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新型土钉墙技术在基坑支护工程中的应用江苏地质,26(4),221224,2OO2 文章编号:10036474(2()04022104 新型土钉墙技术在基坑支护工程中的应用 (江苏地质基桩工程公司,江苏镇江212021) 张建 摘要:新型土钉墙是在传统土钉墙的基础上和工程实践中发展起来的,其具体表现形式为止水型土钉墙,加强型土 钉墙及打入钢管注浆型土钉墙.实践证明,这种新型的土钉墙可满足不同实际工程的需要,显示出了它强大的生 命力. 关键词:新型土钉墙;土钉;基坑支护;施工工艺 中图分类号:TU942文献标识码:A 1前言 土钉墙是近30年发展起来的用于土体开挖和 边坡稳定的一种新型挡土结构,系由被加固土体,置 于原位土体中的土钉和附着于坡面的喷射混凝土面 层所组成,其受力机制类似于重力式挡土墙,从而使 开挖坡面稳定. 土钉墙用于基坑支护,一般适用于地下水位以 上或经人工降水后的人工填土,粘性土和弱胶结砂 土的基坑工程,其支护深度一般在5.0m一12.0m. 常用的土钉墙为钻孔注浆型土钉墙和打人式土钉 墙,这种传统的土钉墙形式在许多情况下应用受到 限制,不能满足实际工程的需要.随着技术进步和 实际工程的需要,近年来,土钉墙技术有了巨大的发 展,其具体表现形式为止水型土钉墙,加强型土钉墙 和打人钢管注浆型土钉墙.新型土钉墙技术系指这 种在传统土钉墙基础上发展起来的,可满足各种不 同实际工程需要的土钉墙技术. 2类型及结构形式 2.1止水型土钉墙 为防止基坑外地下水位降低而引起坑周建(构) 筑物,道路及管网I沉降.开发出一种止水型土钉 墙.这种土钉墙施工前先做止水帷幕,然后分层开 挖施工土钉和喷射混凝土面层.止水型土钉墙一般 由土钉墙和止水帷幕两部分组成,而止水帷幕通常 采用相互搭接的深层搅拌桩,高压旋喷桩或压密注 浆技术.这样就使土钉墙在不先进行降水处理的情 况下得到应用. 深层搅拌桩造价比较低,它适用于人工填土,一 般粘性土和粉土地层,当土质条件较差及地下水较 丰富时,可用双排甚至多排搅拌桩形成止水帷幕并 加固土体. 高压旋喷桩造价相对较高,但其适用范围广,施 工作业面要求小,作为止水帷幕时,一般地层均可适 用,为降低造价,可设计定喷或摆喷止水帷幕,只要 帷幕相互搭接封闭止水即可. 2.2加强型土钉墙 为限制土钉墙位移,采用土钉墙和预应力锚杆 联合使用的技术.即对于变形要求严格的工程,在 土钉墙的中部设置1排2排预应力锚杆,对土钉 墙施加初始预应力,这种加强型土钉墙,可大大地减 少墙体的位移,提高工程的安全度,满足不同实际工 程的需要. 预应力锚杆可采用纲绞线预应力锚索或钢筋预 应力锚杆,也可采用钢管预应力锚杆,锚杆锚头必须 与喷射混凝土面层连接可靠,可设置承压板或钢筋 混凝土梁,锚头承压板尺寸应足够大,以便将锚杆拉 力有效地传递到土钉墙及土体中. 收稿日期:20020815;编辑:齐运铎 作者简介:张建(1956一),男,江苏镇江人,江苏地质基桩工 程公司高级工程师. 江苏地质2OO2焦 2.3打入钢管注浆型土钉墙 传统的钻孔注浆型土钉墙施工存在着两个方面 的局限性,因而限制了其应用领域.其一是在成分 复杂结构松散的填土,砂性土,淤泥质土等地层中, 土钉施工难以成孔,如果采用带套管的大型预应力 锚杆钻机成孔,成本既高,又费时费力,这样就不能 显示出土钉墙的经济性和快捷性;其二是当土钉用 于止水型土钉时,钻孔穿过止水帷幕使地下水流失, 引起周围建筑物和地面道路的沉降,使止水帷幕达 不到止水的效果.此外,在水压力作用下,土钉注 浆,封口堵水也相当困难.为了解决和避免上述施 工困难,开发了打人钢管注浆型土钉墙,使土钉墙技 术得到了进一步的发展. 3土钉构造 在土钉墙工程中最主要的部分是土钉.止水型 土钉墙和加强型土钉墙工程中的土钉构造与传统的 钻孔注浆型土钉墙中的土钉构造基本一致,没有什 么区别.而打人钢管注浆型土钉,是将一根普通带 孔的钢管,利用特制的打人设备直接打人土体中,采 用二次注浆技术进行压力注浆,从而形成土钉.钢 管的材料和尺寸可根据设计的抗拔力大小确定,最 常用的为建筑工程中的脚手架钢管,其直径为 48mm,壁厚为3.5mm. 根据地层特点和设计抗拔力的大小,在钢管壁 两个方向或四个方向按梅花型设置出浆孔,孔径一 般为5mmlOmrn,间距为300ram一800ram,在出浆孔 上方,焊接I3031.605的角钢保护出浆孔并形 成倒刺,角钢倒刺长度一般为50mrn80mm,与钢管 问的夹角小于20较为适宜.这种倒刺具有两个方 面的作用,其一是保护出浆孔在打人过程中不被堵 塞;其二是增强了土钉与周围土体的锚固力. 为了便于钢管的打人,将钢管土钉头部做成锥 状,以减小打人阻力.此外,这种土钉的外端部lm 一 3m一般不设出浆孔,相当于锚杆的自由段,设置 的出浆口段相当于锚杆的锚固段. 4施工工艺 新型土钉墙的施工工艺与传统型土钉墙相同. 即挖一层土,设置一排土钉,铺设钢筋网片,喷射混 凝土面层.值得一提的是,在打人钢管注浆型土钉 墙施工过程中,当直接打人钢管有困难时,可先在土 体中施工一预导孔,其孔深一般不超过设计深度的 70%80%,孔径亦要小于倒刺的外径,以保证钢管 打人后具有一定的初始锚固力.钢管打人后,高压 浆液通过出浆孔渗人到管外的土体中,从而在钢管 周围形成类似于树根状的胶结体. 打人钢管注浆型土钉墙施工的关键技术在于控 制注浆压力和注浆量,其一般施工程序如下: 土钉制作:包括钢管下料,管壁打孔,焊接角 钢倒刺和端部成锥等工作. 定位打人:首先是土钉定位放线,然后振动或 锤击打人. 压力注浆:通常采用二次注浆技术,一次注浆 压力一般为0.3MPa一0.6MPa,二次注浆压力一般控 制在2MPa一4MPa.同时必须保证设计要求的注浆 量,浆液常用水灰比为0.50.6的水泥净浆. 铺设钢筋网片:通常采用.5200200或 怊300300的钢筋网片. 土钉头锚固:这种土钉与喷射混凝土面层的 连接无特殊要求,传统型土钉的连接构造措施(焊接 加强筋,焊接短角钢等)均能适用. 喷射混凝土面层:面层厚度为80ram lOOmrn,其强度等级一般为C20.基坑开挖一层后, 即喷射4cm厚混凝土,完成土钉制作后,铺设钢筋 网,喷射混凝土至设计厚度,也可视具体情况,土钉 制作后一次喷射混凝土至设计厚度. 5工程应用 5.1止水型土钉墙的工程应用 东台市人民医院住院大楼基坑支护工程,位于 东台市人民医院内住院部北端,设地下室一层,基坑 开挖深度日=7.25m7.75m.与基坑支护有关的 土层物理力学性能见表1. 从表1可以看出,一1层粉土的渗透系数 = 2.53104.cs,如果采用传统的钻孔注浆型土 钉墙支护方案,必须要进行降水处理.但由于该基 坑工程周边环境十分复杂,不具备降水条件,故其基 坑支护方案采用止水型土钉墙. 第4期张建新型土钉墙技术在基坑支护工程中的应用223 层号土层名称层厚/mr/(kN/m3)C/kPa/o排序土钉(锚杆)规格备注 根据基坑设计规范及岩土工程地质条件,选取土 钉几何尺寸,并对土钉的内部稳定性和外部稳定性进 行验算,最终确定的止水型土钉墙结构参数如下. 土钉长L=9.OOm,全长注浆,水灰比为0.6. 土钉孔直径dh=120mm,S=1.00m,S= 1.20m,共布设4排. 土钉钢筋:lq20,采用热轧级螺纹钢筋. 土钉倾角:a=15.(自水平向下倾斜). 面层:厚=100mm,砼强度等级C20,采用 . 5200200钢筋网片. 止水帷幕采用两排双轴深层搅拌桩,巾= 700mm,L=11.0m,搭接200ram,水泥掺人比为15%. 受施工场地的限制,止水帷幕局部采用三重管高压 旋喷桩. 在基坑开挖期间,基坑四周共布设了13个坑壁 水平位移监测点,从1999年6月10日至9月22日, 共进行了近100次观测,其结果表明,坑壁最大水 平位移为66mm,最大位移速率为0.33mm/d.此外, 施工过程中,对其周边建筑物和道路,管线进行沉 降及倾斜观测,未发现异常情况,基坑处于正常工 作状态. 5.2加强型土钉墙的工程应用 无锡中医院病房大楼基坑支护工程,大楼地面 以上17层,设地下室一层,基坑开挖深度H= 4.80m,局部为7.50m.基坑东侧紧邻3层医院制剂 楼,两者相距仅0.9m.为了确保医院制剂楼的正常 运转,该基坑支护采用土钉支护方案并在其东侧采 用了加强型土钉墙技术.其具体的工程地质条件及 加强型土钉墙结构参数见表2. 共布设4排土钉,其中第2,3排(M2,M3)为预 应力锚杆,锚杆长为9.0m,其中自由段L=3.5m,锚 固段L=5.5m.锚头处理采用承压钢板(400mm 400ram,=100ram),钢台座与横斜各两道q,16加强 筋相连接,锚杆预应力为70kN,其张拉在二次注浆 结束15d后进行. 根据现场实际情况,在基坑东侧设立了5个沉 降位移观测点,自2000年1O月2日至12月2日,累 计观测58次.东侧最大水平位移为3mm,最大沉降 量为5mm.基坑支护工程取得了成功. 5.3打入钢管注浆型土钉墙的工程应用 无锡庆丰有限公司35kV变电所基坑支护工程, 挖深为3.6m一4.2m.工程地质条件较复杂,与基坑 支护有关的土层为:杂填土:杂色,含大量煤渣及 砖瓦,碎石,块石等,夹少量粘土,结构松散,层厚为 3.3m4.2m.粉质粘土:稍湿,硬塑,层厚1.2m 2.2m.从以上可以看出,在基坑支护深度范围内几 江苏地质2002年 乎全部为成分十分复杂的松散杂填土,基坑支护采 用传统型土钉墙,其土钉成孔十分困难.故采用打 人钢管注浆型土钉墙支护方案,其具体的结构参数 如下: 土钉长L=9.00m,1钢管,壁厚= 3.5mm.采用二次注浆技术,浆液为水灰比0.55的 水泥净浆. S=S=1.00m,a=10共布设4排. 面层厚100mm,喷射混凝土强度C20,采用8 300300钢筋网片. 在基坑四周共布设了lO个沉降位移观测点,观 测结果表明,其最大水平位移量为llmm.符合设计 规范要求,周边道路,管线及建筑物均未产生不良影 响,取得了预期效果. 6结语 随着科技的进步和不同工程实践经验的不断积 累,土钉墙技术得到长足的发展.新型土钉墙技术 是在传统型土钉墙的基础上发展起来的,是在不同 的工程实践中形成的,其具体的表现形式为止水型 土钉墙,加强型土钉墙和打人钢管注浆型土钉墙. 它的形成经历了实践一认识一再实践的发展过程, 具体体现在新型土钉墙技术可满足各种不同的实际 工程的需要,因此,新型土钉墙技术显示出了它强大 的生命力,必将得到全面推广应用. ApplicationofNewSoilnailingWallTechnologyintheFoundationPitsSupport (Jiangsu.gicalPiliIlgComp,Zhenjiang212021,China) Ab蛐阳:11leI1ewsoil-nailingwalldikeisdevelopedinthebasisoftraditionalsoil-nailingwallsande,ineeringco-onanditsinfact asealingaction,enforcednailwallandslurryinjectionwithsteelpipe.TheconstructionshowsthatthisI1ewwallcanmeetIeliIHnel吐sfrom differenterinsconstructions,dem0fl吕;I礴I1gaperfectat:Ecation.So,theI1ewtechnologyshouldbeusedintheeI.mee疵lgsllueUln ludinsfoundationpitssupport. Keywords:Newsoil-nailingwall;Soilnail;Foundationpitsupport;Constructionprocess;Zhenjiang,Jiangsu 2002年度江苏地质审稿人,青年作者名单 审稿人 蔡则健陈若