复合土钉墙在深基坑中的应用

复合土钉墙在深基坑中的应用【提要】通过上海市肺科医院基坑土钉支护工程实践，表明土钉支护在复杂地质条件及较深基坑中的适应性及可行性。【关键词】土钉墙深基坑止水沉降位移一、引言3年来，土钉墙基于其明显的价格优势和方便快速的施工特性，在浅基坑中的应用越来越广泛了。但由于土钉墙对于地层的依赖性很强，上海又是典型的高含水量的软弱土层，故面对较深基坑（6M以上）时是慎之又慎的，一般所采取的设计及施工手段无外乎以下几种地下连续墙、钻孔灌注桩搅拌桩止水、钢板桩、沉井以及稍后出现的SMW工法等。而笔者在本工程中大胆使用了土钉墙作为围护措施，为业主节省了近百万的资金。一、工程环境及地质条件工程位于五角场上海市肺科医院园内，为12层的病房大楼，长70M，宽22M，基础为桩箱结构，基坑挖深为615M。工程桩采用350350钢筋混凝土预制桩，桩长28M。东侧距基坑16M处有一幢6层医技楼；西北面15M处为医院保留之二层建筑；北侧为花园和病房老楼，同时有150煤气管线。基地范围内有暗浜与人防存在。上海地矿完成了本工程的地质勘察工作，地质报告提供土层分布情况及围护设计有关参数见表1（略）。二、基坑支护设计方案基坑围护的目的就是要解决两个问题；挡土及止水。就本工程而言，就是要采取有效的措施防止支护体系产生过大位移，对邻近建筑及管线造成有害影响；同时防止地下水位的下降及流砂的产生从而导致邻近建筑的有害沉降。本工程开挖深度为615M，通常可采取钻孔桩水泥土搅拌桩支撑工艺或者SMW工艺，搅拌桩坝体一方面较难控制位移量且现场无施工间距；而肺科医院的特殊环境同样也不允许钢板桩的施工。基于工期紧张及造价控制诸原因，设计人员考虑采用“复合土钉墙”工艺，尽管此深度已远超出之前市区土钉墙工艺所能对付的基坑深度。所谓“复合土钉墙”支护就是以水泥土搅拌桩或竖向压管注浆帷幕等超前支护措施解决土体的自立性、隔水性，以水平向压密注浆及二次压力灌浆解决土体加固及土钉抗拔力问题，以一定的插入深度解决坑底的抗隆起和管涌问题，由止水帷幕、超前支护及土钉三者组成的复合型的土钉墙支护方式。本工程的另一特点为基地土层渗透系数较大，现场水位很高，基地内砂性土发育，勘察报告显示深度19M范围内均为砂质粉土，渗透系数达104CM/S。施打预制方桩时出现地基土下陷，同时地下水突冒的现象。因此，解决水的问题是本基坑围护设计首先要考虑的问题，最终决定采用单排水泥土搅拌桩搭接300作为止水措施，同时为节约计，顶部15M范围内不施打搅拌桩。本工程总共施打5排土钉，水平向与竖向的间距均为1米，钉长一般为69M，顶部有所加长。详见附图二。三、坑支护设计的难点难点之一基坑西北侧紧贴坑边为电梯井落深区，挖深达855M，同时邻近使用中二层办公用房仅15M。855M的坑深用土钉墙来作为围护措施无论从计算还是实践都无法解决，势必要结合其他方法才能予以解决；同时处于砂性土地区深坑的坑底隆起无法回避。因此设计采用上部6M范围内的复合土钉墙工艺结合下部水泥土搅拌桩坝体的思路以期解决基坑的稳定问题，同时考虑坑底用搅拌桩进行加固，以防止坑底隆起。难点之二因现场施工要求，需要在紧贴基坑中央设置100吨塔吊。一方面要保证基坑的稳定，另一方面也要保证塔吊的安全及正常使用。设计考虑用搅拌桩加固基础下土体以解决地基承载力问题，同时辅以土钉来控制开挖过程及基坑暴露后塔吊的侧向位移。五、计算结果最后一工况土钉受力和承载力及基坑稳定性Q钉土粘结强度TJK土钉所受荷载TUJ土钉承载力TG土钉材料抗拉强度土钉墙整体稳定验算安全系数266土钉墙稳定验算抗滑移K113抗倾覆K314六、护施工基坑围护施工主要由两步止水帷幕和土钉施工（挖土）。由于止水用搅拌桩为单排桩，施工时并没有对相邻建筑产生影响，围墙也基本无变位。与传统的围护工艺不同，土钉墙工艺使得挖土与围护桩（钉）同步进行，实际上挖土是为土钉的施工服务的。土钉墙的施工一般应按照土方开挖土钉制作土钉打入网片绑扎及焊接面层喷砼土钉注浆的顺序施工。特别为控制主体的初始位移，土方的开挖应严格地遵循分层分段的方法，严禁超挖。每段长度由投入施打土钉的施工人员来确定，一般控制在25M左右，宽度为8M左右，同时应注意中间部位留土的安全。由于土钉工艺的特殊性使得井点降水装置得以保留较长时间，所以坑内土体相对干燥，有利于进行边坡修整，以保证边坡的平整和挂网及喷砼的质量。而二层以下的上钉施打过程中为避免破坏止水用搅拌桩，先用水平钻机钻孔，然后再打入土钉。所注浆液应为新鲜的普通硅酸盐水泥，严格控制水灰比，本工程没有添加早强剂，注浆完成后及时封堵土钉管口，以免浆液流失。同时根据现场监测情况严格控制注浆量，避免造成对周围管线的影响。七、施工中特殊情况的处理由于土钉墙工艺是边开挖边施工，所以针对实际复杂情况的修正不可避免。基坑西侧二层土钉施打时在4米范围内碰到地下人防，土钉无法按设计长度及深度打设，所以采用局部平衡法，在此范围内用短钉代替，在人防底部用加长土钉予以弥补。基坑西北侧二层建筑处在施打第一排土钉时基本没有位移及沉降，但在第二排土钉施打时产生明显沉降，其时正逢雨季，给设计与施工带来困难。其中规律性的是土钉钢管打入时产生较大的即时沉降，注浆后稍有回升，然后随着浆液的凝固稍有沉降后逐步稳定，如此循环往复。设计认为使二层建筑物不产生有害裂缝，应控制其相对沉降量。所以在远离坑边区域适当减小浆液注入量，以增大最终沉降量；而在近坑侧增加注浆量以减少最终沉降量，这样能控制二层建筑沉降基本均匀。如此四道土钉打设完毕，基坑开挖到底后，二层建筑的不均匀沉降控制在规范允许的范围内，墙体没有裂缝。八、基坑监测情况基坑东侧6层医技楼下沉量最大的测点F2，下沉52MM，平均下沉44MM；基坑北侧病员疗体所二幢楼房没有设置测点，外观无裂缝；同时，为掌握开挖期间基坑变形，对坡顶进行了水平向监测。基坑西侧Q3点向坑内位移35MM；北侧长边中间Q5点为3LMM；而南侧100吨塔吊侧Q11为32MM。煤气管线平均下沉6MM，向坑内位移58MM。需保留的二层建筑最后沉降为28MM，结构完好，毫无裂缝，达到了预期目的。九、结论1土钉墙施工设备简单，耗电量小，占用场地少，适合于较狭小环境内施工；2由于采取自上而下，分层分段施工的方法，可以及时根据实际情况调整施工方案，具有相当