复合土钉墙围护结构在超大深基坑中的应用_secret重点讲义

1、 复合土钉墙围护结构在超大深基坑中的应用 引 言土钉墙是采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构，它通过打入或钻孔置入土体的钢筋、钢管或角钢等钉体与周围土体的粘结力或摩擦力平衡土体发生变形时的主动土压力，从而达到加固边坡的目的，是一种被动式后张围护结构。土钉墙因其施工便捷、成本低、工期短等优点在上世纪九十年代起得到广泛应用，一般适用于开挖深度不超过12m的基坑中。而在长三角地区，由于地下水位埋深较浅、土质较差，土钉墙一般被用于挖深7m以内的基坑中，这大大限制了土钉墙应用范围，而其它如地连墙、钢筋混凝土灌注桩、SMW工法等围护结构也相应的增加了施工难度和成本投入。于是出现了另一种形式的土

2、钉墙围护结构复合土钉墙。复合土钉墙是在原有的土钉墙围护体系中增加止水系统及降排水系统，降低水对坑壁及坑底的影响，从而增加了土钉墙的应用范围。一、工程概况工业园区科技xx工程位于工业园区xx路328号，本工程地下部分为两层地下室，地上部分由一栋21层研发办公楼、一栋24层人才公寓楼和一栋4层商业综合楼组成，框架-剪力墙结构，总建筑面积154000，其中地下车库44500。工程平面布置大多为圆弧形，每个区域由不同圆心和不同半径的圆弧组成，形状极不规则。工程基础结构形式为箱桩基础，桩采用预制管桩和方桩。东西长约275m，南北宽约120m。基坑开挖深度10.79m11.79m，局部（电梯井、消防井、集

3、水井）挖深达13.9m。整个地下室按沉降后浇带分为四大标段。（见图1图01二、地质条件本工程地貌属三角洲冲积、湖积平原，地形较平坦，东南角有荷花池分部，现已人工填平，具体地质情况如下：层 填土夹淤质土：层厚1.26.1m，层底标高4.1-1.1m工程特性差。1层 粘土：饱和，可塑，层厚0.94.7m，层底标高4.9-2.4m，C47.4，10.10工程特性好。2层 粉质粘土：饱和，可塑，土质不均匀，层厚0.73.2m，层底标高7.1-3.6m，C40.3，10.703层 粉质粘土夹粉土层：饱和，软塑，层厚0.54.3m，层底标高7.1-3.6m，C30.0，9.701层 粉土层：饱和，中密，层

4、厚2.78.1m，层底标高14.5-11.8m，C6.2，22.10，工程特性一般。2层 粉砂层：饱和，中密，层厚2 4.6m，层底标高18-15.5m，C4.6，29.50，工程特性较好。1层 粉质粘土层：饱和，软塑，层厚1.84.6m，层底标高21.7-18.1m，C30.3，12.10，工程特性较差。2层 粉土夹粉质粘土层：饱和，中密，层厚0.85.1m，层底标高23.5-21.2m，C31. 8，12.60，工程特性较差。3层 粉质粘土层：饱和，软塑，层厚2.37.1m，层底标高29.1-25.2m，C28.3，12.10，工程特性较差。场地范围内对本工程有影响的地下水有三层：（1）潜

5、水，埋深1.6m-2.35m；（2）微承压水，储存于1层及2层中，为主要影响水层；（3）承压水，在第层粉砂层中，埋深较深。三、设计理念xx大学建筑设计研究院经过反复比较、计算，参照xx当地施工企业以往成功的施工经验，并经过三轮专家论证，决定采用复合土钉墙的围护结构，即：从上到下采用九级土钉，基坑开挖按三级放坡进行，坑外采用20m三轴水泥土搅拌桩作止水帷幕，坑内沿基坑周边布置34口真空深井至粉沙层降水，挖土至三级坡顶时，在三级坡顶上作13组轻型井点降水至基坑土方回填。（复合土钉墙剖面图见图2）图02四、施工准备1. 编制搅拌桩、降水系统、挖土、土钉墙施工方案，编制机械、材料、各工种操作人员需求计

6、划。2. 根据方案、预算组织施工机械、原材料、操作人员进场，提前做好原材料的报验和送检工作，特种作业人员持证上岗。3. 设计就关键技术问题、施工细节要点进行专项交底。4. 技术负责人、专职安全员进行岗前技术、安全专项交底。5. 平整场地，根据设计要求放搅拌桩位置线、深井位置线、基坑开挖边线。五、施工工艺1.施工流程平整场地放搅拌桩位置线搅拌桩施工搅拌桩养护 降水放深井位置线成井放挖土边线挖土土钉施工轻型井点施工（三级坡顶）挖土土钉施工 监测至基坑回填2.搅拌桩施工要点水泥土搅拌桩的作用主要是作为止水帷幕，阻止基坑外围水体从坡面及坑底渗入坑内，减小地下水对边坡稳定和变形的影响。施工关键为保证搅拌

7、桩帷幕的整体连续性、致密性及一定的强度。2.1 根据设计，搅拌桩为650mm单排桩，采用三轴搅拌桩机施工，桩机就位后在垂直方向采用两台经纬仪监测其垂直度，发现偏差及时纠正（桩位偏差<50mm，桩体垂直度偏差<L/150）。2.2 采用湿法施工，即在搅拌时注入水泥浆体。水泥为32.5级普硅水泥，水灰比为1.5，掺量为20，即360Kg/m3。浆体配制好后，用比重计测量比重作为控制水泥浆浓度的标准，配制好的浆体留置时间不得超过2小时。2.3 三轴搅拌机搅拌头下沉和提过程中均应注浆，注浆压力视现场情况控制在0.40.6Mpa之间，注浆流量控制在150200L/min/台之间。搅拌头下沉和

8、提升速度应均匀，速度不大于1.5m/min，且在桩底停留一分钟，重复搅拌注浆。2.4 桩机移位时应控制好移动距离，既要防止移位过大造成桩体搭接不够或无搭接冷缝，又要防止出现搭接过大重复搅拌，浪费材料。搭接长度不小于200mm。2.5 桩体施工要求连续进行，遇特殊情况需停机时应控制在12小时内，超过12小时应采取补救措施，超过24小时应在搅拌桩达到一定强度后在外围补搅素桩，素桩与原桩搭接100mm，防止冷缝出现。停机后应清洗注浆系统，防止浆管中的浆体凝固影响下次注浆效果。2.6 成桩过程中应对每盘浆体水灰比、单桩注浆量、搅拌时间等做详细记录，及时发现问题。施工中每天原位取样一组，做70. 7&#

9、215;70. 7×70. 7mm桩体试块，养护28天后送检，强度不小于1Mpa。2.7 搅拌桩施工完成后养护28天后方可挖土，进行土钉墙施工。3. 降水系统施工要点本工程降水系统采取真空深井结合轻型井点的双保险方法。真空深井可与搅拌桩同时施工，搅拌桩施工完14天后可开始抽水，轻型井点设置在三级坡顶，挖土到该坡顶标高且等第五道土钉施工完后开始施工，施工完毕即可抽水。3.1 深井3.1.1 深井施工顺序为成孔清孔沉管灌砂封井接管抽水。3.1.2 井身采用300无缝铁管，成孔孔径600mm，成孔时要设置护筒，不透水层泥浆护壁，防止塌孔。清孔程序不能马虎，沉管前应逐个检查井底沉淀物厚度，不

10、能超过200mm。3.1.3 灌砂灌至距地面0.8m左右，应采用粒径35mm的砾砂和粗砂，保证虑水效果，做到出水常清。3.1.4 灌砂层顶至地面用粘土填实，井帽与井身用粘土、麻丝混合物密封，确保降水真空度，要求真空表读数不小于0.7Mpa。3.1.5 降水时一泵带两井，降水时段应根据出水量合理安排，切不可24小时不间断抽水，这样既影响降水效果也会导致泵机超时工作而烧毁。3.1.6 降水过程中安排专人监控出水情况，对出水浑浊的井点及烧毁的泵机要及时维修或更换。3.2 轻型井点3.2.1 轻型井点施工顺序为挖槽冲孔安管灌砂封管降水3.2.2 轻型井点采用水冲成孔，所以成孔前要挖槽蓄水，一般在挖土时

11、用挖机挖400×400mm沟槽。成孔后蓄水要及时排出，以免影响后期挖土。3.2.3 成孔孔径在300350mm之间，管身定位后迅速灌粗砂，每管灌砂80Kg至坡顶1m以下，其上再用粘土填实，防止漏气影响出水。填砂时管口应有泥浆水冒出，或者在管口灌水应能快速下渗。3.2.4 抽水过程中专人监控，开始抽水后35天内出水浑浊属正常现象，5天后若还浑浊应检查维修。4. 土钉墙施工要点4.1 土钉墙施工工序为测放边线挖土修坡打入土钉（定位成孔安置土钉）配浆、注浆绑扎钢筋网片喷面层混凝土下层挖土完工4.2 挖土遵循“分层、分段”的原则，土钉墙施工遵循“边挖土、边支护”的原则，每层挖至该级土钉标高下

12、200mm，分段不超过40m，开挖暴露面在12小时内完成土钉支护。本工程工作量大，土钉墙面积达9600m2，土方开挖量达28万方，控制好挖土速度及保证土钉墙施工与挖土密切配合是保证边坡安全的重要前提。4.3 由于土钉较长，且土钉所在土层为粘土及粉土，C、参数值比较大，土质较硬，施工中采用以往使用的800Kg空气锤、3KW电动岩石螺旋钻打入土钉和成孔都比较困难，每根土钉耗时1. 52小时，采用洛阳铲人工掏孔也不理想，影响边坡安全和施工进度。经设计修改，打入式改为成孔式，并到洛阳风动工具厂定制了八台5.5KW电动岩石螺旋钻，改进后每孔耗时4045分钟。4.4 钻机成孔直径为130150mm，为保证

13、土钉有效直径不小于100mm，且土钉在注浆体中不偏位，钢管钉采用外圈焊100钢筋环、钢筋钉采用卡100塑料保护层垫块的方法。4.5 根据统计和经验，土钉成孔位置、间距、角度、长度等稍有偏差影响不是很大，但出现问题的频率却是最高的，所以要安排专人现场跟踪控制，确保满足规范要求。4.6 为便于注浆，在钢管钉上预制810mm的小孔，孔距1500mm，孔口上焊接铁片保护。注浆采用32.5级普硅水泥，水灰比根据实际情况在11.5间调整，注浆压力控制在0.40.6Mpa之间，但第一排土钉注浆压力不宜大于0.4Mpa，以防地表隆起。注浆前应将注浆管插至钉尖，孔口采用双层棉纱布或蛇皮袋封口，防止压力损失。4.

14、7 钢筋网片绑扎可与注浆同时进行，按6.5200绑扎，网片与土钉采用14螺纹联系筋连接，每根土钉在纵横向与4根联系筋成井字形焊接。施工中每个焊接接头均要检查，防止漏焊形成废钉。4.8 面层细石混凝土按配合比干法预拌，喷射时在喷射头水压调节阀上直径接自来水管。该层混凝土厚100mm，宜分两层喷射，第一层厚度不宜小于40mm。混凝土终凝2小时后洒水养护，养护时间37天。4.9 下道土钉挖土须等上级土钉注浆养护24小时后进行。六、监测和检测1. 监测1.1 基坑监测由上海市民防地基勘查院实施，监测内容有：坑壁水平位移、沉降监测、周边建筑物及公共设施变形、位移监测、坑内外水位变化监测。1.2 监测频率

15、：施工期间每日一次，出现报警值时每日两次，围护结构施工完成后至基坑回填每两日一次。1.3 根据监测资料，作S-t曲线如下：位移（mm）302520151050051015202530354045505560天W1监测点W5监测点W9监测点W13监测点W11监测点基坑监测水平位移-时间图图032. 检测为验证土钉抗拔效果，特聘xx同济监测中心进行了土钉原位抗拔试验，试验结果如下： 土钉抗拔试验结果 表01土钉编号（层）设计值（KN）试验值（KN）发生位移（mm）抗拔实测值（KN）结 论110457.119.2245合 格2329010.0613.5690合 格364647.558.6364合 格

16、467677.6212.1367合 格571716.577.4871合 格674905.537.7690合 格777906.728.7190合 格860906.869.6590合 格960905.417.2390合 格七结语由监测和检测的结果和现场的效果可以看出，xx工业园区科技xx工程超大深基坑复合土钉墙围护结构的施工取得了成功，该围护结构先后经受住了台风“麦莎”和“卡努”的考验，变形基本没有发展，证明在类似的超大型深基坑中采用复合土钉墙围护结构是切实可行的，但施工中以下几点应重点控制：1.设计的数值参数如注浆配合比、水泥用量、桩长桩径、钉径钉长、土钉打入、成孔角度等均应专人全程控制，确保质量。2.土钉发挥的效果与其有效长度和有效直径密切相关，但若面层联系筋与钉体焊接不牢则会形成废钉，其影响远比钉长、钉