土钉墙支护技术在深基坑工程中的应用

土钉墙支护技术在深基坑工程中的应用

李智韬

广西防城港核电有限公司 广西防城港，538000

摘要：土钉墙支护技术因为其施工简便，安全经济的特点，在深基坑支护工程中得到广泛的应用。本文结合工程实例，分析阐述了深基坑工程土钉墙支护设计验算过程，并对土钉墙支护施工及监测等方面进行了总结分析。

关键词：土钉墙支护；深基坑；监测

1工程概况

该西排洪沟项目为厂区西侧泄洪管沟，开挖范围B1-B7段，基坑全长1.1km，负挖深度7.8m~10.8m，沟槽底部开挖宽度B1-B4段为8.4m，B4-B6段为10.4m，B6-B7段为11.4m。基坑周边为生产临建所用的库房及加工车间。拟建场地现场勘察文件中的典型断面土层分布为：①杂填土，杂色，主要由残破积粉质黏土、强中等风化块石组成，风化块石含量约20%，松散，土质不均匀；②强风化泥质粉砂岩夹砂眼，灰黄色、褐黄色，岩石结构大部分破坏，原岩结构清晰，岩芯呈碎块状，风化裂隙极发育； ③中等风化层为砂岩夹泥质粉砂岩,呈中厚层状，岩石组织较完整，风化裂隙较发育～发育，局部极发育，铁质侵染或充填泥质、硅质或闭合状无充填。

表1 各岩土层基本参数

2土钉墙支护设计与基坑稳定性验算

由于工程基坑边坡支护工程为措施性项目，因此要考虑支护方案的经济合理性，在众多开挖支护方式中，放坡最为经济。本工程在满足放坡条件的B6~B7段采用自然放坡法；而不能采取放坡开挖的B1~B6段，则采用土钉墙支护技术方案。

2.1放坡法方案设计

(1)边坡坡度设计。本工程的B6-B7段选择1：1.5坡率按两级放坡开挖，在两级边坡之间设1m宽坡台。

(2)边坡稳定性验算。工程放坡面紧邻施工场地，坡顶周围难免存在施工荷载，为安全起见，在验算边坡稳定性时，放坡面坡顶上考虑了10kPa的均布荷载，边坡设计剖面图如图2。

图2 边坡剖面示意图

边坡稳定性验算采用瑞典条分法，对每个土条进行极限平衡分析，得出边坡丧失稳定性的安全系数最小的危险滑弧面，根据《建筑基坑支护技术规程》，当最小安全系数大于1.3时，本边坡即满足要求，公式如下：Ksj=∑{cili+[ΔGibi+qbi]cosθitanφi}/∑[ΔG

ibi+qbi]sinθi。由于本工程边坡分两级放坡，按规程应分两级进行验算，验算结果如表2所示。

表2 边坡验算结果

由计算可知安全系数均大于1.3，边坡设计满足要求。

2．2土钉墙支护设计方案

土钉喷锚支护施工自上而下分层边开挖边进行喷锚施工，第一次开挖至第一排土钉位置下200mm处，以后每次开挖深度与土钉垂直距离相同，不得超挖。土钉整体采用梅花形布置自上而下共设6道，孔径110mm，第一道土钉自坡顶标高以下1.0m开始布置，土钉竖向间距为1m，水平间距均为1.2m。土钉与水平面倾角设为10°，土钉钢筋采用Φ25，土钉墙典型剖面尺寸详见图3。

图3 土钉墙剖面图

2.3土钉墙设计验算

2．3．1单根土钉轴向抗拉、抗拔验算

对土钉轴向拉力标准值、设计值分别按公式 Nk,j=ζηjPak,jSxjSzj/cosαj，Nj=γ0γFNk,j验算，得出土钉拉力值为0KN,0.001KN,5.514KN,14.562KN,21.332KN,22.096KN，均小于土钉抗拉强度设计值fyAs=400×490=196kN 。土钉抗拉、抗拔安全性满足要求。

2．3．2土钉墙整体稳定性的计算

 根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：

图4   圆弧滑动法示意图

   对每一步开挖段及边坡坡底进行7种工况下的整体安全系数验算，具体结果如表3。

表3    土钉墙稳定验算结果

由表中设计验算结果可知，各级工况下安全系数均大于1.3，满足安全稳定要求。

3基坑土钉墙支护施工与监测

3.1施工工艺流程

修整坡面→安装泄水管→喷射第一层混凝土（可选）→土钉定位→钻孔→清孔检查→放置土钉→注浆→安装及绑扎钢筋网→喷射混凝土面层→养护→开挖下一层工作面→重复上述步骤直至基坑设计深度。

对于自然放坡基坑边坡防护，喷射第一层混凝土后，安装及绑扎钢筋网，无需钻孔放置土钉。

3.2土钉墙支护施工技术

(1)修整坡面

边坡开挖成型后，先使用机械修理，在用人工整平坡面，将坡面上的杂物，松动碎石清理干净。对于基岩边坡，在喷护前用压力水冲洗坡面并使岩面保持一定湿度，为后续施工做准备。

(2)土钉定位及成孔

由测量人员标记出土钉位置，采用锚杆钻机，保持其与面层成10°夹角钻进，过程中需保证不引起坍孔，钻到设计位置后，应继续供水洗孔，待孔口溢出清水为止。护坡锚杆孔径为100mm，孔深不小于土钉设计长度+300mm，横向间距为1.2m，竖向间距1m或1.5m，梅花形布置。

(3)土钉钢筋组装与安放

土钉钢筋采用直径25mm钢筋，安装前需除去油污锈渍，并按一定规律平直排列，沿杆体轴线方向每隔2m焊接一组定位架。锚杆插入孔内深度不应小于锚杆设计的95%，杆体安放后不得随意敲击插拔。

(4)锚固注浆

注浆材料采用水灰比不大于0.5的水泥净浆，锚孔注浆采用孔底返浆方法，注浆导管底端插至距孔底250~500mm处，在注浆时将导管匀速缓慢的撤出，过程中注浆导管始终在浆体表面之下，直至孔口溢出浆液如发现孔口浆面回落应在30分钟内进行孔底压注补浆2~3次，确保孔口浆体充满。在注浆作业开始和中途停止较长时间在作业时，应用水润滑注浆泵或注浆管路。注浆过程应认真做好现场施工注浆记录，每批次注浆都应对浆体留样进行强度试验。

(5)钢筋网施工

边坡坡面钢筋网片挂设两层，底层为Φ8@200×200焊接钢筋网片；上层为Φ16螺纹加强钢筋，间距与土钉间距一致；锚筋节点位置，横向采用一根长100mmΦ16短筋，竖向采用两根100mmΦ25锁定筋焊接固定。

(6)喷射混凝土面层

在钢筋网安装完成后，进行混凝土喷射。喷射混凝土时，应分段作业，同一段内喷射顺序从下而上，喷射枪头与作业面保持垂直，距离控制在1～1.5m，砼喷射机将水泥、砂石、添加剂均匀通过管路，用风压送至作业面，在作业面的枪头出口处有一注水装置，水和水泥、砂石在枪头处通过风压向外喷射时均匀的混合在一起，喷至作业面。

(7)养护，开挖下层

在自然气温下，采用洒水养护，养护在喷射混凝土终凝后2小时进行，养护时间不少于7d，保持混凝土表面湿润。待面层混凝土及注浆强度达到设计强度70%以上时，方可进行下一层开挖。

3.3施工监测

本工程对边坡支护的施工全过程进行了位移监测，目的是及时掌握土钉墙位移速率的变化和位移累积总量，以便采取措施对其稳定性进行控制。现场遵照设计方案要求分层进行开挖支护，现场水平位移与时间曲线如图4，未出现异常现象。

图4 边坡土体水平位移时间曲线图

从图中可看出，坡顶监测点的水平位移在5~35mm之间，垂直位移在40mm以内，从监测结果可以看出，本次基坑开挖对周边环境影响较小，表明工程基坑支护设计与施工是有效的。

4结语

综上所述，通过详细的设计验算及周密的施工组织，加上开挖阶段对基坑支护结构的监测，土钉墙支护技术在该工程取得了成功，现场未发生大的位移和偏差。

参考文献：

[1]JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规程.

[2]陈军杰.土钉墙支护设计与施工在深基坑工程中的分析应用.城市建设理论研究,2012.

[3]GB5007-2001，建筑地基与基础设计规范.北京，中国建筑工业出版社,2001.

[4]余志成,施文华,深基坑支护设计与施工,中国建筑工业出版社,2006年.