第三章(6)土钉支护

土钉支护土钉支护土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。《建筑基坑支护技术规程（JGJ12021999）》规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用，水使土钉墙产生软化，引起整体或局部破坏，因此规定采用土钉墙工程必须做好降水，且其不宜作为挡水结构。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件。通常采用钻孔，放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力，在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。20世纪90年代以后，土钉墙技术开始应用于东南沿海一带，但该地区地质条件属于以淤泥及淤泥质土为主的软土带，为适应这一特性，发展了复合土钉支护技术。加筋水泥土墙是在水泥土桩中插入H形钢（拉森板桩、钢管等）组成的。由H形钢承受侧向荷载，而水泥土则具有良好的抗渗性能，因此加筋水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应。水泥土桩和H形钢的组成形式一般有2种，而且水泥土桩中插入H形钢，设置支撑也十分方便。施工时为使H形钢可凭借自重顺利下沉至指定标高，水泥土桩施工一般采用三轴型全深搅拌的深层搅拌机，且需提高水泥掺入比。该技术在上海、江苏、浙江一带已推广应用。土钉支护土钉支护是近年来发展起来的一种新型支护结构。（如图1.1所示）它是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成，形成一个复合的、能自稳的、类似于重力式挡墙的挡土结构，以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖基坑或边坡稳定。土钉支护中的“土钉”（SoilNail）就是置入现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常外裹水泥砂浆或水泥净浆（注浆钉）。土钉的特点是沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。土钉支护土钉在我国有被称为锚杆、土锚、锚钉的，而土钉支护则有被叫做喷锚网支护。国际上通用叫法是“SoilNailing”，即土钉支护技术，或叫“SoilNailedWall”土钉墙。（由于土钉支护一般取等长土钉，密集的等长土钉加固成的原位土在外形上象是一个重力或挡土墙。）图1.1土钉支护图土钉支护现代土钉技术是从20世纪70年代开始出现的。德国、法国和美国在同一时期提出这种支护方法并进一步开发。出现这样的现象不是偶然的，因为土钉技术在许多地方与修建隧道的新奥法施工类似。新奥法在上个世纪60年代出现。这种方法是将喷射混凝土技术和全粘结注浆锚杆结合起来的方法。此法首先用于硬岩中隧道断面开挖，使得开挖后的岩体变形快速稳定。1964年，新奥法用于软岩开挖，此后进一步试用于土体。土钉支护技术可以认为是新奥法的延伸。土钉支护国外土钉支护技术的发展1972年法国首先在工程中应用土钉支护技术。当时法国著名的开发商Bouygues将新奥法的经验用于边坡开挖以保持边坡稳定。该工程为凡尔赛附近的一处铁路路基的边坡开挖工程，这项工程采用了注浆土钉和喷射混凝土的临时性支护，现场开挖的边坡坡度为70°，长为965m，最大坡高21.6m，采用了25000多根土钉。这是有详细记载的第一个土钉支护工程。1978年，在巴黎BoulevardVictor的地下车库施工中又用50mm×50mm×5mm的角钢作为土钉击入土中，这是将土钉技术第一次用于城区，并在临近高层和繁华街道地区开挖施工。（用角钢代替钢管作为土钉是因为击入过程中排除障碍的性能优于钢管。）之后，土钉技术很快在法国各地推广开来。土钉支护国内土钉支护技术的发展在我国，山西太原煤矿设计院的王步云较早对土钉支护进行研究，并于1980年用于山西柳湾煤矿的边坡支护工程。这是国内有记载的土钉工程的第一例。中国人民解放军89002部队于1992年在深圳市某大厦的基坑边壁工程施工中应用了土钉支护技术，当时称为“喷锚网支护法”。从此以后，土钉支护技术迅速在全国各地的基坑支护工程中得以广泛应用。现在，只要存在允许设置土钉的地下空间，土钉支护往往成为基坑工程开挖的首选方案。（图示1.2为土钉支护图片）土钉支护土钉支护土钉支护土钉支护的构造土钉支护由三部分构成：土钉、面层、防水系统。土钉:最常用的土钉是用变形钢筋与砂浆组成的钻孔注浆钉（图1.3所示）。即先在土中成孔，放入变形钢筋，然后沿全长注浆填孔。这样整个土钉体就由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆（或细石混凝土、水泥净浆）组成。为保证土钉钢筋处于孔的中心位置，周围有足够多的浆体保护层，还需沿钉长每隔2～3m设置对中定位用支架。土钉钢筋直径大多在20～32mm之间，钻孔直径在70～150mm之间。土钉钢筋的标准屈服强度在400～500MPa之间。注浆钉的注浆方式有许多种，最简单的是重力注浆。一般情况下宜用低压注浆（≤0.5MPa），此时需同时设置止浆塞和排气管。土钉支护—注浆钉构造土钉支护支护面层临时性土钉支护的面层通常用50～80mm的网喷混凝土做成，一般用一层钢筋网，钢筋直径为Φ6～Φ8，网格为正方形，边长200～300mm。喷混凝土面层施工中要做好施工缝处的钢筋网搭接和喷混凝土的连接，到达支护底面后，宜将面层插入底面以下30～40cm。排水系统为了防止地表水渗透对喷混凝土面层产生压力，从而降低土体强度以及土体与土钉之间的界面粘结力，土钉支护必须具有良好的排水系统。在施工前要先做好地面排水，设置地面排水沟引走地表水。沿基坑边缘地面要垫高防止地表水注入基坑内。土钉支护土钉支护的施工土钉支护施工的一般工艺流程：开挖工作面，修整边坡；设置土钉（包括成孔、置入钢筋、注浆、补浆）；铺设、固定钢筋网片；喷射混凝土面层。（1）开挖：土钉支护应按照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与喷混凝土前，不得进行下一层深度的开挖。当基坑面积较大时，允许在距离四周边坡8~10cm的基坑中部自由开挖，但应注意分层作业区的开挖协调。当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动。基坑的边壁宜采用小型机具或铲锹进行切削清坡，以保证边坡平整并符合设计规定的坡度。支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修正后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，即及时设置土钉或喷射混凝土。尽量缩短边壁土体裸露时间。土钉支护（2）土钉支护设置：土钉成孔前，应按设计要求定出孔位并作出标记和编号。孔位的允许偏差不大于150mm，钻孔的倾角误差不大于3°。成孔过程中要做好成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体的特征，成孔质量，事故处理等。应将取出的土体与初步设计所认定的加以对比，有偏差时及时修改土钉的设计参数。钻孔后应进行清孔检查，对孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土应立即处理。成孔后应及时安设土钉钢筋并注浆。土钉钢筋置入孔中前，应先这只定位支架，保证钢筋处于钻孔的中心位置，支架沿钉长的间距为2~3m，支架的构造应不妨碍注浆时浆液的自由流动。支架可为金属或塑料件。土钉钢筋置入孔中后，可采用重力、低压或高压方法进行注浆填孔。水平孔应采用低压或高压方法注浆。压力注浆时应在钻孔口部设置止浆塞，注满后保持压力3~5min。重力注浆以满孔为止，但在初凝前需补浆1~2次。土钉支护(3)注浆注浆用水泥砂浆的水灰比不宜超过0.4~0.45，当用水泥净浆时水灰比不宜超过0.45~0.5，并宜加入适量的速凝剂等外加剂用以促进早凝和控制泌水。施工时当浆体工作度不能满足要求时刻外加高效减水剂，不准任意加大用水量。用于注浆的砂浆强度用70×70×70（mm）立方体试件经标准养护后测定，每批至少留取3组（每组3块）试件，给出3天和28天强度。当土钉钢筋端部通过锁定筋与面层内的加强筋及钢筋网连接时，其相互之间应可靠焊牢。当土钉端部通过其它形式的焊接件与面层相连时，应事先对焊接强度作出检验。当土钉端部通过螺纹，螺母，垫板与面层相连时，宜在土钉端部约600~800mm的长度段内，用塑料包裹土钉钢筋表面使之形成自由段，以便于喷射混凝土凝固后拧紧螺母；垫板与喷射混凝土面层之间的空隙用高强水泥砂浆填平。土钉支护（4）喷混凝土面层在喷射混凝土面层前，面层内的钢筋网片应牢固固定在边壁上并符合规定的保护层厚度要求。钢筋网可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射下应不出现振动。钢筋网片可用焊接或绑扎而成，网格允许偏差为±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。喷射混凝土配合比应通过试验确定，粗骨料最大粒径不宜大于12mm，水灰比不宜大于0.45，并应通过外加剂来调节所需工作度和早强时间。喷射混凝土的喷射顺序应自下而上，喷头与受喷面距离宜控制在0.8~1.5m范围内，射流方向垂直指向喷射面，但在钢筋部位，应先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙。土钉支护为保证施工时的喷射混凝土厚度达到规定值，可在边壁面上垂直打入短的钢筋段作为标志。当面层厚度超过100mm时，应仔细清除预留施工缝接合面上的浮浆和松散碎屑，并喷水使之潮湿。喷射混凝土终凝后2小时，因根据当地条件，采取连续喷水养护5~7天，或喷涂养护剂。