施工论文4906625954

1、复合土钉墙技术的探讨及应用赵勇刚(2010000548)【摘要】 :介绍了复合土钉墙的4种主要模式，对它们的适用条件、设计计 算方法及构造型式进行了论述，并结合工程实例，对复合土钉墙在复杂地质条件 下的使用状况进行了阐述。【关键词】 :复合土钉墙；基坑支护；土钉；锚杆；止水帷幕；微型桩Abstract: In the paper, four new types of posite soil nailing walls are introduced These posite walls include binations of soil nailing with prestressed anch

2、ors, with cut-off wall (deep mixing piles or jet grouting piles) and prestressed anchors, with micropiles and prestressed anchors, and with prestressed anchors, cut-off wall and micropiles Conditions under which each of the four binations is applicable are stated in detai 1. Design and methods using

3、 a circular sliding surface to check the overall stability and the met hod of pullout resistance of soil nailing are presented The structural characteristics of soil nail, cut-off wall, prestressed anchor and micropile are also introduced Finally, a successful example using posite soil nailing wall

4、is described In this example, the posite soil nailing was used as a shoring system for deep foundation pit excavation at a site where difficult geological conditions existKey words： posite soil nailing walls； shoring system for deep excavation； soil nail； anchor； cut-off wall； micropileo.前言土钉墙是III天然

5、土体通过土钉墙就地加固并与喷射栓面板相结合，形 成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定， 这个土挡墙称为土钉墙。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，它是将土钉墙与深层搅拌桩、旋喷桩、各种微型桩、钢管土钉及预应 力锚杆等结合起来,根据具体工程条件多种组合，形成复合基坑支护的一种技术, 它弥补了一般土钉墙的许多缺陷和使用限制，极大地扩展了土钉墙技术的应用x 围。复合土钉墙技术具有安全可靠、造价低、工期短、使用x围广等特点，获得 了越来越广泛的工程应用。1 土钉墙的应用领域土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，半应用于 永久性构筑物时，

6、宜增加喷射栓面层的厚度并适当考虑其美观，LI前土钉 墙的应用领域主要有：（1）托换基础（2）基坑支挡或竖井（3）斜坡面的挡土墙（4）斜坡面的稳定（5）与锚杆挡墙结合作斜面的防护钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为12米，在 施工土钉杆、面层喷射栓期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定， 因此主要适用于：（1）有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土 边坡。（2）适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标 高的情况。（3）对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般 不经济。（4）对于朔性指数Ip20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方 可采

7、用。（5）对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。（6）不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保 持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想， 因此也不宜采用。（7）土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等 土质作永久性支挡结构。2. 复合土钉墙的种类根据理论研究和工程实践，复合土钉墙主要有下列儿种类型，见图。2. 1 土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆（图1 （a）是应用最为广泛的一种复合土钉 墙形式。山于降水经常引起基坑周围建筑、道路的沉降，造成环境破坏，引起纠 纷。所以，一般情况下，基坑支护均设置止水帷幕。止

8、水帷幕起止水和加固支护 面的双重作用。止水帷幕可采用搅拌桩、旋喷桩及注浆等方法形成。山于搅拌桩 止水帷幕效果好，造价便宜，所以在可能条件下均釆用搅拌桩作为止水帷幕，只 有在搅拌桩难以施工的地层使用旋喷桩。止水后土钉墙的变形一般较大，在基坑 较深，变形要求严格的情况下，需要釆用预应力锚杆限制土钉墙的位移，这样就 形成了最为常用的复合土钉墙形式，即，土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆。这种 形式之所以应用广泛，是因为它满足了大多数实际工程的需要。在设计中，根据 基坑深度、工程地质及周边环境条件，计算选择这种复合土钉墙的各种参数。2. 2 土钉墙+预应力锚杆出地层条件为粘性土层和周边环境允许降水时，可不设

9、置止水帷幕，但基坑 较深及无放坡条件，采用土钉墙+预应力锚杆（图1 （b）这种复合土钉墙形式，2. 3 土钉墙+微型桩+预应力锚杆当基坑开挖线离红线和建筑物距离很近，且土质条件较差，开挖前需对开挖 面进行加固，搅拌桩乂无法施工时，采用土钉墙+微型桩+预应力锚杆（图1（C） 这种复合土钉墙支护形式。微型桩常采用直径100300 mm的钻孔灌注桩、型钢 桩、钢管桩以及木桩等，预应力锚杆加强土钉墙，限制土钉墙位移。2. 4 土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆当基坑深度较大，变形要求高，地质条件和环境条件复杂时，采用土钉墙+ 止水帷幕+微型桩+预应力锚杆（图1 （d）这种复合土钉墙形式。这种支护形

10、式常可代替桩锚支护结构或地下连续墙支护。在这种支护形式中，预应力锚杆一 般23排，止水帷幕一般为旋喷桩或搅拌桩，微型桩直径较大或采用型钢桩。喷射混Mg脚迹止水帷整（F）3. 复合土钉墙的构造3.1止水帷幕复合土钉墙中经常用到止水帷幕，止水帷幕一般采用相互搭接的深层搅拌桩 或高压旋喷桩，伸入基坑底部2-3 m,并需要穿过强透水层，进入到不透水层12 mo深层搅拌桩造价比较便宜，它适合于人工填土、一般粘性土和中粗砂以下的 砂土地层。单头搅拌桩直径常釆用500600mim间距400450 mm。当土质较差 及水量较大时，可采用两排或三排搅拌桩形成止水帷幕并加固土体。新开发的多 头大功率深层搅拌机，一

11、般地层均可适用，扩大了搅拌桩帷幕的应用X用。高压 旋喷桩造价较高，但它适用XRI广，施工空间要求小，作止水帷幕时，一般地层 均可适用。旋喷桩直径一般为600lOOOmim搭接100200 mim也可做成相互 搭接的定喷或摆喷止水帷幕，这样可降低工程造价，一般可满足实际工程的需要。 复合土钉墙中的止水帷幕，除作止水功能外，常有加固地层和稳定开挖面的作用, 所以对搅拌桩或旋喷桩的强度有一定要求，其水泥掺量也较常规的搅拌桩或者旋 喷桩为高，并常选用早强型水泥品种，桩身强度一般可达到l3MPa3. 2预应力锚杆在复合土钉墙的中部设置13排预应力锚杆，对土钉墙施加初始背拉力，可 大大减少土钉墙的位移，提

12、高工程的安全度，满足不同实际工程的需要。预应力 锚杆可采用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆，也可釆用钢管预应力锚杆。锚 杆锚头必须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置承压板和喷射混凝土连梁，锚头 承丿玉板或连梁通过讣算确定，保证足够的强度和刚度，将锚固力有效地传递到面 层或土层中。复合土钉墙中预应力锚杆与桩锚体系中的预应力锚杆有所不同，设 计荷载不宜过大，一般宜小于300 kNo3. 3 土钉在复合土钉墙中除使用传统的钻孔注浆型土钉外，常常采用新型的打入注浆 型钢管土钉，以解决在砂层或软土中土钉成孔问题和成孔穿透止水帷幕时的漏水 问题。土钉长度一般612m,间距l2m,其它的土钉构造及连接与普通土

13、钉墙 相同。L仃堆去農切但.j* in朱询jMiT箕龙仗42017-IQDA.A4-心出图土钉墻袁热单位5”4. 4微型桩在实际工程中，常根据需要对土钉墙采取各种各样的加固措施，以增加结构 安全性，微型桩是应用较多的加固方式，满足了不同工程的需要。微型桩常采用 直径100300 mm的钻孔灌注桩，桩插入基坑底面以下23 m。微型桩配置钢筋 笼或型钢，配置型钢时，以1622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，连梁上常设置预应力锚杆或土钉。%壬.图2小北站钻孔桩典盘地质削而图复合土钉支护作用机理：体系的设计思路是通过土钉来调动土体浅部滑裂面外 的潜能，通过预应力锚杆的预

14、应力来渊动上体深部潜能，通过密排微型桩的被动 挡土作用控制上层开挖过程中的侧向位移，将主动支护与被动支护有机地结合， 大大提高边坡的稳定性，有效地控制开挖过程中的坡顶变形量；当边壁士体含水 量较大时，网喷混凝土而层不易与土体粘结在一起，若喷层直接喷在水泥土搅拌 桩或旋喷桩上，则很容易粘结在一起，水平土钉的压密注浆及二次压力灌浆，增 强了土钉的抗拔力，山于浆液的渗透，同时对土体有加固作用，对抵抗基底隆起、 管涌等起重要作用；预应力锚杆设置在较好的土层中或设置在估算的滑移面以 外，通过预加应力限制基坑的位移，把土圧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，使土钉支护体系、锚杆.深部稳

15、定土层紧密联系在一起, 共同承受荷载，使边壁稳定并减小位移；在土钉与止水帷幕复合支护中，搅拌桩 的水泥掺量较常规搅拌桩或旋喷桩高，并常选用早强型水泥品种，桩身强度一般 可达13MPa,除止水功能外，常有加固地层和稳定开挖面的作用；在土钉与桩 锚复合支护体系中，桩间土钉的作用之一就是承受一部分土压力荷载，稳定桩问 的局部土体；超前加固大大提高了边坡开挖过程中的稳定性，有效控制了开挖过 程中的坡顶变形量。4. 工程实例4.1工程概况畔山花园位于XX市福田区彩田路3,地下3层，地上34层，总建筑面积 96000 m2,其中地下室建筑面积为18000 m2。基坑开挖轮廓（长X宽）为92 m x 73m

16、,开挖深度约11.65 m。4.2地质条件及周围环境该基坑开挖X用内自上而下主要地层有：人工回填土，埋藏植物层，淤泥质 粘土，粉质粘土，粗砾砂，残积粘土层等。基坑东侧和南侧有较密的管网和重要 交通道路，特别是南侧，道路下有煤气管，排洪沟，,下水管等7种管线，离 基坑最近处只有2m。北侧相邻建筑为沉管灌注桩基础，西侧为待建小区道路。 4. 3支护方案根据地质和周边工程条件，基坑支护南、北、东3面采用复合土钉墙第一 种模式，即单排深层搅拌桩止水帷幕+土钉墙+预应力锚杆，其中南侧为保护坑 边煤气管，在长约36m的地下车道处（坑壁距煤气管约3m）增加了一排型钢微 型桩，即采用复合土钉墙第4种模式。支护

17、参数为，深层搅拌桩0500400,桩长 14 m； 土钉设置7排，长度1012m採用打入式高压注浆钢管土钉（048、53.5）；预应力锚索设置两排，长1618m,由3根0 J15钢绞线组成；微型桩直径0250,配置型钢为18。工字钢；基坑西侧为普通 土钉墙，并设有5 口降水井。基坑东侧支护典型剖面如图4所示。4. 4施工与监测情况该基坑于1999年68月完成基坑开挖和支护工作。施工期间进行了较全面 的工程监测，包括基坑周边水平位移，坡顶和邻近道路的沉降观测，地下水位观 测，坡体位移观测（用测斜管测斜）。根据监测结果，至1999年8月底，基坑 周边位移多数点在40 mm以下，少数点达到5060 mm；沉降值多数点在30 mmX 围内，特别是在管线密集的东侧和南侧沉降值基本在20 mm以下。坡体位移观 测南侧较大位移部位在地下4580m,位移值2728 mm；东侧最大位移在地面 卜4590m,位移值在4143mm之间。总之，基坑稳定情况良好。监测也发现, 在台风和暴雨以及西侧修路、挖沟、积水对边坡部分测点位