复合土钉墙支护技术及其工程应用

复合土钉墙支护技术及其工程应用摘要：复合土钉墙是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，在基坑工程中得到了广泛应用。简述了复合土钉墙的构造设计和常见形式，介绍了放坡土钉墙支护技术在基坑工程中的应用。关键词：基坑支护；土钉墙；复合土钉墙；放坡中图分类号：U655.4文献标识码：A文章编号：一、复合土钉墙技术简介土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种挡土结构，它由被加固土、放置于原位土体中以较密问距排列的细长金属杆件(土钉)及附着于坡面的喷射混凝土面板组成，形成一个类似重力式的挡土墙，以此来抵挡墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。对于需要严格控制土体变形的基坑来说，可将土钉与具有主动约束机制的预应力锚杆联合形成复合土钉墙支护结构，达到即保证基坑开挖稳定又控制基坑变形的目的。复合土钉墙是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构。它是将土钉墙与预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩、微型桩及钢管土钉等结合起来，形成的一种复合支护技术。二、复合式土钉墙的构造设计1、止水帷幕水泥土深层搅拌桩止水帷幕效果好，应用较普遍。搅拌桩法适合于人工填土、淤泥、淤泥质土、粉土和粘性土（fsk120kPa)等软土地层。搅拌桩的排数一般为l3排，根据工程需要，可选用壁状或格栅状的墙体结构型式。桩伸入基坑底部35m，最好能进入到坑底不透水层l2m。高压旋喷桩造价比深层搅拌桩高，但适用地层广泛，如粘性土、砂性土均可以。采用二重管法或三重管法进行旋喷，或采用定喷或摆喷方法做止水帷慕。旋喷桩直径600l000mm，相互搭接100200mm。2、微型桩微型桩常采用直径10030Omm的钻孔灌注桩，桩插入基坑底面以下35m。微型桩配置钢筋笼或型钢，配置型钢时，以l622号工字钢应用最多。微型桩上常设置小型冠梁或连梁，将桩连接在一起，连梁上可设置一道预应力锚杆(或土钉)。3、土钉目前，常用钻孔注浆式土钉。先在土坡上钻一定深度的横孔，然后置入变形钢筋，沿全长注入水泥浆填孔，浆液固结后使钉杆与孔壁土体牢牢地粘结在一起。该类土钉钻孔直径为70120mm，土钉杆筋多为直径l632mm的、级螺纹钢筋。4、预应力锚杆对于有锚杆参与组合的复合式土钉墙，预应力锚杆可采用钢绞线、粗钢筋、钢管等。锚杆头部必须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置承压板和喷射混凝土连梁。预应力锚杆设计荷载一般为300KN左右。预应力锚杆起到控制土钉墙侧向位移的作用，应根据基坑深度和控制变形要求，确定锚杆的层数和锚固长度。三、复合式土钉墙常见形式复合土钉墙将土钉墙与预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩、微型桩及钢管土钉等结合起来，常见的有以下几种基本形式。见图一。图一复合土钉墙常见形式1、土钉支护+土层锚杆对于基坑周围变形要求比较严格的情况，常采用土钉与锚杆复合式支护技术，可以有效地控制基坑变形，大大提高基坑边坡的稳定性，应用非常广泛。预应力锚杆一般施作在基坑顶部的第12排，对主动区土体施加初始力，限制基坑的位移，把土压力荷载传递到深部的稳定地层中，调动深部稳定地层的潜能，土钉支护体系、锚杆、深部稳定土层紧密联系在一起，共同承受荷载，使基坑边壁稳定并减小位移。土钉与锚杆二者结合可以有效地提高土体的力学强度，比之单独土钉支护或锚杆更有效，是复合土钉支护常用而有效的形式。但是这种复合支护方式要求面层和自由段的土体应有足够的抗压强度，因此在土、砂土等不良地质土层中，预应力达不到设计值，不宜使用该种支护方式。2、土钉支护+止水帷幕当基坑有防渗要求，防止因基坑外地下水位下降过大而引起地面沉降过大时，可以采用土钉与止水帷幕复合支护形式。基坑开挖前，先采用深层搅拌法或高压喷射注浆法形成水泥土止水帷幕，然后再分层开挖施工土钉和喷射混凝土面层。止水帷幕的作用在于阻止基坑开挖后土体渗水，保证开挖面土体局部的自立性，减少基坑底部的隆起。这种形式适用于软弱土层。3、土钉支护+超前微型桩基坑开挖前，在开挖线外侧垂直打入钢管，在钢管内高压注入水泥浆，形成沿基坑开挖线以一定间距分布的一组微型桩。基坑开挖过程中，按照土钉施工方法，分层开挖，分步设置土钉与喷射混凝土面层，并与微型桩联成一个整体。这种支护方式适用于土质松散，自立性差的土体。对于限制基坑的变形、增加边坡的稳定性是十分有利的，但不能起到止水隔水的作用。4、土钉墙+放坡+外加剂（粘稠剂、密实剂）该种土钉墙，我们称复合放坡土钉墙。一般的土钉墙都作直坡，或稍微倾一点，放坡土钉墙是根据库尔曼公式分层计算确定各土层的开挖密度及坡角，在基坑开挖至设计深度后，配合挖土每开挖一段就浇筑一段坡脚矮墙，该矮墙既可保护边坡稳定，同时也可作为浇注基础底板的外模使用，便于后期土建施工，放坡有利于开挖和边坡的稳定性，为了提高它的安全程度，保证坡体的整体效应，击入土钉，对土体潜在滑动面进行加固，同时主体中应加适当的外加剂。复合土钉墙在有的工程中是以上几种方法综合使用，在土钉墙的施工中，不但要做好支护方案，同时也要作好一些隔渗、防水、降水措施，还要不断的进行变形观测，开挖后立即筑墙，击土钉，对于特别软弱的地基应采取超前加固措施。四、复合式土钉墙支护方案选用建议1)土质条件好，基坑开挖较深(5m)，应优先选用土层锚杆参与组合的复合式土钉墙支护。2)若基坑上部不能放坡开挖时，土钉墙部分应垂直支护，如土层软弱，需在土钉墙与护坡桩之间加设水泥土搅拌桩止水帷幕进行超前支护，即构成土钉墙+止水帷幕+护桩+支锚系统的复合支护体系。搅拌桩双排布置时，后排桩是否需要插入型钢，应视支护工程实际情况而定。3)遇较厚的淤泥或淤泥质粘土时，可采用土钉墙与微型桩(或SMW工法)组成的复合支护。如基坑较深，具备内支撑作业条件时，采用土钉墙+护桩+内支撑系统组成的复合支护较好。4)对于流塑、软塑粘土层中深大基坑，为控制挡墙侧向位移，提高土体抗剪强度指标(内摩擦角、粘聚力c)，降低护坡桩的入土深度，在基坑开挖前可采用深层搅拌法、高压旋喷注浆法或静压注浆等方法对墙前土体进行加固，加固深度36m，宽度59m。5)有深搅桩等止水帷幕参与复合式土钉墙支护时，只在基坑内侧设置降水井点(或明沟排水)即可；并应按水土分算法计算基坑外侧的水平荷载标准值，以确保支护结构受力计算的安全性。五、结论1)复合式土钉墙是在传统土钉墙的基础上，配合采用预应力锚杆、水泥土搅拌桩、超前树根桩(微型桩)等技术措施，以控制土钉支护的变形，满足环境对支护技术要求而形成的一种复合支护技术。基坑工程实践证明，该项支护技术应用效果显著。2)对于垂直开挖的基坑，如采用复合式土钉墙支护的设计方案，既扩大了土钉墙的应用范围，又确保了支护体系的安全性，最大限度地降低经济成本。3）对于周围场地较宽阔，具备放坡条件的基坑，采用放坡与土钉墙支护相结合的复合支护方式，往往既能整个保证基坑结构的安全，又能降低经济成本，取得比较好的经济效益。4）在实际工程中，由于土层的复杂性及施工中各方面因素的影响，单独使用某种支护形式，有时往往达不到工程要求。为了控制基坑开挖过程中变形，提高基坑的稳定性，以达到安全、经济、实用的目的，通常根据具体工程情况，将各基本形式加以组合，对基坑进行支护。常见的有土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆、土钉墙+微型桩+预应力锚杆、土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆等组合形式。参考文献：1陈肇元，崔京浩土钉支护在基坑工程中的应用M北京：中国建筑工业出版社，l9982龚晓南土钉和复合土钉支护若干问题J土木工程学报，2003，36(10)：80833杨志银，张俊，王凯旭复合土钉墙技术的研究及应用J岩土工程学报，2005，27(2)：l5