复合土钉支护在深基坑中的应用

卜 飞 李彦君

(1.山西省勘察设计研究院，山西太原 030013;2.山西省建筑职业技术学院，山西太原 030000)

随着我国建筑行业的飞速发展，深基坑支护问题逐渐引起大家的重视，对基坑支护的要求也越来越严格。而土钉墙以其工期短、施工便捷、经济节能、稳定可靠等诸多优点得到迅速的发展。但是，对于深基坑的支护，单独的土钉由于其强度不足，很难满足设计的要求。复合土钉支护技术是在传统土钉支护技术基础上，配合采用预应力锚杆、水泥土搅拌桩等技术措施，以控制土钉支护变形，满足环境对支护技术要求而形成的复合支护技术。虽然与单一土钉支护技术相比，造价有所提高，但仍比采用护坡桩大为节省，且不需大型、重型施工机械，施工方便，工期短，因此得到了普遍应用。

1 工程概况及周围建设情况

1.1 工程概况

本工程拟建建筑物由4栋24层办公楼、4层商业裙房及其附属地下车库组成。办公楼高度99.9 m，框架核心筒结构;商业裙房高度19.8 m，框架结构;整个建筑物设有2层地下室，基础底标高－12.720 m，开挖深度12.0 m。基坑南、北、东侧均为市政道路，基坑西侧为空场地。基坑平面如图1所示。

图1 基坑平面示意图

1.2 工程地质条件

根据勘察报告提供资料，场区工程地质条件自上而下为:第①层:人工填土，第①1层:杂填土，主要以建筑垃圾为主，混有少量生活垃圾，堆积年限大于10年，该层平均层厚0.90 m。第①2层:素填土，以粉质黏土为主，局部为砂石垫层。标准贯入试验实测锤击数介于6.0击～9.0击之间，平均7.8击。堆积年限大于10年。该层平均层厚2.70 m。第②层:粉质黏土，混有粉土、砂土，夹砂土透镜体。标准贯入试验实测锤击数介于5.0击 ～9.0击之间，平均 6.4击，该层平均层厚 4.50 m。第③层:粉土，混夹粉质黏土及多层薄层粉细砂。标准贯入试验实测锤击数介于6.0击 ～11.0击之间，平均7.9击，该层平均层厚6.10 m。第④层:粉土，混夹粉质黏土及多层薄层粉细砂。标准贯入试验实测锤击数介于9.0击～15.0击之间，平均11.4击，该层平均层厚8.00 m。第⑤层:细中砂，混有粉质黏土及粉土，含卵石。标准贯入试验实测锤击数介于20.0击～28.0击之间，平均24.2 击，该层平均层厚8.70 m。

1.3 水文地质条件

勘察揭露场地浅层地下水类型为微承压水，勘察期间实测稳定水位埋深介于8.7 m～10.5 m之间，稳定水位标高介于767.56 m～768.83 m之间。勘察期间为丰水期，地下水位年内季节性变化幅度约1.0 m。设计参数取值见表1。

表1 设计参数值

2 基坑支护设计

基坑侧壁安全等级为一级，使用期限为12个月。综合考虑现场的周边环境及岩土层组合条件，为尽可能避免基坑开挖后对周围道路及建筑物的影响，本着“安全可靠、经济合理、技术可行、方便施工”的原则，经过细致分析、计算和方案比较，基坑采用复合土钉墙进行支护。

2.1 设计方案

采用复合土钉支护体系，上部5.2 m做卸荷平台，平台宽度3.0 m，坡度1∶0.3，设置3 道钢筋土钉，间距 1 300 mm，土钉长度12.0 m，孔径110 mm;下部6.8 m直立开挖，设置5道钢管土钉，间距1 300 mm，钢管采用A48，长度12.0 m，其中第3，4道采用钢管土钉与预应力锚索间隔布置，锚索长度20.0 m/25.0 m，孔径150 mm，锚索抗拔承载力设计值210 kN/350 kN。

因上部5.2 m做卸荷平台，搅拌桩可在5.2 m处施工，减小了止水帷幕的长度，止水帷幕采用双排单轴搅拌桩，桩径500 mm，间距350 mm，排距350 mm，桩长17.5 m，详见图2。

图2 基坑剖面图

计算采用理正深基坑7.0版，土钉计算结果如表2所示。

整体稳定计算安全系数最小值对应工况8，对应圆心坐标(－13.900，19.800)，半径24.192 m，安全系数为1.306 ＞1.30，满足规范要求。

2.2 设计要点

1)下部6.8 m采用钢管土钉代替钢筋土钉。由于地下水位以下成孔较难，因此，本工程下部6.8 m采用钢管土钉代替钢筋土钉，通过钢管对周边土体进行压力注浆，其渗透效果明显，可以充分改良基坑外土质成分，增大边坡自身稳定性;同时由于水泥浆液渗透作用，也使实际锚固体直径大于原设计钻孔直径，增大了浆体与周围土层间粘结力。施工时，以钢管杆体代替钢筋杆体，并采用击入式，可将土钉钻孔、安装、注浆一次完成，施工速度大为提高，工期显著节省。

表2 土钉计算结果表

2)面层局部加厚。普通的喷射面层厚度仅为100 mm，无法满足局部受压承载力，而复合土钉支护中预应力锚索的承载力设计值达350 kN，锚头承压板与喷射混凝土面层连接必须可靠，经计算，采取把面层局部加厚，加厚至300 mm，宽度600 mm，加厚区配置双层钢筋网片，同时增加一道槽钢腰梁。

2.3 方案优缺点对比

为了进一步考虑方案的合理性，本文同时还设计了计算方法比较成熟，上部无需放坡，周边场地可作为施工场地的常规的桩锚支护体系。该设计方案，桩径700 mm，间距1 600 mm，桩长20.0 m;在 4.0 m，7.0 m 分别设置一道锚索，锚索长度 21.0 m，锚固体直径150 mm，锚索抗拔承载力设计值370 kN，锁定值220 kN。止水帷幕采用三轴搅拌桩，桩径850 mm，间距600 mm，套接一孔，桩长23.0 m。通过造价对比分析:常规的桩锚支护体系方案工程造价约1 480万元，而复合土钉支护工程造价约820万元，节省造价将近45%。

2.4 基坑支护施工成果检测

在基坑施工过程和施工完成后，对水泥砂浆、混凝土试块的检测以及锚杆的抗拔检测，从结果看，实测值均达到设计值，说明施工质量满足设计要求。

施工过程中，专业检测机构对支护结构进行动态监测，开挖阶段每天观测1次，支护结构完成后，每星期观测1次，监测持续到基础回填完成为止。基坑处于安全状态，周边建筑物及马路水平位移及沉降变形均为零，地面无下陷、开裂等现象。

3 结语

复合土钉支护是近年来广泛使用的深基坑支护技术，与传统的基坑支护方式相比，明显降低了成本，而且不额外占用施工时间，争取了工期，在深基坑工程支护施工中，是一种很有竞争力的技术手段。本文通过对某工程复合土钉支护设计方案的分析，阐述了钢管土钉代替钢筋土钉的复合土钉支护技术在深基坑支护设计中的应用。同时，与常规的桩锚支护体系设计方案进行了造价对比分析，论证了复合土钉技术的优越性。

［1］刘 倩，李晓敏.复合土钉支护在深基坑中的应用［J］.中国矿山工程，2007(4):90-92.

［2］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］GB 50739-2011，复合土钉墙基坑支护技术规范［S］.