高层建筑地下室基坑支护土钉墙技术的应用

高层建筑地下室基坑支护土钉墙技术的应用

胡严誉

上海建工五建集团有限公司

摘要：本文结合工程实例，对高层建筑地下室基坑支护土钉墙的施工技术原理及要点进行分析与探讨，以供类似工程参考。

关键词：高层建筑；地下室；基坑支护；土钉墙；施工原理；技术要点

一、前言

近年来，随着我国城镇化建设的快速推进，城市人口在不断增加，为了满足人们的居住需求，城市高层建筑项目也越来越多，深基坑工程越来越多。基坑支护由于场地狭窄，常常给地下室开挖造成很大困难。因此，基坑支护结构的设计与施工，已成为当前高层建筑基坑施工的热点与难点，成为影响整个工程造价及进度的关键。当施工场地狭窄，基坑深度又不太大时，土钉墙是一种较为经济实用的支护型式。它的特点是：施工简便、所需工作面小、比较经济节省，而且与基坑开挖同步施工，节约工期。[1]下面通过工程实例对高层建筑地下室基坑支护土钉墙的施工原理及技术要点进行分析与探讨，以供类似工程参考。

二、土钉墙支护作用原理

土体抗剪力较低，抗拉强度也非常低，但是土体的整体结构性较强，在开挖基坑的过程中，土体开挖可以保持非常高的临界高度。一般的护坡方式主要是延长土体崩溃的临界高度，属于一种被动的工程施工方案，重点在于保持土体整体稳定性。而土钉墙技术则是在土体内部放置一些土钉，与土体之间互相作用，从而维护土体的整体稳定性。这种方式相对来说属于一种主动的施工方案，可以有效的维护土体强度，避免土体刚度受到影响。同时，土钉墙技术作用于土体内部，因此土体的抗剪力、抗拉力都可以由此而提升。更重要的是，即便在这一过程中土体承受能力超过临界点，也不会出现全面崩塌，可以有效保护施工安全性。土钉墙支护技术属于依靠密集的土钉来对土体进行加固，同时搭配一些防水设施，来保护土体的完整性。[2]这种始终方式依靠非常多的土钉来形成复合型挡土结构，保证土体的完成性，避免土体造成的威胁与影响，避免土体侧向变形。

三、土钉墙技术的应用工程实例

某建筑工程项目地上32层，地下3层，基坑最大开挖8.95m，基坑开挖深度范围内主要由粉土、粉质黏土构成。基坑东侧与另外一个基坑相邻，且相邻基坑支护工作已完成，邻近基坑开挖深度为8.0-9.4m，支护主要采用土钉墙支护，局部采用预应力锚索及钢板桩进行加固。相邻基坑支护工程中所用的土钉、锚索已进入我方土方开挖范围内，本项目基坑开挖完成后与邻近基坑之间会遗留一道上部宽度4m-5m，下部宽度6m-7.5m横截面为梯形的土墙。设计要求尽可能的利用邻近基坑原有的支护结构形式，以减少对支护结构和土层的扰动。锚索应进行张拉，形成对拉锚索进一步加强土体的稳定性，确保基坑安全。

该项目勘察报告反映未发现诸如塌陷、岩溶、滑坡、采空区、地面沉降、地裂缝等不良地质作用，也未发现影响地基稳定性的沟滨、古河道等对工程不利的埋藏物。场地内未发现不良地质作用，场地稳定土质较好，有良好的自立性，无地下水，但是基坑周边环境复杂，施工影响因素多，根据设计图纸要求，确定该工程控制重点及要点是在开挖过程中尽快进行基坑支护及保证土体稳定和邻近基坑的安全。

图1、基坑东侧土钉墙剖面

（1）主要具体措施如下：

1）土方开挖严格按照设计要求，分层、分段开挖，每层开挖深度不超过1m；2）基坑出现裂缝时，应会同设计、监理等单位对裂缝进行评估，必要时采取注浆、增加土钉等措施；3）因邻近基坑锚索与土钉为交错布置，在锚索满足张拉条件后，立即进行张拉，减少土体处于无支护状态的时间，锚索张拉在当天张拉完毕；4）应及时快速的进行土钉及支护结构的施工。5）做好防水工作，在坡顶应有一定坡度确保无积水，坡脚设排水沟。6）在上层支护结构的强度没有达到设计要求时，严禁进行下一层的施工，并做好养护及基坑监测工作。7）严格控制混凝土，确保混凝土强度、初凝时间、喷射厚度符合要求。

（2）土钉墙施工

(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）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2，未出现异常现象。

图2、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。

四、土钉墙支护施工质量控制措施

（1）原材料质量控制。土钉墙技术在基坑支护中，必须严格把控施工原材质量，选取坚硬、耐久的材料，严禁使用伪劣等产品，危害施工人员的人身安全，并且禁止使用有害废物、有机物等材料。此外，若使用混凝土外加剂时，应选取对水泥水化无影响的材料，从而为土钉墙支护技术提供安全保障。

（2）边坡加固。预应力锚索是利用锚固在斜坡深层稳定岩体上的锚索，将其传递到混凝土框架上，再对其施加一种预应力，从而使不稳定的松散岩石受到挤压，极大地增加了岩石之间的摩擦和正压，增加了边坡的抗滑性，有利于对边坡进行加固，稳定坡体。

（3）施工质量管理。为了保证土钉墙技术在建筑深基坑支护的效果，必须保证施工方案设计的合理性，严格执行施工技术交底工作，做好施工前期准备工作，并对进场材料、进场设备进行必要的检验，选取适宜的机械设备现场作业。此外，建立完整的施工监测方案，实时监控现场施工安全及周边建筑安全，确保现场施工顺利进行，避免人为因素对施工质量造成影响，降低工程安全隐患。

五、结语

目前，基坑支护的方法很多，如地下连续墙、护壁桩、预应力锚杆、土钉墙等，其中，土钉墙是一种较为经济实用的支护型式，合理的设计、正确的施工，将会取得良好的经济效益。[3]本工程中应用土钉墙施工技术，在保证安全的前提下，做到了工期最快、质量最好、造价最小，有效地解决了本工程场地狭窄的问题。

参考文献

[1]王声堂,王珂. 建筑深基坑支护土钉墙施工技术研究[J]. 房地产导刊,2020(14):104,124.

[2]吴云峰.建筑工程深基坑中土钉墙支护施工技术[J].建筑工程技术与设计.2019,(20).1748.

[3]乔艳斐.建筑工程深基坑中土钉墙支护施工技术[J].建筑工程技术与设计.2019,(12).171.

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