复合土钉墙支护在房屋建筑基坑工程中的应用

厦门兴海湾监理咨询有限公司 姜慧敏

复合土钉墙支护在房屋建筑基坑工程中的应用

厦门兴海湾监理咨询有限公司 姜慧敏

一、复合土钉墙支护作用机理及应用

1. 土钉墙的工作机理。土钉墙由原位土体、设置在土中的土钉和喷射混凝土面层组成。通过土钉、墙面与原状土体的共同作用，形成以主动制约机制为基础的复合体，具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力、减小土体侧向变形、增强整体稳定性的特点。因此其支护效果主要由土钉的长度、设置密度、土钉的抗拉抗弯和抗剪强度、土钉与土体的黏结强度、面墙刚度、土钉与面墙结合程度、原状土体性状、坡顶荷载、开挖深度等因素综合决定。

2. 复合土钉墙适用范围。复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支护技术或截水技术有机组合成的复合支护体系，它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。通过多种组合，形成复合基坑支护技术，大大扩展了土钉墙支护的应用范围。主要适用以下范围：开挖深度不超过15m的各种基坑，淤泥质土、人工填土、砂性土、粉土、黏性土等土层，多个工程领域的基坑及边坡工程。

二、复合土钉墙支护体系特点

1. 工期短。由于复合土钉支护在工艺上采用了边开挖边支护的施工方法，不单独占用作业时间，从而缩短工期。

2. 造价低。复合土钉支护将土体作为支护结构的一部分，整个工程包括的特殊土方的开挖量和支护结构的混凝土量大大减少，因此土钉支护的造价远低于其他常规支护形式。

3. 施工简便、快捷。复合土钉的加工不需要复杂的技术和大型机械设备，施工方法灵活，对环境干扰小，尤其在施工场地狭小、无法使用大型、重型机械的情况下，更显示其独特的优点。

4. 结构轻巧、柔性大。复合土钉支护属柔性支护，自重小，不需要专门的基础结构，并具有非常良好的抗震能力。

5. 延性好。复合土钉支护即使破坏一般也需要经过结构变形、塑性变形、渐进性开裂变形和破坏四个阶段，而且由于土钉数量众多的群体作用，即使个别土钉出现质量问题或失效对整体影响不大。

6. 可以动态调整。复合土钉施工可以根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据，及时调整土钉长度和间距，甚至采取加固措施。

三、工程实例

1. 工程概况。某建筑工程项目，位于该市大工业区，场地平整，交通便利，占地面积53 553.68m2。其中，一拟建建筑物面积约14 000m2，地上8层，地下2层，结构形式为框剪结构，基础形式为筏板基础，基坑深度6.9m。根据工程地质条件及周边建筑物布置，基坑支护方案采用钢筋网喷射混凝土+钢花管锚杆支护、钢筋网喷射混凝土+钢筋锚杆支护。

2. 基坑支护设计。

（1）设计原则。根据基坑周边建筑物情况、地质条件，确定基坑边坡工程安全等级为三级，并严格遵照基坑所处的各个工况条件，设计锚杆的长度、间距及数量。严格遵照规范要求进行锚杆体材料及注浆料的设计。

（2）支护结构设计。根据场地地质条件和周边建筑布置，基坑不同的位置采取不同的支护，基坑放坡后，东侧、南侧采用钢筋网喷射混凝土+钢筋锚杆进行支护；西侧、北侧采用钢筋网喷射混凝土+钢花管锚杆进行支护。

（3）地下水处理。基坑顶部设置降水井及0.3m×0.3m排水沟，底部设置0.3m×0.3m排水沟及集水井，基坑顶部设嚣沉淀池，基坑水排入市政管道之前，在沉淀池进行三级沉淀。在坡面的喷射混凝土护层内应设置孔径80mm的泄水孔，用直径Φ60PVC管材，长度lm，间距2m×2m进行布置，来排除坡体内地下水。

（4）支护结构参数。钢筋网喷射混凝土中钢筋网采用Φ6级钢筋，钢筋网间距为200mm×200mm，支护厚度为100mm，喷射混凝土的设计强度等级为C20。参照规范及勘察资料，锚杆类型采用全长黏结型锚杆中水泥浆锚杆，杆体钢筋直径为22mm，与水平面倾角为5°。孔径为120mm，注浆材料采用P.O.42.5R普通硅酸盐纯水泥浆，水灰比为0.5～0.6，浆体28d无侧限抗压强度不低于25MPa。参照规范及勘察资料，填土层中采取机械打人Φ48、63.5钢花管，灌注纯水泥浆，水泥浆水灰比为0.5～0.6，水泥采用P.O.42.5R普通硅酸盐水泥。

3. 锚杆支护施工。

（1）钢筋锚杆施工。钢筋锚杆的施工工艺:开挖作业面→修边坡→造锚杆孔→安放锚杆→灌注水泥砂浆→焊接加强钢筋→喷射细石混凝土→下层喷锚施工。根据地质情况，采用人工凿孔或钻机钻孔，对于坡残积土层中锚杆，采用洛阳铲作业成孔与专门锚杆钻机机械作业成孔配合施工。按设计的孔位布置进行测量画线，标出准确的孔位，后按设计要求的孔长、孔的50°倾角和孔径进行凿孔。锚杆定位偏差≤30mm，锚孔偏斜度≤5%，成孔深度超过锚杆设计长度≥0.5m，钢筋锚杆如图1所示。锚杆安装。锚杆采用Φ22螺纹钢筋，根据设计长度切好钢筋，焊接前钢筋平直、去除锈斑、油污。为使锚杆处于孔的中心位置，沿锚杆体轴线方向每隔2m设置一个对中支架，对中支架采用Φ8钢筋制作，将除锈并保持顺直的锚杆体与注浆管、止浆袋一起放入孔内；对于钻孔遇到障碍物无法钻进时，改变钻孔方向；土层为软土时，加大倾角；钻孔钻进达到设计深度后，不要立即停钻，要求稳钻1～2min，防止孔底尖灭，达不到设计孔径。钻孔结束后，将孔内松土、泥浆等清除干净后方可送入锚杆。注浆是保证锚杆与周围土体紧密黏合的关键。严格控制注浆的配合比，以保证浆液充满孔壁，使锚杆具有较高的抗拔力。注浆材料采用P.O.42.5R普通硅酸盐纯水泥浆。水灰比为0.5～0.6，浆体28d无侧限抗压强度不低于25MPa，压力不低于0.4MPa，以确保锚杆与孔壁之间注满水泥浆，水泥浆内加膨胀剂及早强减水剂；注浆前应先洗孔，直至孔口返出清水为止。水泥浆自孔底向外灌注，在注浆管插入孔内距孔底约0.5m处，在孔口绑扎止浆面袋，防止浆液流出，随着浆液的灌入，逐步将注浆管向外拔出，直至孔口，拔管过程中应保证管口始终埋在水泥浆内，待孔口溢浆，即可停止注浆；发现孔口有漏浆或不饱满时，及时进行补灌。锚杆孔内锚固体强度达到设计强度的70%以上且不小于3d时，方可开挖下一层土方。

（2）钢筋网喷射混凝土施工。在锚杆施工完成后，及时进行吹洗坡面，并在边坡面上布一层Φ6、网格200mm×200mm钢筋网，用2Φ20钢筋加强筋与锚杆锚头衔接起来，形成整体。在钢筋网铺设完成后，即可喷射混凝土。钢筋网技术要求。按设计配筋分层制作面网及加强筋，加强筋的搭接与锚头用电焊联结；钢筋使用前应调直，并清除污锈，网筋之间用扎丝扎牢，要求钢筋网搭接为一个网格长度。喷射混凝土技术要求。水泥采用P.O.42.5R普通硅酸盐水泥，骨料为中、粗砂、最大砾径≤25mm的砾石。喷射混凝土的配合比为水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2.5，水灰比为0.45；混合料搅拌均匀，搅拌时间不少于2min，存放时间不超过2h，混凝土厚度为100mm，强度为C20。喷射混凝土时喷枪口与受喷面距离保持在l～1.2m，避免因距离过大而影响受喷面混凝土的密实度，距离过小而造成过多的混合料反弹损失；喷射混凝土作业应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射到设计厚度。喷射终凝2h后，进行喷水养护，养护时间根据气温环境，一般为3~7d。

（3）钢花管锚杆施工。钢花管锚杆施工工艺。人工修坡→定位、放线→喷射混凝土→击入钢花管→高压注浆→挂网、焊接加强筋及锚固→喷射混凝土。钢花管锚杆技术要求。钢花管锚杆采用Φ48、63.5钢管，长度为6～9m，倾角为150°，压力灌浆水泥采用P.O.42.5R纯水泥浆，水灰比为0.5～0.6，水泥用量≥30kg/m；Φ48、63.5钢管制作成滤管(花管)，加工成桩尖状，滤水孔对向间距500mm，孔眼前端(造管尖侧)焊接钢筋或角钢块，构成孔前倒刺及保护块。采用冲击锤将钢花管按设计角度及位置对正，击入土中到设计长度；在打入钢花管锚杆时，发现有管涌或塌孔时，采用低频小冲击力设备将锚杆打入土层，并且间隔打入，防止产生振动影响；锚杆采用底部一次注浆，注浆压力达到0.6～0.8MPa，浆注满后稳压3～5min，在初凝之前用1.2MPa压力注浆补浆一次，注浆孔附近的混凝土要具有抵抗注浆引起的压力扩散作用，锚杆综合抗拔力设计值不小于8kN/m。坡面为挂钢筋网喷射混凝土，钢筋网格为Φ6、200mm×200mm，骨架钢筋采用2Φ20，沿锚杆位置布置。钢筋网绑扎要预留搭接筋，搭接长度为一个网格长度，钢筋网格误差≤±20mm，焊接加强筋，并与钢花管头焊接。喷射混凝土厚度为100mm，强度等级为C20，混凝土中必须加入速疑剂，其厚度控制用锚杆头或插入标桩进行，喷锚完成后，进行喷水养护，养护时间根据气温环境，一般为3～7d；上层喷锚完成3d后，进行下一层开挖喷锚作业，依次循环，直至坑底标高。

4. 基坑支护监测设计。按照动态化设计、信息化施工法，及时掌握基坑支护过程中出现的问题，必须进行变形观测设计。变形观测的主要内容有基坑顶的位移观测、沉降观测。

（1）监测点布置、监测频率及工期。水平位移及沉降监测点设于基坑顶部，各设24个。施工前按规定进行初测，在基坑土方开挖阶段，每3d监测1次，遇台风、暴雨等异常情况应每天监测不少于1次；基坑土方开挖完成之后3个月内每周监测一次，如3个月内支护结构变形仍不能趋于稳定，继续按照每周一次频率监测直至变形趋于稳定，遇台风、暴雨等异常情况应每周监测不少于2次；之后至基坑回填前每半个月监测1次，遇雨季施工每周不少于1次。监测精度要求不低于二等精度要求。

（2）基坑支护监测值。预警值。根据基坑工程安全等级，坑顶位移允许值为50mm，预警值为35mm；坑顶沉降允许值为30mm，预警值为20mm。基坑支护监测值。从土方开挖到地下室完成的4个月时间内，从各期监测成果中显示其水平位移在基坑土方开挖和土钉施工期间随施工日期的延续增加，其中W8均达到设计位移的预警值。后期地下室施工完成逐渐趋于稳定。测得最大位移量为39mm，最大的垂直沉降为9mm。（图2）

四、总结

综上所述，通过技术与经济比较，该基坑支护采用钢筋网喷射混凝土+钢花管锚杆支护、钢筋网喷射混凝土+钢筋锚杆支护，既安全又经济合理，符合工程实际，其特点是工期短、施工方便，可边控边施工。