土钉墙支护工程的应用.doc

土钉墙支护工程的应用自九十年代以来，随着我国改革开放事业的蓬勃发展，城市化进程加快，受不可再生的土地资源的限制，高层建筑不断在各大中城市崛起，而且由于开发利用地下空间及人防等需要，开发和利用地下空间已成为必然趋势，基坑工程向大深度，大面积方向发展。城市快速的发展给土钉墙的发展提供了很好的实践机遇，在深基坑开挖支护中土钉墙支护是暨支撑式支护、排式支护、连续墙支护、锚杆支护之后的一项有效的支护技术。当前，使用较多的深基坑支护结构有各种排桩，地下连续墙，水泥土墙和土钉墙等多种型式。其中土钉墙支护技术是一种新型的挡土技术。一、土钉墙的概念土钉墙是近二十一年来发展起来的一种新式挡土结构，它是一种原位加筋技术，通过在土体内放置具有一定强度的细长杆件，再附以一定压力的水泥砂浆、钢筋网喷射混凝土面层，与土体共同作用，以弥补土体抗拉、抗剪强度低的弱点，使土体开挖和边坡达到稳定。典型的土钉墙包括三个部分:置于原位土体中的土钉及其周围的注浆体、开挖坡面上的喷射混凝土面层以及被加固的土体。土钉墙充分地利用了土体的自承能力，通过锚喷网，进一步增强土体的强度和稳定性，形成一种自稳性结构的主动支护体系。土钉以较高的抗拉、抗剪强度弥补了土体这方面的不足;同时，细长杆件周围的注浆体在高压作用下向周围土体挤压、扩散，一方面以水泥浆置换部分土体，另一方面把周围土体挤压密实。面层的混凝土能较好地填充表面土体的裂隙和凹穴，具有很高的粘结力和强度，增强表面土体的整体性，封闭住土体，防止因雨水冲刷而产生局部滑塌，并与土钉一起共同完成对边坡土体的箍束作用、应力传递作用、应力分担作用、坡面保护作用四个方面。从某种意义上说，土钉墙是一种与被加固土体一起形成的一个类似重力式挡墙，以此来抵抗墙后土压力和其他荷载。二、土钉墙支护结构的特点及适用范围(一)土钉墙支护结构的特点：土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系一部分。它是将土钉安设或打入基坑边坡土体内，将土体加固成能自稳的挡土结构。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层间产生“嵌固效应”，并随开挖逐步形成全封闭支护系统；喷层与嵌固层同具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。土钉是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，且外包水泥砂浆的一种构件。土钉的特殊控压注浆可使被加固介质力学性能大为改善并使之成为一种新体，其内固段深固于滑移面之外的土体内部，其外固端同喷网面层联为一体，可把边壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除。土钉作用是沿通长与周围土体接触，以群体与土体接触界面上的粘聚力或摩擦力，使土钉被动受拉给土体以约束，使其达到稳定边坡的效果。而钢筋网则可使喷层具有更好的柔性和整体性，能有效地调整喷层与土钉内应力的分布。 (二)土钉墙支护结构的适用范围一般的挡土墙结构是以自身的结构强度承受其背后土体主动土压力的被动支护结构，而土钉墙是基于一种主动约束机制，利用边坡在失稳前具有一定的自承能力，把边坡土体作为支护结构的一部分。土钉墙作为一种基坑支护方法，与传统支护技术相比，具有以下优越性:1、施工的及时性。自上而下，边开挖边喷锚，可及时对边坡进行封闭，从而保护岩土不因边坡开挖暴露而过多降低力学强度。2、结构轻巧、有柔性，可靠度高。通过喷锚，与加固岩土形成复合体，允许边坡有少量变形，受力效果大大改善。作为群体效应，个别土钉失效对整个边坡影响不大。3、施工机具轻便简单、灵活、所需场地小、工人劳动强度低。4、材料用量小，自身成本费用较低。近年来，在深圳、广州、北京等地土钉墙支护已经获得广泛应用，土钉墙支护逐渐成为大家接受的一种支护手段，土钉墙的应用范围很广，主要有：1、土体开挖时的临时支护，高层建筑等深基坑开挖，地下机构施工开挖，土坡开挖等。2、永久挡土结构，这类工程一般与施工开挖时的临时支护结合，如隧道洞口端部挡墙。 3、现有挡土结构和支护的修理，改建与抢修加固等。4、边坡稳定，用于加固可能失稳的堤坡。三、土钉墙的构造土钉墙由土钉和面层两部分构成，土钉主要包括钻孔注浆土钉和打入式土钉两种形式。1、钻孔注浆土钉为最常用的土钉，一般采用632mm的HR335，HRB400级钢筋， 70120mm钻孔中形成。水泥浆水灰比一般为0. 5左右，水泥砂浆配合比一般1:11:2，水灰比为0. 380. 45。注浆土钉设定位支架以使钢筋居中，空口易设置止桨塞及排气管。2、打入式土钉一般采用钢管等材料打入土中形成。打入式土钉一般钉长较短。施工简单快速，但不宜用于密实胶结土中。当打入钢管为周围带口的闭口钢管时，可在打入后管内入浆，增强土钉与土的粘结力，提高土钉的抗拔能力。土钉长度一般为开挖深度的0.51.2倍，间距为12m，与水平夹角一般为5 20，适用的土钉墙墙面坡度宜大于1:0. 1。3、面层为土钉墙的重要组成部分。一般由610mm，间距150300的钢筋网，强度等级不低于C20的喷射混凝土组成，面层厚度一般为80150mm。为保证土钉与墙面的有效连接，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。四、土钉墙施工的一般原则和要求土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强度、稳定性，变形、抗基底隆起等要求。深基坑开挖土钉墙支护的施工注意下列几点:1、施工过程中必须自始至终与现场监控相结合。基坑开挖过程中的监测包括深层位移、地面沉降及周边构筑物、管线的监测。监测点的布置应由结构设计人员确定，在基坑开挖过程中，设计人员应根据监测数据及时调整设计方案，做到动态设计，信息化施工。2、要充分考虑地表径流和地下水的影响。若施工时渗水严重，就不能喷射面层混凝土，避免塌坡与塌孔。当地下水的流量较大，施工时应采取专门措施降低地下水位。竣工后的支护在地下水位的作用下，其面层压力和土钉内力均会有明显增加，尤其是粘土的抗剪能力与含水量有很大的关系。五、工程实例某工程拟建建筑物主楼18层，裙房3层，均有一层地下室，主楼拟采用框架结构，设计室内地坪0.00m，地下室室内地坪为-4.50m。（一）根据该工程岩土工程勘察报告，场区内地层自上而下可分为七层：素填土、粉质黏土、含角砾黏性土、中风化安山岩、微风化安山岩和岩脉等。从支护设计角度考虑，场地岩层土可简化分为四层，各土层物理力学性质指标如表1所示。表1 土层物理力学性质指标土层名称层厚/m容量/（kN/m）饱和容量/（kN/m）黏聚力/kPa内摩擦角/（）钉土摩阻力/kPa素填土5.019.518.02.010.020.0粉质黏土1.019.119.014.08.025.0粉质黏土1.019.720.020.010.050.0强风化花岗岩3.0522.022.010.040.0120.0根据勘察资料，场地内地下水类型为第四系空隙潜水。本次支护不需对地下水采取单独处理，通过泄水孔明沟排水可满足施工要求。（二）对于基坑支护，根据不同地段分别采取不同支护方案。1、对于基坑南侧，基础开挖轴线距离建筑物较远，采用自然放坡可满足施工要求，放坡比例按照1：1考虑。2、对于基坑东、西侧，采用4排土钉，土钉长度分别为6m、6m、6m、5m，采用二级25钢筋。土钉长平间距1.5m，垂直间距1.5m，第一排距离基坑顶部为1.5m。按梅花形布置。3、对于基坑北侧，由于靠2层临时宿舍较近，根据甲方要求并结合现场实际情况，采取桩锚支护，上部2.5m土层按照1：1自然放坡，下部采用钢管桩与锚杆支护，钢管桩间距0.7m，钢管桩顶部采用混凝土梁连接，悬臂段4.2m，锚固段2.0m，如遇中风化岩石锚固段可减少0.5m。锚杆采取二桩一锚，采用二级28钢筋。锚杆间距1.4m，长度9.0m，锚杆距离顶部3.0m。4、对坡面做土钉钢筋网喷浆防护，上铺650100钢筋网，表面喷C20小碎石混凝土，平均厚度510cm。（3）土钉支护施工流程：开挖第一层土方修坡埋控制喷射混凝土厚度的标志喷射第一层混凝土混凝土养护，钻孔安设土钉压力注浆绑扎墙面钢筋网钉端锁定筋与钢筋网水平垂直加强筋焊接二次喷射混凝土养护开挖下一层土方重复以上工序，直至最后一层土方。（4）施工要点1、工作面分四层开挖，每一层工作面开挖深度为2. 0m，其中最后一层工作面开挖至 -7. 595m，余2cm用人工开挖。2、采用PZ-5型喷射混凝土机施工，喷射混凝土前，应对机械开挖的坡面及时修坡，第一层混凝土厚度控制在4050mm，检查机械设备。水管路和电线的状态并试运行，埋设好喷射混凝土厚度的标志，喷射作业应分段分片进行，同一分段喷射顺序应自上而下，喷头与受喷面应保持垂直且距离宜为0. 6 1. 0m，喷射混凝土终凝后应及时喷水养护3d。3、可以采用冲击钻或洛阳铲等机械成孔，成孔后及时安设土钉以防止坍塌，土钉钢筋制作应按设计要求提前预制，使用前应调直并除锈去污，混凝土宜加人早强剂以提高早期强度，停止注浆如超过30min，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路后再继续灌注。4、钢筋网为6200mmx200mm双向，应与土钉连接牢固，保证在喷射混凝土时钢筋不晃动，钢筋网喷射混凝土面层应向上翻过边坡顶部1. 0m;钢筋搭接长度为35d，土钉端部锁定筋应与钢筋网，水平垂直加强筋相互焊接，加强筋直径416mm；钢筋网安装完毕并自检合格后，及时进行隐蔽验收。5、喷射第二层混凝上前，应去除第一层混凝土松散，松动的部分，混凝土的总厚度为100mm。6、第二层混凝土喷射完毕且终凝后，应及时洒水养护，日喷水不少于3次，养护时间不少于3d。(三)基坑监测1.应及时对支护结构及周边建筑物的安全性及稳定性进行跟踪监测；基坑开挖前，在2倍开挖深度以外，至少设置两处位移观测基准点。2.在基坑四周紧邻的围墙上合理布置监测点，基坑边缘以外12倍开挖深度范围内需要保护的物体及土钉墙支护结构本身，均应作为监控对象。本工程中把施工现场临时办公楼及靠东南侧的市场等建筑物的变形作为重点监测项目。3.各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。在雨期及土方开挖过程中，要适当加密观测频率，当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数，当有事故征兆时，应进行连续监测。4.观测结果要形成正式书面资料并作为边坡是否变形的依据，如发现边坡失稳或变形超标，应及时处理后方可继续作业。六、结论土钉墙支护深基坑工程与传统的支护形式相比，有以下特点:1、应用范围广，可用于临时支护、道路工程、桥台挡墙。2、材料用量和工程量少，施工速度快，工期可缩短一半以上。3、施工轻便、操作方法简单、对场地土层的适应性强。4、经济、安全可靠。土钉支护比灌注桩支护可节省造价的1323倍。七、结束语 土钉墙施工成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，保证了施工的安全。此外，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比，其造价低，施工方便。因此在条件允许的情况