建筑基坑工程土钉墙支护结构设计与施工

建筑基坑工程土钉墙支护结构设计与施工

摘要：基坑土钉墙支护是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新

型挡土结构。由于其具有经济、施工快捷等优势，在我国得以迅速推广应用。所

谓土钉墙支护就是用加固和锚固现场原位土体的细长杆件（土钉）作为受力构

件，与被加固的原位土体、喷射混凝土面层组成的支护体系。本文概述了土钉墙

支护的特点，分析了土钉墙支护适用条件与作用原理，探讨了土钉墙支护施工工

艺C

关键词：建筑基坑工程；土钉墙支护；施工工艺

一、土钉墙支护的特点：

1.采用土钉墙进行基坑围护施工时，形成土钉复合体能够显著提高边坡整体

稳定性和承受边坡超载的能力，无需设支撑，坑壁变形较小，施工振动弱、噪音

小，对环境影响小。

2.施工时可随基坑挖土逐层分段开挖作业同时埋设土钉不占或少占单独作

业时间与挖土基本同步施，施工效率高，占用周期短。

3.施工不单独占用场地，对于现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物的施工现

场尤其适合。

4.施工工艺简单、结构稳固、质量可靠。

5.土钉墙施工费月低，经济，比其他支护结构造价降低10%〜40%左右。

二、土钉墙支护适用条件

土钉墙支护适用于地下水位以上或进行人工降低地下水位后的可塑、硬塑或

坚硬的粘性土；胶结或弱胶结的粉土、砂土、填土。随着土钉墙理论不断完善和

施工技术不断成熟，土钉墙支护在松散砂土、软塑或流塑土、软土、杂填土中也

能应用。其主要适用于：

1.有一定粘结性的杂填土、粘性土、黄土、粉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槽底标高。

3.不宜在标准贯入锤击数低10击的砂土边坡施工中采用土钉法。

4.塑性指数IP>20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。

5.不适用于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层施工中采用本法。

6.不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层。

7.不适用于流塑状态的软粘土，因其成孔时的孔壁的稳定比较困难，界面摩

阻力低，技术经济效益不理想。

8.不适宜在腐蚀性上如煤渣、炉渣等土质作永久性支挡结构。

三、土钉墙支护作用原理

土体抗剪强度较低，抗拉强度可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，在

基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超

载时将会发生突发性的整体破坏。一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机

制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。

土钉墙支护体系是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作

用，弥补土体自身强度的不足。土钉通过滑裂面将坑周土体加固，土钉与土共同

工作，形成了能提高原状土强度和刚度的复合土体。在土体受力条件改变的情况

下，土体必然发生相应变形，通过土钉加固体与土的摩擦力，使土钉被动受拉而

给土体以约束加固使其稳定。

四、土钉墙支护施工工艺

土钉墙施工要分层、分段，其工艺流程为挖土、修坡、喷射第一层碎、土钉

埋设、注浆、挂网、焊接骨架钢筋及焊接土钉连接件、喷射第二层碎、养护。

1.土方开挖：土方开挖要严格按设计图纸开挖边线及设计的放坡系数进行。

土方开挖顺序为沿基坑内侧周边，分层分段开挖，每层挖至土钉标高下0.3m左

右，分段开挖长度第一层每段不超过15cm,第二层每段不超过8cm,挖淤泥层

每段开挖长度不超过6cm,并采用跳槽开挖，开挖作业面后，应立即进行土钉.墙

支护，进入下一层开挖时要等到上道土钉的抗拉强度达到设计值8()%后进行，

间隔时间宜为7天，不得少于5天。最后一层土钉墙施工完成要立即施工地下室

垫层及底板。土方开挖时，要防止土方开挖设备碰撞支护结构，避免扰动基底原

±o

2.土钉墙施工：

(1)按设计要求，每一层土钉施工时地下水位降至工作面以下().5m。

(2)开挖土钉施工工作面，边壁宜用小型机具或铁锹进行削坡，以保证边

坡平整符合设计规定的坡度。

(3)在修整好的坡壁上埋设喷射混凝土厚度的控制标志。

(4)清除坡面虚土，喷射第一层面层混凝土护坡，喷射时要自下面上，喷

头与受喷面应保持垂直距离宜为0.6-1.0m,喷射厚度不应小于40mmo

(5)喷射混凝土终凝2小时后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜

为3-7天。

(6)待面层混凝土终凝后，开始设置土钉。

(7)钢筋应先作除油污，除锈处理，如有设计要求，可在钢筋外加环状塑

料保护层或涂多层防腐涂料

(8)按照土钉打入的设计斜度制作一只操作平台，紧靠土钉墙墙面安放。

(9)将螺旋钻机垂直于操作平台上开始钻孔，成孔后钻杆退出孔洞。

(10)用压缩空气将孔内残留及扰动的废土清除干净，将钢筋放入孔中，钢

筋上每隔2-3m安放一个定位架。

(II)在孔口处设置止浆塞及排气管，旋紧止浆塞使其与孔壁紧密贴合。

(12)通过止浆塞上将注浆管插入注浆口，深入到孔底25()-50()mm处，注

浆管连接注浆泵，边注浆边向孔口方向拔管，直至注满或排气管停止排气为止。

放松止浆塞，将注浆管、排气管与止浆塞拔出，用粘性土或水泥浆充填孔口。

(13)铺设、绑孔面层钢筋网，在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短段钢

筋，并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强筋互相焊接。

(14)喷射第二层面层混凝土。

(15)待上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后，再开

挖下层土方及进行的土钉施工。

3.泄水管：视支护面上排出水量大小，在支护面上设置适量的泄水管。泄水

管长度0.5-1.0m,PVC管壁上开适量孔，外包双层纱网，并用铁丝绑孔。将支护

壁附近的地下水排出，以减小对支护壁的压力。

五、土钉墙施工质量管理技术措施

1.严格按土钉墙工艺流程。每个工序岗位人员先自行检查合格，然后施工员、

质检员进行抽检，前一道工序施工完毕后，必须经现场技术人员检查合格后，才

能施工下一道工序，特别是隐蔽工程要待验收签字之后才能施工。

2.对注浆、喷射用水泥，要有质量保证书，并提供成分化验单。喷射位采用

早强型硅酸盐水泥425R,采用坚硬耐久的中、粗砂，坚硬耐久的卵石或碎石，

石子最大粒径不宜超过8mmo

3.喷射面层外观要平整，应无侵入净空、空鼓、开裂、露筋。

4.铺设钢筋网前先调直钢筋，钢筋网网格尺寸应符合设计要求，网格为正方

形布置。

5.施工中要及时收集资料，认真填写各项原始记录；按设计要求进行认真检

查、核对。

六、土钉墙支护监测

根据基坑开挖、支护的进度计划，基坑检测分为3个阶段，根据不同施工阶

段基坑形变程度的不同，确定相应的观测频率：

笫一阶段：土方开挖0-4.5m深度期间内，每2天观测一次。

第二阶段：土方开挖4.5-9.2m深度期间内，每天观测1-2次，如出现险情,

每2小时观测1次，24小时不间断。

第三阶段：土方开挖、支护完成，每2天观测1次，持续至土方回填完，如

长时间无变化，可每周观测1次。

七、土钉墙支护体系的不足

土钉墙支护体系的缺陷，在某种程度上约束了它的发展，主要表现为：

1.土钉支护体系中的土钉数量较多，有的土钉杆体也较长，在市区施工时容

易碰到原有的地下基础设施，如地下市政管道等。在条件允许的情况下可以修正

土钉长度，增大土钉灌浆体直径；但有些情况必须选择其他支护方案。

2.土钉的作用只有在土体发生变形，钉土间有相对位移时才能发挥出来。若

基坑及周边设施和建筑物对位移要求严格时，不宜采用土钉支护体系。

3.土钉支护体系不宜用在超深基坑中使用，支护体系的位移量会显著增加，

影响基坑的安全使用。

4.采用土钉支护体系，地下水位必须要位于基坑基底以下。若在基坑开挖范

围内有地下水，将使土钉的成孔无法实施，同时也使得注浆效果受到影响，开挖

后边坡难以自立，易发生滑塌。

结束语

基坑土钉墙支护是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡

土结构。由于其具有经济、施工快