构上的构造要求即可。(5)墙面后土压力分布并不接近三角形，在坡角处土压力减少，其合力为库仑土压力的70%，这种土压力减少可能是土钉将土连接成一个整体而造成的。

3、土钉支护的参数

3.1土钉长度抗拔试验表明，对高度小于12m的土坡采用相同的施工工艺，在同类土质条件下，当土钉长度达到1倍土坡垂直高度时，再增加长度,对承载力提高不明显。对钻孔注浆型土钉，用于粒状土陡坡加固时，其长度比(土钉长度与坡面垂直高度之比)一般为0.5～0.8；用于冰碛物或泥灰岩边坡时，长度比一般为0.5～0.6。

3.2土钉孔径及间距布置土钉孔径dn可根据成孔机械选定。国内采用的土钉钻孔直径一般为100～200mm。土钉间距包括水平间距Sx和垂直间距Sy，对钻孔注浆型土钉，可按6～12倍土钉钻孔直径dn选定土钉行距和列距，且应满足：

2、工程实例

我公司承建的金瓯广场B区商住楼，住宅为29层，商铺为4层，带二层地下室，长约75m，宽约42m，总高度102.9m，框剪结构，箱型基础，基础埋置深度-11m，基坑设计开挖深度7.1～10.9m。经过分析地质勘察报告、施工图设计、现场周围环境,针对本工程具体特点，决定基坑开挖采用适度放坡后再进行土钉墙支护,能够满足施工安全、质量要求，其中，土钉直径100mm，采用直径为18mm的Ⅱ级钢筋，按梅花状形状进行布置，第一层土钉距地表1m,以下每层间隔1.5m,土钉水平间距1.5m，土钉与水平面之间的夹角为15°。土钉固结用水泥素浆，采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.45。

3、土钉墙支护工程施工工艺

按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）和现场施工实际，土钉墙支护工程按如下施工工艺，分段、分层循环进行施工：

施工准备→工作面开挖→初喷混凝土→钻孔→安放土钉→注浆→编钢筋笼→终喷混凝土→做好排水系统

3.1施工准备

准备必要的机具设计及完成土钉制作等相关施工准备工作（必要的施工机具设备见下表1）。同时，进一步核实土钉墙布置区域地下管线分布情况，对可能受影响区域的土钉布置情况酌情进行调整。

3.2开挖工作面

土钉墙施工应分层分段开挖施工，开挖高度按照1.5m分层、10m分段进行开挖，严禁超控。每层开挖宽度取决于土体堆积稳定时间和工作流程。对开挖后的边坡段，用人工及时修整，清除待喷面上的松散杂物，以便于后面初喷、钻孔的施工，应尽量缩短边坡暴露的时间。

3.3初喷混凝土

鉴于开挖后土体边坡稳定性较差，边坡修整后立即喷射40mm厚的混凝土层，使暴露的土体及时封闭，以免风化、坍塌。混凝土强度等级为C20,配合比水泥：砂：石=1:2:2.5，采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.45，石子粒径为5-15mm。喷射混凝土终凝后喷水养护3天左右。

3.4钻孔

按设计要求进行施工，孔深由长到短依次布置（8-7-6-5-4M），孔径100mm，层高1.5m。第一层距地表1.0m，倾角15°。成孔时采用干式钻进，避免冲洗液冲刷孔壁，降低土钉的抗拔能力。

3.5安设土钉

成孔后，及时将土钉钢筋连同注浆管送入孔内，在放置土钉钢筋前尽可能对孔内残存及扰动的废土进行清除。土钉钢筋上间隔2.0m设置一组导正支架。

3.6注浆

灌注纯水泥浆至孔口溢出，必要时进行补浆一次。为防止水泥净浆固结收缩时降低土钉的锚固力，施工中掺入了水泥用量为3%的氧化钙类膨胀剂。

3.7编钢筋网

钢筋网钢筋直径为6.5mm，间距为250mm。上下钢筋网搭接长度应大于300mm。锚头、加强筋采用直径14mmI级钢筋。

铺设钢筋网片

钢筋网片可用直径6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸150-300mm。在喷射混凝土之前，面层内的钢筋网片应牢固固定在边壁上并符合规定要求的保护层厚度。钢筋网片可用插人土中的钢筋固定，在混凝土喷射下应不出现振动。

绑扎钢筋网片钢筋使用前应调直并清除污垢；钢筋网片不应紧贴土壁，距离土壁一般不小于20mm；钢筋网片与土钉钢管应连接牢固；钢筋网片采用Φ6.5mm@250×250绑扎而成，铺设时每边搭接长度不小于250mm,上下层之间的搭接长度一般不小于250mm。

3.8终喷混凝土

按设计要求喷到所需厚度；喷射混凝土终凝20h后进行喷水养护，养护时间不少于3天。

3.9做好土钉墙支护的排水系统

地下水、地表水的渗流会降低土体强度和土钉与土体之间的界面粘结力，并对喷射的混凝土面层产生压力，因此土钉墙支护宜在降低地下水的条件下进行施工，并采取措施排除地表水和坑内积水。降低地下水位可采取轻型井点降水措施；地表水采取上方截水和下方设置排水装置措施。

4结束语

土钉支护作为临时性支护的实例很多，但作为永久性支护则很少。在实例中，根据现场实际情况和地质情况，并结合本工程的具体特点，采用了永久性土钉支护技术，取得了令人满意的效果。当然土钉支护的应用也有其局限性，在实际应用时应特别注意以下几个问题：

(1)土钉支护的设计与施工应包括施工监测、反馈设计、施工监理。其中施工监测对支护位移的现场量测应是土钉支护技术不可分割的组成部分。

(2)土钉支护的计算方法很多。实际工程中为保证支护的可靠性可采用一种方法进行计算和设计，用另一种方法进行校核。

(3)土钉支护对水的影响非常敏感，尤其是地下水或地表水的影响。由于水的影响而造成支护失败的例子屡见不鲜。

(4)土钉支护要根据不同的工程实际情况，确定支护方案。如土钉与锚杆的联合使用，土钉与超前微型桩的联合使用，打入注浆式土钉，超前注浆加固与土钉的联合使用等等。

(5)土钉支护做为永久性支护，其重要程度大大提高。要对土钉进行防腐设计和对面层进行美观设计，要采取有效措施避免其它浸蚀物质对土体的侵蚀。

参考文献：

[1]JGJ120—99,建筑基坑支护技术规程[S]

[2]赵志缙,赵帆.高层建筑施工[M].北京:建筑工业出版社,2003:39

[3]王士川，李慧民，胡长明.施工技术[M].冶金工业出版社.2000.1.

[4]魏振.对高层建筑工程深基坑支护结构施工技术的探讨[J].管理观察.2010.1