复合土钉墙支护技术在工程中的应用

刘自强 许景达

中建二局第一建筑工程有限公司，北京 100176

【摘要】复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种支护技术或截水技术有机组合成的复合支护体系，它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、单管旋喷桩、冲孔灌注桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。复合土钉墙支护具有轻型，机动灵活，适用范围广，支护能力强，可作超前支护，并兼备支护，截水等效果。在实际工程中，组成复合土钉墙的各项技术可根据工程需要进行灵活的有机结合，形式多样，复合土钉墙是一项技术先进、施工简便、经济合理、综合性能突出的基坑支护技术。

【关键词】 复合土钉墙； 单管旋喷桩； 冲孔灌注桩； 预应力锚杆

应用概况

应用工程基坑顶部高程约14.5m，基坑底高程为-0.5m，基坑深度约为15m，为加强基坑支护，确保施工安全，本工程基坑边坡支护采取“土钉墙+预应力锚杆”、“土钉墙+微型桩+预应力锚杆”两种形式；其中土钉墙采用 22钢筋，土钉长度3000mm~9000mm，预应力锚杆主要采用3×7 5和4×7 5的预应力锚索，锚索间隔1600mm布置，同一标高面上的预应力锚杆采用腰梁进行连接；微型桩主要包括冲孔桩和单管旋喷桩两种管桩交叉布置。边坡表面采取挂网喷砼护面，砼厚度为100，砼面层向上翻过基坑顶1.0m，以形成防护。

通过对该项新技术的应用，相比于传统的支护方式，复合土钉墙支护技术，施工简便、经济合理、综合性能突出。

施工组织管理

现场施工按项目管理法组织施工,工地项目部全权承担施工的人、财、物调配.要求项目部采用动态管理和静态管理相结合的方式进行管理.项目经理对工程质量、安全、进度负全面责任，并确保公司质量体系在项目部的有效运行。

施工现场设项目部；下设质安管理组、施工调度组、机械设备维修组、技技组、物资组和财经组等施工控制管理小组和专业施工班三级机构。项目部负责施工全过程和全方位的综合管理；施工控制管理小组负责分配、管理各级作业施工任务；专业工段作业小组负责各专业的实际施工。

施工方法及质量保证措施

3.1冲孔灌注桩施工方法及质量保证措施

（1）桩机就位：事先将护筒放在桩心定位钢筋标志位置，沿筒内壁量测筒壁与标志钢筋的距离，使标志位于筒中心位置，然后人工挖筒内的地表土，使筒自然下沉到预计高度，此高度由下述因素控制，其一是使使筒壁泥浆孔下边缘要高于地下水位1m以上，其二是使筒壁泥浆孔下边缘要高于泥浆池排放沟，便于泥浆排出。此项工作完成以后，要利用筒壁外余土将筒壁挤紧，作适当固定，并重新量测中心位置是否有误，如有误需进行及时调整，直到符合放线要求，此时中心标志钢筋可以挖掉。

移动桩机到位，并校准钻杆中心，用拉线法确定杆中心的位置，位置确定以后，锁紧行走钢丝绳并用钢筋将机架与行走钢管作临时固定（焊），垫平行走钢管使其水平，且支撑地面一定要稳定，绝不可以支撑在软土上，校正桩机桁架导引滑轮中心与桩心重合，即保持桩机的垂直，然后安装钻头等。

（2）在护壁筒内注水，并投放泥粉，待泥浆从开口处向泥浆池流动时，开动钻机，并及时补充泥浆，开动泵机进行循环。泥浆的比重应视具体情况及时调整，为防止施工中塌孔施工时比重可适当地大些。

（3）当钻进到预期深度，由施工管理人员汇同监理工程师、甲方以及设计院等有关单位对孔径、孔深、土质、垂直度进行检查、测量，经共同见证认同后，立即进行清孔，清孔采用吸排的方法，使泥浆比重降低，并使孔底沉渣排出，清孔达到设计及规范要求：比重达＜1.2,沉渣＜50mm，马上安装钢筋笼，钢筋笼采取与钻孔同期制作的办法制好，其钢材必须保证合格，按规范要求采用匹配的焊条焊接，单面焊 焊缝长度为10d，焊缝饱满无气泡、无漏焊、表面平整光滑，焊缝高度符合设计要求，笼直径保护层符合要求，长度等于桩长，加强箍和箍筋加密区符合设计要求，同时为保证保护层的厚度和钢筋笼的垂直，在纵向筋的侧面，适当地焊接部分“Ω”形细钢筋，并在桩头侧焊接吊环钢筋，以利于钢筋笼的吊装。

（4）钢筋笼的吊装方法：第一种方法是利用塔吊将钢筋笼从制作场地水平吊到外口边，然后将吊绳换到已焊接好吊环的一端使钢筋笼直立并放入孔中。

第二种方法与上面方法大体相同，只是起吊设备利用桩机本身，先将钢筋笼平拖到孔口边然后起吊。

此两种方法的采用是根据场内具体情况而选择，如处于塔吊盲角位置的桩要利用桩机吊、超长的钢筋笼要用塔吊来吊，现场灵活掌握。

（5）带扩底桩的施工

首先采用一般方法钻孔到位，即钻到每条桩的桩端位置，随即将钻头换成扩底专用钻头。此前，在地面量测好，扩大端达到设计要求时的专用钻头芯杆所需收缩的尺寸，如本工程所用专用钻头的芯杆收缩（下降）300mm，即可使扩大端直径达到2.8m（直径2m桩）。

在完成钻头的变换以后，根据已测得的泥浆淤面到孔底的深度，使用钻头进入孔底，并在钻杆上标出此时泥浆液面位置，然后开钻，边钻边下降扩底待钻到标准位置下降到预计高度时（如2m桩扩底到2.8m，此时下降300mm）即完成扩底成孔，此时要停钻拔出专用钻头，并清渣。其它方法与无扩底的桩相同。

（6）上述工作完成后，进行最后一次清渣，用砼导管泵送泥浆进行置换清孔,待孔内泥浆比重经现场施工员测量达到1.2以下时;随后马上安装混凝土料斗，料斗的容积必须保证够大，使第一斗料装满的混凝土能使桩底混凝土面高出桩底面800以上。然后利用混凝土泵将混凝土源源不断地打入料斗，在第一斗料装满之前，一定要用卸料筏封好料斗，待第一斗料装满，立即拉出卸料筏，使第一斗混凝土沿料斗下的导管一次性下落到孔底，后续的混凝土应不停的泵入料斗，直到浇筑到相应的标高为止。

3.2单管旋喷桩主要施工方法及保证措施

（1）修建排污和灰浆拌制系统：旋喷桩施工过程中将会产生10～20%的返浆量，将废浆液引入沉淀池中，沉淀后的清水根据场地条件可进行无公害排放。沉淀的泥土则在开挖基坑时一并运走。沉淀和排污统一纳入全场污水处理系统。灰浆拌制系统主要设置在水泥附近，便于作业，主要由灰浆拌制设备、灰浆储存设备、灰浆输送设备组成。

（2）引孔钻进：把钻机移至钻孔位置，对准孔位用水平尺掌握机台水平，立轴垂直、垫牢机架、钻机的垂直度满足精度要求，经技术人员验测合格后方可开钻。如发现钻机倾斜，则停机找平后再开钻。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，采取相应措施，对地层变化、颗粒大小、硬度等要详细记录，钻孔结束后，由技术人员进行质量检查，合格后方可移位进行下一个孔的钻进。引孔孔径110mm。引孔的对中位置与设计位置的偏差不得大于30mm，垂直偏差小于1%。采用双管施工。

（3）喷射作业压力控制：水泥浆液流压力不小于20MP。当注浆管置入钻孔，喷嘴达到设计标高即可喷射注浆。喷射注浆参数达到规定值后，按旋喷桩的工艺要求，提升注浆管，由下而上喷射注浆。钻孔提升速度不大于0.15m/min。在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆等异常情况时，查明产生的原因并及时采取措施。当高压喷射注浆完毕，迅速拔出注浆管。

（4）喷浆材料及制浆：采用42.5R普通硅酸盐水泥搅制浆，水泥为新鲜无结块，通过0.08mm方孔筛的筛余量为≤5%，旋喷桩每延米水泥含量大于250kg，按设计配比进行浆液搅制，在制浆过程中应随时测量浆液比重，每孔高喷灌浆结束后要统计该孔的材料用量。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于30S，一次搅拌使用时间亦控制在4h以内。

（5）旋喷桩施工工艺和参数如下：A水泥采用42.5Mpa标号的普通硅酸盐水泥；B注浆管：提升速度10～20cm/min；旋转速度10～15r/min,排浆量85L/min。

C浆液水灰比1：1，每延米水泥浆排浆量理论值0.488立方米。

3.3预应力锚索主要施工方法及质量保证措施

（1）立锚墩：根据设计资料，测量人员将锚索孔位钻孔方向确定后，就开始在孔位清理坡面，立模现浇锚墩，锚墩紧贴坡体，它把锚具的集中荷载传递到坡面，并起调整坡面受力方向的作用，锚墩用钢筋砼加早强剂现浇而成。

（2）钻孔：采用潜孔冲击式钻机，根据现场地形或修筑之字形便道或搭设双立柱式脚手架用于钻机行走及安放，钻孔深度应超出锚索设计长度0.5米，以防岩土屑沉落孔底而使孔深不够，根据钻进情况和吹出的岩粉作好详细的施工记录，主要内容包括：岩性、岩体完整性，地下水、裂隙、岩粉颜色、颗粒大小、数量、孔深、事故情况等。钻进中应经常进行高压风吹孔，堆积层（孔深6米以内）可采用填充粘性土进行护壁，土夹石地层，可上下来回扫孔，防止掉块堵孔。

钻孔结束，拔出钻杆钻头，用一根聚乙烯管复核孔深，并用高压风清孔，然后拔出聚乙烯管，用水泥纸塞好孔口。

（3）特殊情况的处理：

a.渗水：吹孔时吹出的都是一些大颗粒而无粉尘，说明孔内有渗水，岩粉已贴附于孔壁。这时若孔深已够，则注入清水用高压风洗孔，洗净孔壁。若孔深不够，为防止岩粉堵塞钻杆，应立即停钻，并拔出钻杆，洗孔后再钻。有时孔内渗水量大，吹出的是泥浆和碎石，只要冲击器工作，可以继续钻，如果冲击器受淹不工作，应采取压力注浆堵水后再钻。

b.坍孔：钻孔遇强风化岩层或岩体破碎带时，常发生坍孔，坍孔的标志是孔中吹出黄色岩粉夹杂原状的，非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的石块，这时应立即停钻，拔出钻具，压浆固壁。注浆前用清水和高压风将孔内泥浆洗出，注浆压力取0.4MPa浆液为水泥玻璃双液注浆，24小时后重钻。

（4）制作锚索：锚索可以在现场制作也可以在预制。锚索由4～6股钢铰线组成。首先根据计算长度下料，钢铰线的下料长度应为锚索设计长度，锚头高度、千斤顶长度、锚具厚度，以及张拉余量（取20cm）的总和。用砂轮切割机截断，然后平顺放在作业台架上，在内锚固段范围内每隔1.0～1.5米穿一个对中隔离支架形成锚束，并使钢铰线间有一定间隙，保证压浆时能充填密实，两对中支架之间扎紧固环铁丝一道，使内锚段形成波纹形状，自由段每1.5米扎一道铁丝，形成直线形状，自由段采用除锈、防腐、涂黄油、穿套聚乙烯管，最后在锚索端头套上导向帽，制作完毕后按孔号编号挂标签存放。

（5）安放锚索：孔内再用高压风清孔一次，然后放入锚索，锚索外套上定位片使锚索居中，应防止锚索扭压、弯曲、注浆管应随锚索一同入孔，注浆管头部距孔底5～10厘米，锚索定位止浆环到达孔口时，停止推送，再检查一遍，排气管是否畅通。

（6）锚固段注浆：采用排气注浆，下倾的孔砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出。上倾和水平孔砂浆由孔口注入，空气压向孔底，再进入排气管排出孔外，注浆压力0.4～0.6Mpa，砂浆必须用525#水泥，中砂过筛，加早强剂，砂浆搅拌机搅拌均匀，浆液在初凝之前用完，并不得混入杂物，注浆到锚固段注满后即停止。

（7）张拉：锚墩及砂浆达到70%强度后，可进行初张拉，张拉设备仪表应事先进行标定，张拉前在锚索头部套入垫板和锚具，然后安放张拉千斤顶，轴线与锚索轴线一致，张拉采用整体分级张拉的程序，每级稳定10min，待锚墩砼达到100%强度后，进行末张拉，为确保预应力部分损失后不低于设计值，应进行超张拉。

（8）自由段注浆、封孔：张拉完成后，通过预留注浆管，管口距原砂浆面30厘米，进行封孔注浆，孔中的空气由设在定位止浆环处的排气管排出，要求孔中注满浆液，然后从锚具量起留5厘米钢铰线，用錾截子去多余部分，外覆8厘米厚的细石砼保护层。

4、结语

复合土钉墙支护技术的应用可以看做是单管旋喷桩、冲孔灌注桩与土钉墙的联合使用，使土钉墙的工作性能有了较大的提升。采用复合土钉墙支护施工技术较其他护坡支护方案节省工期， 该技术的应用加快了项目施工速度，并取得了社会同行业的认可。

参考文献:

【1】蒋该生，复合土钉墙技术在深基坑支护中的应用，广东建材，2004

【2】金家兴，复合土钉墙支护在软土中的运用，矿产勘查，2008

【3】张金博，复合土钉墙在某某基坑支护中的应用，工程建设与设计，2011

作者简介:

刘自强，男，1992年出生，助理工程师，中建二局第一建筑工程有限公司项目技术副总工

许景达，男，1986年出生，中级工程师，中建二局第一建筑工程有限公司项目技术总工