土钉墙边坡支护技术在中储粮工程中的应用

1、土钉墙边坡支护技术在中储粮工程中的应用土钉墙边坡支护技术在中储粮工程中的应用xxxx（xxxxxxxxx 公司鞍山114039）摘要：重点介绍了土钉墙边坡支护技术在营口中储粮工程中的应用，主要从土钉墙支护设计、施工两大方面进行阐述。设计方面包括土钉墙设计方案和计算书，施工方面详细阐述了施工工艺流程、质量验收标准、施工注意事项和支护结构检测。关键词：深基坑、土钉墙、洛阳铲、注浆、挂网、喷射砼。1.前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。土钉墙由被加固原位土体、设置在土中的密集的土钉群、喷射的混凝土面和必要的防水系统组成。土钉就是置入于土体中以较密间距排列的钢筋或钢管，通长与

2、周围土体接触并以群体起作用，与周围土体形成一个组合体；护面一般为配置钢筋网片的喷射混凝土面层，它具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落以及隔水防渗等作用。1.1 土钉墙的适用条件适用于基坑侧壁安全等级为二级、三级的基坑。适用于地下水位以上或经降水的非软土基坑，且基坑深度不宜大于 12m。用于淤泥质土等软土基坑时，可采用水泥土桩垂直复合土钉墙或微型桩垂直复合土钉墙，且基坑深度不宜大于 6m。当基坑潜在滑动面内有建筑物、重要地下管线时，不宜采用土钉墙。1.2 土钉墙支护与桩锚支护的比较土钉墙支护与桩锚支护都是深基坑支护常用的类型。桩锚支护是锚杆与排桩通过腰梁组合在一起的锚

3、拉式结构，起主动嵌固作用，锚杆需要施加预应力，主动约束挡土结构的变位；而土钉墙支护的土钉不需施加预应力，须借助土体产生小量变位，而使土钉受力后工作，即两者的受力状态不同。锚杆只在锚固长度范围内受力，自由长度范围只起传力作用；而土钉全长受力，两者在杆件长度方向上的应力分布不同。桩锚支护可用于基坑侧壁安全等级为一级的基坑，可用于较深的基坑，而土钉墙支护不可用于基坑侧壁安全等级为一级的基坑，且基坑深度不宜大于 12m；桩锚支护不需放坡，而土钉墙支护需放不大于 1:0.2 的坡度。但土钉墙在适用范围内具有如下优势：.安全可靠土钉墙复合体能够显著提高边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力。由于土钉密度大，其

4、中个别土钉发生破坏或不起作用，对整个结构影响不大。.设备简单、施工方便土钉墙施工工艺没有其它深基坑边坡支护方式复杂，土钉长度一般较短（312m） ，直径较小，所需的机具相应也较灵便；正常情况下，采用洛阳铲成孔、泥浆泵注浆、喷射砼机及空压机喷射砼，不需螺旋钻机等重型机械。.占用场地小：对于现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物的施工现场尤为适用。.对周围环境影响小：施工不需重型施工机械，施工振动小、噪音小，对周边居民几乎无影响。.工期短：可随挖土方工序形成逐层分段流水施工，不占总工期时间，施工效率高，工期短。.造价低：由于土钉墙结构形式简单，与桩锚支护结构形式比，可节省造价 60%以上。2.工程概况工

5、程位于营口鲅鱼圈经济技术开发区，日月大道南，平安西街东。二道河北，图书馆西。由 9栋住宅、4 个商业网点、1 个地下车库组成，总建筑 23.5 万平，最高的 7#楼 81.5m。其中，1#2#楼 17层、3#4#5#6#楼 23 层、7#楼 27 层、8#9#楼 25 层、商业 2 层、地下车库 1 层；住宅为剪力墙结构、商业及地下车库为框架结构。主楼基础为桩基，地下车库部分为筏板基础。开工日期为 2011 年 10 月1 日，竣工日期为 2013 年 10 月 30 日。基坑占地面积 40680m2，土钉墙支护总长度 970m。主楼部分基坑开挖深度 6.85m、地下车库部分基坑开挖深度 6.

6、4m，属于深基坑。本工程0.00 相对于绝对标高 8.726 米，自然地坪的相对标高-0.5m，主楼基底标高-7.35m，地下车库基底标高-6.9m。2.1 工程特点本工程位于鲅鱼圈经济技术开发区繁华地带，三面环路，北面为正在施工的中储粮大厦。城市道路底部有各种市政管网， 周边环境比较复杂。 基坑东侧距施工中的道路 5m； 南邻河北路及二道河，距河北路最近处 4m；西侧距平安西街 4m；北邻正在施工的中储粮大厦，最近处距建筑物 5m。施工场地狭窄，无法正常放坡。为防止施工对周边建筑物、城市道路和地下管线造成不利影响，需要采取支护措施。基坑周围环境见下图：2.2 地质条件根据东北岩土工程勘察总公

7、司提供的辽宁营口中储粮地块住宅项目岩土工程勘察报告（详细勘察） 表明，拟建场地地貌为山前坡地，地形较平坦。拟建场地地层共分 6 层，场地自上至下依次为：耕土层粉质粘土层卵石层全风化混合花岗岩层强风化混合花岗岩层中风化混合花岗岩层，各土层叙述如下：1耕土（Q4ml） ：普遍分布。褐色，松散，饱和，主要由粘性土组成，含较多植物根系，厚度 0.40.6m。2粉质粘土（Q4al+pl） ：普遍分布。褐色黄褐色，可塑，饱和。含少量铁锰质结核及斑块，属中压缩性，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇震反应。厚度 0.61.6m。3卵石（Q4al+pl） ：普遍分布。黄褐色，稍密中密。一般粒径 20mm60m

8、m，含量占 35%左右，最大粒径 1300mm。颗粒形状为亚圆形，母岩成分中风化混合花岗岩。粘性土、砾砂充填，粘性土呈可塑状态。各组分含量不稳定。厚度 11.2520.7m。4全风化混合花岗岩（） ：普遍分布。黄褐色，风化物呈砂土状，中粒变晶结构，手掰即碎。厚度 0.21.9m。5强风化混合花岗岩（） ：普遍分布。黄褐色灰白色暗红色，中粒变晶结构，片麻状构造，岩芯呈块状及块状，敲击易碎。属于较硬岩，岩体基本质量等级为级。厚度 1.810.9m。6中风化混合花岗岩（） ：普遍分布。黄褐色灰白色暗红色，中粒变晶结构，片麻状构造，岩芯多呈短柱状，局部为块状，锤击可断。节理裂隙较发育。属于较硬岩，岩体

9、基本质量等级为级。揭露厚度 2.28m，未揭穿。土层参数如下表：2.3 水文条件勘察期间，勘探深度范围内各孔均见地下水，地下水类型为潜水，富存于卵石层中，补给来源主要为大气降水。稳定水位埋深 3.53.9m，根据水质检测报告，地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地下水的评价：地下水对基础开挖有不利影响，应采取降水、排水和防护措施；地下水对桩基施工不会产生不良影响。3.土钉墙支护设计3.1 设计依据1.东北岩土工程勘察总公司提供的辽宁营口中储粮地块住宅项目岩土工程勘察报告2.上海诚建建筑规划设计有限公司提供的总平面图及施工图3.建筑基坑支护技术规范 （JGJ1

10、20-99）4.建筑基坑工程监测技术规范GB50497-20095.建筑边坡工程技术规范GB50330-20026.锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-20017.建设工程项目管理规范GB/T50326-20068.混凝土结构工程施工质量验收规范 2010 版GB50204-20029.钢筋焊接及验收规程 （JGJ18-2003）10.建筑施工手册第四版参数土层名称重力密度r(KN/m3)平均厚度（m）粘聚力标准值Ccu(kPa)内摩擦角标准值cu()耕土180.5410粉质粘土19.11.1228.5卵石22160353.2 深基坑支护设计方案为了保证主体地下结构的施工空间、保证基坑周

11、边地下管线和道路的安全和正常使用，需对本工程的基坑采取必要的支护措施，经过对多方案比较和经济论证，决定采用土钉墙边坡支护方案。土钉设计基坑深度 6.85m，土钉墙坡度 1:0.3。土钉排数共 3 排，第一排土钉距坡顶 2.5m，土钉水平间距 1.5m，垂直间距 1.5m，各排土钉之间梅花形布置。土钉采用钢筋土钉，每排土钉长度均 8m，三级20 钢筋。土钉倾角 15。注浆孔直径 100mm，土钉全长设置对中定位支架，间距 2.5m。见下图。砼面层设计注浆采用纯水泥浆，水灰比 1：0.5，采用 P.O 32.5 水泥，水泥浆浆体强度大于 20Mpa。然后在表面铺设钢筋网10200200 三级钢筋，

12、包括坡顶水平部位 500mm 宽。每排土钉位置设置20 通长加强筋，与土钉尾部的水平钢筋焊接，采用单面焊，焊接长度 200mm。垂直方向加强筋通过土钉部位，即与基坑底面呈 63.5角，压在水平加强筋底部。喷射混凝土厚度为 6080mm，混凝土强度等级为 C30，采用细石砼。见下图。坡顶水平段为 500mm，距基坑边 500mm 设置一个截水沟，截水沟深 0.3m、宽 0.2m，采用实心砖砌筑，内侧抹 1:3 水泥砂浆。3.3 土钉墙基坑支护计算书重要参数如下：1.基坑深度：6.850(m)2.基坑侧壁安全等级二级3.支护结构重要性系数：1.04.土钉荷载分项系数：1.255.土钉抗拔安全系数：

13、1.66.整体滑动稳定安全系数：1.37.卵石层与锚固体摩阻力：120（kPa）土钉长度计算按各个工况受力最大的土钉拉力进行计算，见下表：支锚号计算长度(m)取用长度（m）拉力标准值(kN)破裂角（）第一排土钉5.9438117.153.1第二排土钉7.4348144.8第三排土钉2.551845.7整体稳定性验算按照建筑基坑支护技术规程JGJ120-99的规定进行土钉墙的整体稳定性验算。采用圆弧滑动条分法，简图和公式如下：经计算，得出各工况的安全系数及各参数如下表：工况号安全系数（k）圆心坐标x(m)圆心坐标y(m)半径(m)11.711-2.7029.2517.6221.447-4.522

14、10.01410.98831.519-2.7959.85810.246安全系数均大于规范要求的1.3，整体稳定性符合要求。3.3.3 土钉选筋计算土钉选筋结果如下表（按基坑开挖至底部时的工况计算）：土钉号土钉拉力kN计算钢筋面积配筋配筋面积(mm2)186.8255.31C20314.2277.3227.41C20314.2373.12151C20314.23.3.4 喷射混凝土面层钢筋计算面层钢筋计算结果见下表：序号深度范围荷载值kPa轴向M(kN.m)As(mm2)实配As(mm2)10.02.56.7X1.233140.0(构造)392.7Y0.365140.0(构造)392.722.5

15、4.024.8X2.055140.0(构造)392.7Y2.055140.0(构造)392.734.05.535.5X2.943154.1392.7Y2.943154.1392.745.56.8545.7X2.993156.8392.7Y3.801201.3392.74.土钉墙支护施工4.1 施工材料及机具原材料土钉钢筋、加强筋及网片钢筋采用 HRB400 级，使用前经复试合格。水泥采用 P.O 32.5 级普通硅酸盐水泥。细骨料采用干净、坚硬耐久的中粗砂，细度模数不小于 2.5，含泥量小于 5%；粗骨料采用坚硬耐久的碎石，粒径不大于 15mm；速凝剂质量符合现行标准 JC477 喷射混凝土用

16、速凝剂的规定，并做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验；电焊条采用 E50 系列，与钢筋级别对应。施工机具，投入到本工程中的施工机具见下表：序号机械名称型号规格数量1泥浆泵BW-150 型1 台2喷射砼罐转子式1 台3空气压缩机6m1 台4洛阳铲10m8 把5经纬仪J61 台6水准仪DS32 台7电焊机BX-5002 台8钢筋调直机GT4/142 台9钢筋切断机GQ402 台10钢筋成型机GW402 台4.2 施工工艺流程施工工艺流程见下图：.边坡开挖：采用反铲挖土机，预留1520cm 人工修坡，开挖深度在土钉孔位下50cm，开挖宽度保证10m 以上，以确保土钉成孔机械钻机的作业面。土方开挖严

17、格按设计规定的分层开挖深度按作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉及喷混凝土以前，不得进行下一层土方的开挖。.修坡：采用人工清理修坡，为确保喷射混凝土面层的平整，此工序进行挂线定位。对于土层含水量较大的边坡部位，在边坡上插入长度为500mm，直径40mm包滤网的水平排水管，其外端伸出支护面层，间距为1.5m，以便将喷混凝土面层后的积水排出。.定位放线：按设计图纸由测量人员用10（三级） 、长30cm 的钢筋放出每一个土钉的位置。.成孔：施工人员采用洛阳铲成孔。成孔后进行清孔检查，对个别渗水塌孔或掉落松土的孔立即进行压浆处理，随后安设土钉钢筋并注浆。见下图。.插土钉：主筋采用20钢筋，按设计长度加

18、20cm 下料，外端为90角、长20cm的拐，并焊接一个对称的拐，主筋每隔2.5m 焊对中支架，防止主筋偏离土钉中心。见下图。.注浆：采用基坑边部的泥浆池造浆， 严格控制水灰比为1： 0.5； 注浆采用注浆泵， 注浆泵工作压力2MPa、水泥浆流量1.4m3/h2m3/h；注浆时，将导管缓慢均匀拔出，但保证出浆口始终处于孔中浆体表面之下，保证孔中气体能全部排出。.挂网：钢筋网片采用10200，用插入土中的钢筋固定，与坡面间隙34cm，搭接时上下左右一根对一根搭接绑扎，搭接长度大于35cm，并不少于两点点焊。.喷射混凝土：采用 C30 细石混凝土，喷射作业时，保证空压机风量不小于 9m3/min，

19、气压 0.20.5MPa， ，水平输送距离 100m，垂直输送距离 50m，喷头水压不小于 0.15MPa，喷射距离控制在 0.61.0m，通过外加速凝剂控制混凝土初凝和终凝时间在 510min，喷射厚度 68cm。见下图。.养护：根据当地的气温，采取洒水养护，当日平均气温连续5天低于5时，进入冬期施工，覆盖草帘保温养护。见下图。4.3 质量验收检验标准土钉墙支护结构工程质量验收检验标准见下表：项 目检查项目允许偏差检查方法主控项目土钉长度/mm30用钢尺量一般项目土钉位置/mm100用钢尺量成孔倾角/()1测土钉钢筋浆体强度设计要求送样检验注浆量大于理论计算用浆量检查计量数据土钉面层厚度10用钢尺量墙体强度设计要求送样检验4.4 施工注意事项1.按设计要求及规定控制挖土深度，否则可能会出现塌方、滑坡等情况。2.对于破碎、滑移的土体立即进行初喷，使表层固结，确保安全。3.在基坑顶部宜设置宽度为0.51m的喷射混凝土护顶。4.喷射混凝土面层宜插入基坑底部以下，插入深度不少于0.2m，以提高支护结构的稳定性。5.根据工程具体情况设置泄水孔。6.根据支护的监测和巡查结果，调整设计参数和施工措施。7.土钉墙支护工程的设计、施工、监测宜由同一个施工单位负责。4.5 基坑监测在基坑开挖过程与支护结构使用期内，进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建筑物、道路的沉降监测