软土地基基坑土钉—水泥搅拌桩联合支护施工工法

软土地基基坑土钉水泥搅拌桩联合支护施工工法1前言软土地基基坑土钉水泥搅拌桩联合支护施工技术，与以往沿海地区常用支护方法大直径钻孔灌注排桩加内支撑相比，具有施工速度快、经济合理等特点。我司自2001年开始在温州地区较早采用基坑土钉支护技术，由于在淤泥质软土中单独采用土钉支护存在许多影响稳定的因素，在基坑周边环境及地质条件不利的情况下，施工过程中遇到了基坑深度超过4M的土钉支护，需对不稳定的局部进行加固。改进后，在局部地质条件最不利的地段，在基坑附近有重要建筑物等设施，基坑深度超过4M时采用土钉水泥搅拌桩联合支护，有效地解决了这一难题，并且防止了基底隆起。通过多个工程实践总结其经验，形成此工法，在沿海地区软土地基基坑支护中可广泛应用。2工法特点201土钉水泥搅拌桩联合支护经济合理、技术先进、施工简便、安全可靠。202土钉支护工程量少，并且可以分段施工，随土方分层开挖进行分层支护，有效缩短工期；施工设备轻便，操作方法简单；结构轻巧，柔性大，有很好的延性。但在软土中设置土钉支护需特别谨慎，抗拔力低，需要很长很密的土钉，软土的徐变还可以使支护位移量显著增加，根据温州的工程经验，基坑深度大于4米小于7米的，土钉支护与水泥搅拌桩土体加固支护方法相结合可以控制变形在安全范围。203水泥搅拌桩施工工期短，施工过程无振动、无噪音、不排污、对相临建筑物无不利影响；能加固坑壁软土，增加侧向承载能力，并作为防渗墙阻止地下水的渗透，防止基坑开挖时边坡坍塌、基底隆起。3适用范围土钉水泥搅拌桩联合支护适用于7M以内的沿海地区软土（青灰色，流塑状，高压缩性，高灵敏度，层厚约15M左右，全场分布）基坑围护工程。4工艺原理401土钉水泥搅拌桩联合支护技术是由密集的土钉群，被水泥搅拌桩加固的原位土体，喷射混凝土面层和必要的防水系统组成。在土钉支护和水泥搅拌桩固化土体的共同作用下，阻止坑壁失稳，保证基坑开挖的安全。402基坑开挖前，沿基坑开挖线施工的水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械，在土体深处就地将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性和一定强度的优质土体，而且由于其结构比较致密，水分不易浸入，从而使水泥土具有足够的水稳定性。软土地区开挖深基坑边坡加固时，采用壁状（将相邻搅拌桩部分重叠搭接而成）或块状（由纵横两个方向的相邻桩搭接而成）加固型式。当桩长超过危险滑弧以下2，入土深度为基坑底面以下35M或一倍开挖深度时，能有效提高抗滑稳定性和防止基底隆起。403随基础分层开挖、分层支护的土钉是用48的周面带孔、端部密封的钢管作为钉体，采用顶压设备顶入的方法置入土中，并对钢管注浆，浆液通过钢管周面的出浆孔渗透至周围土体，钢管依靠与土体之间的界面粘结力或磨擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用来锚固原位土体。5工艺流程及操作要点51工艺流程图土钉支护施工基坑开挖有限深度水泥搅拌桩初步验收水泥搅拌桩成桩施工准备水泥搅拌桩桩机定位进入下一层直至坑底基坑底排水沟、集水井设置支护的内排水（泄水管设置）及坡顶的排水系统应按整个土钉支护从上到下的施工过程穿插进行。52操作要点521施工准备1施工前应具备下列设计施工文件1）工程调查与岩土工程勘察报告；2）支护施工图，包括支护平面图、剖面图及总体尺寸；标明全部土钉的位置并逐一编号，给出土钉的尺寸、倾角和间距，喷混凝土面层的厚度与钢筋网尺寸，土钉与喷混凝土面层的连接构造方法；水泥搅拌桩的直径、间距、置换率（水泥掺量占被加固土重的百分比）、桩长及加固型式；规定水泥、钢材、砂浆、混凝土等材料的规格与强度等级；3）支护整体稳定性分析及设计计算书；4）排水系统（在地表和支护内部设置适宜的排水系统）施工图，以及需要工程降水时的降水方案设计；5）施工方案，规定基坑分层、分段开挖的深度和长度，开挖面的裸露时间限制等；6）现场测试监控方案，以及为防止危及周围建筑物、道路、地下设施而采取的措施和应急方案。2施工现场事先应予以平整，必须清除地上和地下的障碍物。3施工前必须了解工程的质量要求以及施工中的测试监控内容与要求，如基坑支护尺寸的允许偏差，支护坡顶的允许最大变形，对邻近建筑物、管线、道路等环境影响的允许程度。4定搅拌桩桩位、基坑开挖线、轴线定位点、水准基点、变形观测点等，并在设置后加以妥善保护。522水泥深层搅拌机定位水泥深层搅拌机到指定桩位，对中、操平、校正垂直度，保证机身与地面成90。523水泥搅拌桩成桩1预拌下沉待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。2制备水泥浆待深层搅拌机下沉到一定深度时，开始按配合比拌制水泥浆，在压浆前将水泥浆倒入集料斗中。3提升喷浆搅拌深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入土中，并且边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。4重复搅拌下沉至设计深度为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度。5根据设计要求，喷浆或仅搅拌提升直至预定的停浆面。6清洗向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘在搅拌头上的软土清洗干净。524水泥搅拌桩初步验收1施工原始记录。施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录，并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。检查重点是水泥用量、桩长、搅拌头转数和提升速度、复搅次数和复搅深度、停浆处理方法等。应详尽、完善、如实记录并及时汇总分析，发现不符合要求的立即纠正。2开挖检验。成桩7天后，采用浅部开挖桩头，目测检查搅拌的均匀性，量测桩直径等。检查量为总桩数的5。3成桩后3天内，可用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1，且不少于3根。4对相邻桩搭接要求严格的，应在成桩15天后，选取数根桩进行开挖，检查搭接情况。5在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜少于总桩数的2，且不应少于5根；并应根据设计要求进行单轴强度试验。6对桩身质量有怀疑时，应采取有效补强措施。525基坑开挖1水泥搅拌桩初步验收合格，达到28天龄期强度才能开挖基坑。2基坑开挖前要先做好地面排水，或设置不透水的混凝土地面防止近处的地表水向下渗透。沿基坑边缘地面要垫高防止地表水流入基坑内。3土钉支护应按设计规定的分层开挖深度、作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉与喷混凝土以前，且注浆体强度、喷射混凝土面层强度未达到70以上时，不得进行下一层深度的开挖。每层挖深至土钉下0305M，每开挖水平段污泥层不得超过6M，并采用跳槽开挖，开挖出作业后应立即进行支护。严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动。4采用反铲挖掘机进行土方开挖，首先在基坑外围线挖深约10M，宽约30M的土卸载（也可采用二级卸载），再沿基坑内侧周边宽约57M，内斜进行分层分段开挖，基坑支护到坑底时基坑中部再大面积退土。机械开挖后，基坑的边壁采用小型机具或铲锹进行人工切削清坡打实，以保证边坡平整并符合设计规定的坡度，坡面平整度允许偏差为20MM。应尽量缩短边壁土体的裸露时间，及时进行土钉支护施工。5基坑中部退最后一层土原则上先挖基坑中央部分，后挖四周部分。机械开挖至板底标高后，承台采用人工开挖。采用“五边”法施工，即边挖土、边凿去工程桩上部多余桩长、边铺片石基层（土方开挖至设计标高后，一般先铺200MM厚片石灌砂，再浇100MM厚素混凝土垫层）、边浇混凝土垫层、边砌地梁和承台砖胎模。526土钉支护施工分段分层施工程序挖一层土压一排土钉设置泄水管铺设钢筋网喷射混凝土养护土钉注浆根据土体实际情况，如果土体的自立稳定性不良，为了减短开挖面裸露时间，也可以在挖土后先做喷射混凝土面层，而后再置入土钉。1土钉设置1）按设计要求定出钉位，并作出标记和编号。2）用48钢管作为钉体，必须按设计要求在施工前进行制作，包括管长、管周面出浆孔（开口直径为8MM，螺旋型布置，间距150MM）、端部封闭锥头、管与混凝土面层连接端部制作（一般采用紧贴钢管端部侧面，沿纵向对称焊上短段钢筋，再与面层钢筋网上附加的加强筋焊接，成为锁头固定土钉）。3）在钉位处将制作好的钢管用顶压设备顶入，顶入前设置三角形定位架，控制钢管的入土角度满足设计要求，土钉过长顶入困难时，应分段采用顶入一段焊接接长再继续顶入的方法，钢管露头100MM。钉位的允许偏差不大于150MM。记录钢管顶入长度，遇到地下障碍物时应调整位置重新顶入，不得影响支护安全。2设置泄水管泄水管插入坡面，其外端伸出支护面层，其间距和数量随水量而定，可为152。3挂网喷混凝土面层1）土钉支护的面层通常用50100MM厚的网喷混凝土做成，一般用一层钢筋网，钢筋直径为68，网格为正方形，边长200300MM，可采用焊接或绑扎而成，网格允许偏差10MM。钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于一个网格边长或200MM，如为搭焊则焊长不小于网筋直径的10倍。钢筋网可采用插入土中的钢筋固定在边壁上。钢筋网与主筋、主筋相互交接处及主筋与钢管交接处采用电焊焊牢。2）喷射混凝土配合比应通过试验确定。3）混凝土采用干拌料通过压力和管道送到喷射点，干料在出料口与水合成混凝土。混凝土的喷射顺序应自下而上，喷头距受喷面控制在0815M范围内，射流方向垂直指向喷射面。当面层厚度超过100MM时，应分二次喷射，每次喷射厚度为5070MM。为保证施工时的喷射混凝土厚度达到规定值，可在边壁上垂直打入短的钢筋段作为标志。4）喷射混凝土终凝后2小时，连续喷水养护57天。5）喷射混凝土强度可用边长100M立方试块进行测定，制作试块时应将试模底面紧贴边壁，从侧向喷入混凝土，按支护面积每500M一组，少于500M的支护不得少于三组。4土钉注浆1）喷射混凝土强度达到70以上开始注浆。2）采用DN20硬塑料管插入钢管底部进行压力注水清管，清洗钢管内泥浆。采用低压（0406MPA）方法注浆裹管。分三段注浆，第一段压力注浆时应用32高压管直通入管底注浆，拔出注浆管3M进行第二段注浆，再拔出注浆管3M，进行第三段注浆，直至达到注浆量与注浆压力要求。孔口部位应设置止浆塞。向管内注入浆体的充盈系数必须大于1。3）注浆过程中要做好记录，按土钉编号逐一记录注浆量、并和设计图比较，如发现较大偏差时，要及时反馈修改土钉的设计参数。4）注浆用水泥砂浆，浆体应搅拌均匀并立即使用。开始注浆前、中途停顿或作业完毕后用水冲洗管路。5）用于注浆的砂浆强度用707070（MM）立方试件经标准养护后测定，每批至少留取3组，给出3天和28天强度。527基坑底排水沟、集水井设置基坑底部应设排水沟和集水井，排水沟及集水井宜用砖砌砂浆抹面以防止渗漏，排水沟应离开边壁一定距离，可为051，井中积水应及时排出。6材料与设备61材料611水泥搅拌桩1固化剂宜选用强度等级为325以上的普通硅酸盐水泥。水泥掺量宜为1020。水泥浆水灰比可选用045055。2外掺剂根据工程需要和土质条件选用具有早强、缓凝、减水以及节省水泥等作用的材料。612土钉支护1土钉及注浆体采用48焊接钢管作钉体，管内注浆用水泥砂浆，配合比为10305（重量比），水灰比不宜超过045，若超过时加三乙醇胺早强剂，促使早凝和控制泌水。2网喷混凝土面层一层68HPB235钢筋挂网，网格为正方形，边长200300MM。加强筋采用HRB335，直径按设计。水泥、砂、石、外加剂组成喷射用混凝土，粗骨料最大直径不宜大于12MM，水灰比不宜大于045，并应掺早强剂等外加剂来调节所需工作度和早强时间。按设计混凝土强度做配合比。3泄水管可采用周面带孔，直径50100MM，长度300400MM的短塑料管，间距和数量按设计。62设备621水泥搅拌桩1深层搅拌机12台。可采用动力头式深层搅拌机，由动力头、喷浆装置、搅拌轴、搅拌头等组成。2每台深层搅拌机配套设备主要有灰浆拌制机、集料斗、灰浆泵、电气控制柜、电磁流量计等。622土钉支护1反铲挖掘机（配带盖的自卸翻斗载重汽车运土，数量按工程量大小确定）12台。（可采用型号WJ200）用于基坑开挖。2土钉顶入设备1台（可采用空气动力潜孔锤或利用现场挖土的反铲挖掘机）3挤压式灰浆泵1台（可采用型号UBJ1815KPA），用于向管内注入砂浆。规格、压力和输浆量应满足施工要求。4混凝土喷射机1台（可采用型号HPZ5KW）。输送距离应满足施工要求，供水设施应保证喷头处有足够的水量和水压（不小于02MPA）。5空气压缩机1台（可采用型号V9719M）。应满足喷射机工作风压和风量要求，可选用风量9M/MIN以上、压力大于05MPA的空压机。6交流电焊机2台（可采用型号BX300）。7切割机1台（可采用型号GJ40），用于切割钢材。8污水泵根据施工需要设置台数，可为46台，（可采用型号80）。用于排除基坑内集水。9混凝土搅拌机12台（可采用型号HBJ）。10砂浆搅拌机1台（可采用型号HJ2503KW）。11经纬仪1台（可采用型号J2），放线、测角、测水平位移。12水准仪1台（可采用型号S2），测沉降及高程。13全站仪1台（可采用NTS352），放线、测角、测水平位移。7质量控制71水泥搅拌桩质量控制711执行标准建筑地基处理技术规范JGJ792002、建筑基坑支护技术规程JGJ12099、建筑基坑工程技术规程DB33/T10082000、当地有关部门文件规程。712质量控制措施1施工前应确定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和提升速度等施工参数，并根据设计要求通过工艺性成桩试验确定施工工艺及水泥掺入量或水泥浆的配合比。数量不少于2根。2预搅软土应完全预搅切碎，以利于同水泥浆均匀搅拌。3水泥浆不得离析水泥浆要严格按设计的配合比配置，并在灰浆拌制机中不断搅动。4确保加固强度和均匀性严格按设计确定的数据，控制喷浆和搅拌提升速度及重复搅拌时的下沉和提升速度，压浆阶段不允许出现断浆，输浆管道不能发生堵塞。5水泥搅拌机械就位时应对中，最大偏差不得大于20MM，并且调平机械的垂直度，偏差不得大于1桩长。当搅拌头下沉到设计深度时，应再次检查并调整机械的垂直度。6确保壁状加固体的连续性要求相邻柱体搭接的，每一施工段宜连续施工，相邻柱体施工间隔不得超过24小时。713质量检验1对水泥搅拌桩的初步验收524条是质量检验方法的大部分内容。2定期进行沉降、侧向位移等观测，是检验支护效果最直观的方法。详见723第1条。72土钉支护质量控制721执行标准基坑土钉支护技术规程CECS9697、建筑基坑支护技术规程JGJ12099、建筑基坑工程技术规程DB33/T10082000、喷射混凝土施工技术规程YBJ22691和省、市、企业有关文件规定。722质量控制措施1支护过程中必须自始至终与现场的测试监控相结合，通过变形等量测数据、施工过程中不断挖掘的地质情况、现场在专门设置的非工作钉上进行抗拔试验的结果，及时反馈修改设计并指导下一步的施工。2设计施工文件中要规定控制支护变形的具体措施。比如限制每步作业的开挖深度和安排合理的挖土顺序，使开挖面上的裸露土体能在设置支护前的短时间内保持稳定，每步的开挖深度一般与土钉的竖向间距相应，通常为12M。3要充分考虑地表径水、地下水管变形后漏水和地下水的影响。支护在地下水作用下，其面层压力和土钉内力均会显著增加，泡水后土钉抗拔能力急剧下降。所以顶部、内部排水系统要认真施工，基坑内积水及时排出。723质量检验1施工监测1）支护位移的量测；2）地表开裂状态（位置、裂宽）的观察；3）附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察；4）基坑渗水、漏水和基坑内外的地下水位变化。在基坑开挖期间，每天监测不少于12次，变形较大时每天测23次，在完成基坑开挖、变形趋于稳定的情况下可适当减少监测次数。施工监测过程应持续至整个基坑回填结束、支护退出工作为止。对支护位移的量测至少应有基坑边壁顶部的水平位移与垂直沉降，水平位移及土体沉降监测点每1015间隔布置。深层土体水平位移监测点位置应选在变形量大或局部地质条件最为不利的地段，测点总数不宜少于3个，测点间距不宜大于30M。当基坑附近有重要建筑物等设施时，也应在相应位置设置测点。可用测斜仪量测支护土体的水平位移，用收敛计监测位移的稳定过程等。测斜管应深入到变形影响深度以下，约基坑深度的15倍。一旦土体产生位移，带动测斜管一起移动，测斜管的位移能够反映土体的实际位移，用测斜仪测头在测斜管内自下而上以一定间距于不同的深度处逐段滑动测量，得到管口相对于管底的总位移量。最大水平位移与垂直沉降一般发生在基坑边壁的顶部，施工开挖过程中，达到施工监测中的报警值（变形达到5MM天，并连续3天不收敛，或累计变形达到30MM，或周边变形超过H100，H为开挖深度）时报警，并分析原因决定及时采取加固、补强措施。2施工质量检查与支护验收1）支护的施工、验收应在监理的参与下进行。随时根据设计要求观察和检查施工过程的质量。2）支护施工所用原材料（水泥、砂石、混凝土外加剂、钢筋等）的质量要求以及各种材料性能的测定，均应以现行的国家标准为依据。3）施工单位按施工进程及时向施工监理和工程的发包方提出以下资料水泥搅拌桩初步验收524中所有资料；工程调查与工程地质勘察报告及周围的建筑物、构筑物、道路、管线图；初步设计施工图；各种原材料的出厂合格证及材料试验报告；工程开挖记录；注浆记录及浆体的试件强度试验报告等；喷混凝土记录（面层厚度检测数据，混凝土试件强度试验报告等）；设计变更报告及重大问题处理文件，反馈设计图；土钉抗拔测试报告；支护位移、沉降及周围地表、地物等各项监测内容的量测记录与观察报告；竣工图。4）支护工程竣工后，应由工程发包单位、监理和支护的施工单位共同按设计要求进行工程质量验收，认定合格后予以签字。5）在支护竣工后的规定使用期限内，支护施工单位应继续对支护的变形进行监测。8安全措施801执行标准建筑施工安全检查标准JGJ5999、建筑机械使用安全技术规程JGJ332001、施工现场临时用电安全技术规范JGJ462005和省、市、企业有关文件规定。802技术应急措施1随时对监测资料进行分析，确定变形产生的原因，全面分析周围环境的影响及支护效果。在发现土体水平与垂直位移达到报警值时，应及时发出警报并采取相应的限制变形措施。2限制变形措施有加大上排土钉的长度；增加土钉密度；在钉中施工加少量预应力；或施工垂直花管并注浆；顶部挖土卸载；砂袋或土方回填等。3应特别加强雨天和雨后的监测，以及各种可能危及支护安全的水害来源（如场地周围生产、生活排水，上下水道、贮水池罐、化粪池渗漏水等）进行仔细观察，及时找准部位增设泄水管，必要时可采取局部注水泥浆（掺速凝剂）封堵。803其它安全措施1离基坑边沿地面线6M范围内允许堆载15KN/M，严禁超载，并应减少地面动载。汽车、桩机、与挖土机若轮压在支护结构上时，必须用路基板（80MM厚）垫平后才能通过，超载时及是采取加固措施。2基坑转角处宜做成钝角。3最后一层土钉施工完，应立即浇筑混凝土垫层进行基坑封底。电梯井开挖底标高与基底标高相差较大时，应将基底垫层全部浇捣完，混凝土强度达到75以上时方可开挖电梯井土方。4分层分段土方开挖后，在离支护边1M处挖一临时集水坑，及时抽排坑内集水。5夜间挖土及支护时，照明充足。6支护做到底板底部开始大面积退土时，应特别注意保护工程桩。7基坑临边要设置防护栏杆，并有醒目的警告标志。8所有进场设备要有出厂合格证，特别是空压机应有检测报告。9地下室施工至000，外侧壁做好防水后，应及时回填夯实，缩短基坑支护受力时间。10特种作业人员均要持证上岗，所有施工人员均应接受三级安全教育及技术交底，并正确配带安全防护用品。9环保措施901场外运输按要求办理相关手续，采用规定车辆进行运输，避免沿途洒落，运泥车选用带密闭盖的并不准超载。在施工现场出口处设置洗车槽，对出现场的车辆进行清洗，避免污染场外环境。场内地面硬化、绿化，控制扬尘。902搅拌站和施工现场废水排放严格执行污水综合排放标准（GB89781998）和污水排入城市下水道水质标准（CJ30821999）。现场设置沉淀池，施工污水经处理达到排放标准后分别排入指定的市政管网。沉淀池定期进行清理，同时定期对现场排放水质进行检测，确保符合排放要求。903生产、生活垃圾不随意外排。10效益分析土钉水泥搅拌桩联合支护与沿海地区软土基坑支护常采用的钻孔灌注排桩加内支撑、钢板桩加内支撑、地下连续墙相比，造价低，工期短。钻孔灌注排桩加内支撑基坑支护不仅造价高，而且基坑如果占地面积大，形状不规整，内撑设置困难很大，内撑的存在给地下室施工造成许多障碍，地下室施工难度大，工期延长，综合效益降低。同时如果场地地下水位高，为保证周围建筑物、道路的安全，必须对基坑另加止水措施，增加了工程造价。钢板桩加内撑基坑支护，挖深7M时，需设二道支撑，支撑的存在给地下室开挖及施工增加了很大难度。地下连续墙基坑支护造价高。采用土钉水泥搅拌桩联合支护，所用水泥量少，水泥搅拌桩水泥用量仅占被加固土重的1020，水泥搅拌桩不需钢材、土钉及面层钢筋网的用钢量也甚为有限，材料用量远低于灌注桩和连续墙支护，并不需设置内撑。相互搭接的水泥搅拌桩形成重力式挡土墙，同时也是极好的止水围幕，还能隔振。在软土中先采用水泥搅拌桩对土体加固，再采用土钉支护，最大位移可以控制得很小。可以随时根据现场开挖发现的土质情况和监测的土体变形数据修改土钉的间距和长度，能及时采取措施加固。施工时对环境干扰很小。土钉支护是随开挖随支护，不占用太多的工期。土钉水泥搅拌桩联合支护不仅造价低，施工速度快，而且是一种安全有效的支护方法。11应用实例我司承建的温州葡萄居住区22A地块、温州乐清维也纳皇家花园、温州名人花园一期工程采用了土钉水泥搅拌桩联合支护取得了成功，也取得了较好的社会经济效益。实例一温州葡萄居住区22A地块位于温州市景山中学附属小学南侧，地下室一层，基坑挖深为45M，基坑周长约280M，地表1M左