土钉墙的施工质量控制措施及监测手段

土钉墙的施工质量控制措施及监测手段

郭庆

关键词：土钉墙；深基坑；支护技术

随着我国经济的不断发展，城市的基础设施建设规模也在不断扩大，建筑模式也逐渐由平面型开始向地下空间发展。高层建筑的不断增加对基础地基的开挖深度提出了要求，伴随着周边越来越复杂的环境，给深基坑支护技术提出了更高的要求。土钉墙支护技术是用加固现场原位土体的细长土钉作为受力构件，并在护坡面上喷射钢筋网混凝土层，通过土钉、土体和喷射混凝土层的共同作用，形成复合支护体系。该技术具有占地面积小、工艺简单、结构轻型、节约投资、施工快捷、安全可靠等优点，在粉质、砂质黏土等地质条件较好的地区得到了较广泛的应用。土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。这一技术对于施工材料的要求比较高，土钉的构成部分主要是各种型号的钢筋材料组成。采用这种技术，可以有效的提升边坡土质的强度，提高整体稳定性，还能够有效的抵制雨水的冲刷，减少边坡工程中常见的弊病。因此，在实际的工程建设中，应该对这一技术进行深入探讨和分析。

一、复合土钉墙的形式

复合土钉墙在实际的应用中包含的种类较多，主要是利用土钉自身的作用和多种施工技术，来实现对墙体边坡的支护。这种支护形式在某种程度上提升了建筑结构的安全性，同时还能够提升边坡结构的稳定性，最重要的是，复合土钉墙支护技术可以改变基坑的变形问题，防止渗漏。土钉墙的形式可以从以下几个方面来进行介绍和分析：

(1)土钉与止水桩配合使用。对于复合土钉墙结构来说，其支护方式多样，而且优点比较突出，在实际的应用中，通常都是以土钉和止水土桩相配合的方式，这种方式有效地对传统土钉的支护方式的弊端进行改进，还可以在施工环境比较恶劣的情况下进行，尤其是水位比较低，施工影响因素不明确的施工环境下进行。土钉墙和搅拌桩相结合，可以充分发挥不同技术的自身特点，同时还能够起到一定的综合作用。在支撑、防渗方面都达到施工的目标，大大降低施工的成本。止水桩工程在进行的过程中要以水泥土桩的形式为基础和辅助，在施工前对其进行操作，更多地采用深层挖掘支护。另外，在应用复合土钉墙支护技术的过程中，首先需要进行钻孔，然后将钢管放置到边坡中，进而提升边坡土质的整体强度，久而久之就会增强边坡的承载力，达到土钉墙边坡支护的目的。

(2)土钉与预应力锚杆配合使用。除了和止水桩相配合，与锚杆进行配合使用的形式也比较常见。这种形式也被看成是复合土钉墙的一种，可以对土钉变形的问题进行改进和防治。主要是由于在建筑工程施工中，如果对土钉的结构不进行加固，就会导致土钉位移状况的出现。如果存在着这一问题就需要采用预应力锚杆技术，对岩体进行加固。预应力锚杆可以在将负荷传递给加固岩层，从某种程度上看，这种预应力可以转化成压应力，在缩小塑性的前提下，还能够有效的保证土体免受破坏。另外，还能够有效防止对土钉的变形。可见，将土钉和预应力锚杆相配合是提升岩土体稳定性的重要途径。

(3)土钉与超前锚杆配合使用。从建筑工程应用的过程中可以看出，超前锚杆的应用实践较短，属于新兴的施工材料，这种材料和土钉相互配合能够有效的提升建筑施工的整体性，进而提升施工的进度。通常情况下，超前锚杆的主要材料是注浆钢管，钢管的直径较小，因此，进入到土层中不需要更大的力度，所以，可以有效的提升施工的效率，降低工程的造价。从众多支护工程中可以看出，这种支护技术的效果比较明显。利用垂直打入技术，可以使钢管内水泥浆的配置更加理想，其会形成分布规律的支护桩，可以大大提高边坡土层的的整体性。

二、土钉墙支护的技术特点及应用范围

1、土钉墙支护技术的特点

土钉墙支护是用于土体开挖和稳定边坡的一种挡土结构，它是由被加固土体、土钉及附着于坡面的混凝土层组成，利用土体的自承能力和土钉与土体之间的摩擦力约束土体的侧向变形，形成一种稳性结构。具有以下特点：①施工机具设施简单，操作灵活，占用施工场地小。土钉墙支护施工时所采用的钻进机械及混凝土喷射设备都是小型设备，机动性较强，占用施工场地少，施工所产生的振动和噪音低。②施工速度快，对相邻建筑物影响较小。土钉墙支护施工采用逐段开挖的方式进行，开挖成型后设置土钉与面层结构，对坡体扰动少，且可与基坑开挖同步施工，不独立占用施工工期。③施工安全性高。土钉墙支护施工的土钉制作与成孔简单易行、灵活机动，便于根据施工现场监测到的变形数据和特殊情况，有力地保障了施工的安全性。

2、土钉墙支护技术的应用范围

土钉墙支护技术一般适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降排水措施后地下水位低于开挖层的杂填土、粘性土、粉土、黄土及弱胶性的砂土等较均匀土体边坡。对标准贯入击数低于10击的矿土边坡，采用土钉一般不经济；对不均匀系数小于2的砂土，以及含水丰富的粉细砂层、砂卵石层和淤泥质土不宜采用；对塑性指数大于20的粘性土，必须评价其蠕变特性后，才可将土钉作为永久性挡土结构；对于腐蚀性土（如煤渣、矿渣、炉渣酸性矿物废料等）不适宜作为永久性支挡结构。

三、土钉墙支护的施工流程与技术要求

某工程地下室基坑设计开挖深度分别为4.65m、7.350m、8.750m等，局部深坑为7.200m、9.900m,综合考虑场地条件、工程地质、开挖深度和周边环境，确定基坑东南北三侧的大部分区域采用放坡开挖，而开挖深度距离道路（或周边承台）较近的范围或局部都含有一定厚度的塘泥的位置采用土钉墙支护，基坑内的深浅坑交界处，除高差较大处采用土钉墙支护外，其余均采用1:0.6坡度放坡开挖。对土方开挖的要求：土方开挖应严格分层、分段开挖，土钉墙围护部分每次开挖深度不应超过土钉设计深度50cm，严禁超挖。土钉注浆后须养护48小时后方可开挖下一层。每段开挖长度20m,应利用土钉施工快的优势，随开挖随支护，当工作面开挖出来后应在12小时内完成支护，严禁开挖面时间暴露。

图1土钉墙构造图

土钉墙的施工流程一般为：按设计要求放线→土方开挖及修坡→底层初喷→土钉安装（钻孔、置筋、注浆）→绑扎钢筋网→复喷第二层混凝土→养护→监测→开挖下层。在土钉墙支护施工中应遵循正确的施工流程与技术要求，才能使工程取得良好效果。对各流程的相关工艺简要介绍如下：

（1）放线。根据工程设计图纸的要求于施工前在基坑四周划定地面排水沟的尺寸、确定每段每道土钉墙施工的基坑，并用木桩和白灰等做出开挖线标记，然后开挖边线。

（2）土方开挖及修坡。土方开挖作业要采用分层开挖、分层支护，边开挖边支护的方式进行。一般可采用反铲挖土机，预留20～30cm人工修坡，开挖深度在土钉孔位置以下50cm左右，开挖宽度应保证在10m以上，每层开挖深度要不大于2m，最大限度地减少对支护层的扰动，前一层土钉完成注浆1d以上可进行下一层边坡的开挖。要密切配合土方开挖和支护施工，使开挖进程和土钉墙施工作业形成循环。开挖后要及时进行人工修坡，尽量缩短边坡土体的裸露时间，并在边坡修整完后应立即喷射基层混凝土。

（3）初喷。为使土钉墙施工中挖好的坡面不发生垮塌，土方开挖后应立即预喷混凝土。混凝土一般采用等级为C20的细石混凝土，预喷的厚度为30～50mm，混凝土材料的配合比为水泥：石子=1：1，水灰比为0.5～0.6。喷射混凝土施工作业按照分段分片的方式依次进行，同一段内喷射顺序采用自下而上。另外，喷射混凝土终凝后要及时喷水养护3d左右。

（4）土钉安装。安装土钉前必须进行隐蔽检查验收，对局部孔中出现的渗水塌孔或掉落松土，应立即清除，一般采用冲击钻、洛阳铲等成孔，钻孔直径宜为70～120mm；土钉采用常压灌浆，浆液一般采用0.4～0.45的水灰比，灰砂比采用1：1～1：2的水泥砂浆，在安放土钉时，应避免杆体扭压、弯曲；

注浆管要与土钉一起放入孔内，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致；注浆管应插至距孔底25～50cm，为保证注浆饱满，在孔口部位设置浆塞及排气管；土钉钢筋宜采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm；钢筋安装位置距孔眼中心，其插入深度不得小于设计要求的90%，安装后不得敲击、碰撞。为保证注浆质量，注浆前须用清水洗孔，直到孔口流出清水为止；注浆时应先高速低压从孔底注浆，当水泥浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆。

土钉注浆材料应符合下列规定：

①注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆。水泥浆的水灰比为0.5；水泥砂浆配合比宜为1:1-1:2（重量比），水灰比宜为0.38-0.45。

②水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。

③为防止水泥浆或水泥砂浆在硬化过程中产干缩裂缝，提高其防腐蚀性能，保证浆体与周围土壁的紧密粘合，可掺入一定量的膨胀剂，具体掺入量可由试验确定，以满足补偿收缩为准，

④另外，为提高水泥浆的早期强度，加速硬化，可掺入速凝剂或早强剂。

⑤铺设钢筋网应符合下列规定：

钢筋网应在喷射第一层混凝土后铺设，钢筋与第一层喷射混凝土的间隙不宜小于20mm；铺设φ6＠200的钢筋网格。施工采用20厚的垫块。土钉与钢筋网采用φ14钢筋通长连接，确保土钉与混凝土面层的可靠连接。

（5）绑扎钢筋网。将钢筋网片按照施工工程设计要求绑扎连接，其长度及相临搭接接头错开长度应符合规范要求。钢筋网编好后，再在其上面焊接加强筋，从而使土钉、钢筋网、加强筋连成一体。钢筋网片用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙保持3～4cm，搭接时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度应大于30cm，并不少于两点点焊。

（6）复喷。复喷应在加强筋与土钉头焊接完成后进行。为防止在钢筋背部出现空隙，应先喷填钢筋的后方，然后再喷钢筋前方；为保证土体与墙面的有效连接，可采用加强钢筋与土钉和分布钢筋连接，也可采用承压垫板方法连接。喷射混凝土采用复合硅酸盐水泥，砂子采用含水率在5%～7%、最大粒径不大于10mm的坚硬、耐久的中砂。喷射手应控制好水灰比，保持混凝土表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。

（7）降排水措施。施工时应提前沿坡顶挖设排水沟排除地表水，并在第一段开挖喷射混凝土期间可用混凝土做排水沟覆盖面。浅部排水：施工时采用直径30mm，向上斜5度或10度，长度通常为300-500mm带孔塑料的排水管，竖向间距为1.5米，水平间距为5.0米，梅花状布置排列。坡面排水：在喷射混凝土坡面前，贴着坡面按一定的水平间距布置竖向排水措施，一般为5m。这些排水管在每段开挖的底部有一个接口，贯穿整个开挖面，在最底部由泄水孔排入集水系统，排水道可用土工合成材料包扎，防止喷射混凝土时掺入混凝土。坡面排水也可代替前述浅部排水。

图2土钉墙注浆结构图

（8）养护。为加强基坑支护效果，在喷射混凝土时可加入3%～5%的早强剂。养护面层喷射混凝土完毕并终凝后，应在12h内进行覆盖养护，12h以后第一次浇水养护，日淋水不少于3次，养护时间不少于14d。

（9）监测。在基坑支护施工过程中，要建立全过程跟踪监控，对基坑及其周边环境随时进行监测，根据监测信息及时采取相应对策，以确保基坑施工工程、周围设施和建筑物的安全稳定。

四、土钉墙施工监测工作

1、根据《建筑基坑工程监测技术规范》要求开挖深度大于等于5m或开挖深度小于5m但现场地址情况和周边环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。基坑工程施工时，无论有无第三方进行监测，项目部须根据设计方案配备必要的监测设备和人员，实施监测和巡视。

2、基坑监测应达到以下目的：(1)对基坑围护体系及周边环境安全进行有效监护：(2)为信息化施工提供参数；(3)验证有关设计参数。

3、土钉的试验

依据《基坑土钉墙护壁施工技术规程》(CECS96197)的规定,应进行土钉的拉拔试验，得到其发生破坏时的极限荷载，依次确定土钉的强度。在每一种具有代表性的土质中，应至少选取三个土钉进行拉拔试验。经过试验检测，土钉的实测拉拔强度要大于设计数值，无明显位移，外观变化小。这样才能判定工程使用的土钉满足规范的要求。

4、监测内容应严格按照监测方案进行，如有疑义由项目部负责人统一上报公司技术部门。

五、结束语

土钉墙边坡支护的形式很多，在选择支护技术时，施工设计人员要结合工程的实际情况，这样才能有效提高边坡的强度，才能使加固后的边坡更加稳定。选择正确的土钉墙边坡支护技术可以大大提高施工的安全性，还可以起到防渗防裂的作用。土钉墙边坡支护技术是在原土体的基础上，利用钢筋、水泥浆等材料形成高强度的土钉墙，从而加强原土层的强度与防渗性。土钉墙支护技术的成本比较低，利用这项技术可以有效控制工程造价，降低施工成本；这项技术操作比较简单，其还可以有效的缩短施工的工期，防止土钉以及边坡出现变形等质量问题。

参考文献

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