土钉墙在深基坑支护施工中的应用

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(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030012)

引言

随着城市的大规模建设，城市用地紧张的矛盾越来越突出，各种建筑物的建设施工涉及到基坑支护的工程也日益增多。通过对基坑支护结构多种方案的分析比较，发现水泥土墙、钢板桩、地下连续墙、土钉墙等方式各有优缺点，但土钉墙造价较低，施工所用机具简单，操作方便，施工场地占用少，施工工期较短，特别适用于对变形要求不是很高的基坑支护施工。

根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的规定，土钉墙适用于基坑深度≯12 m的基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地。但是，对于土质条件较好的深基坑，可对规范限定有所突破，例如在大同市承建的武定东西桥梁工程中，最大挖深18.91 m的深基坑采用土钉墙支护，取得了较好的效果。

1 设计条件

1.1 工程概况

大同市武定东西桥为钢筋混凝土实复式拱桥，净跨20 m，拱高6 m，矢跨比1/3.3，该基坑平面尺寸为40 m×35 m，基坑深度18.5 m，开挖坡比1∶0.75，基坑南侧紧靠大同市古城城墙，西东两侧为住宅楼，北侧紧靠市政交通道路，施工场地十分受限。

1.2 场地工程地质条件

场地各土层主要力学参数见表1。

1.3 基坑的边界条件

施工场地狭小，四周全是高大建筑物，基坑南侧距大同市古城墙14 m，西侧距3座砖混结构的住宅楼15 m，东侧距两座砖混结构住宅楼20 m，北侧距雁同东路30 m。

表1 各土层主要力学参数

2 支护方案论证

该基坑深18.91 m，土质比较好，场地狭小，按照JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的规定，综合确定基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取1.0。

根据大同地区的支护施工经验，对该工程初步确定了两种方案，第一种是钢板桩支护，采用拉森Ⅳ型钢板桩支护；第二种是采用土钉墙支护，首选的是钢板桩支护。通过技术经济比较分析，最后决定采用土钉墙支护为最终支护方案。

采用土钉墙支护方式，土钉从基础底往上0.5 m左右开始布置，土钉水平间距1 200 mm，竖向间距1 200 mm，土钉成孔直径120 mm，土钉倾斜角度15°，采用Φ18 mm的二级钢筋。注浆材料采用M20水泥浆，喷射混凝土面层采用配Φ8 mm一级钢筋、间距200 mm×200 mm钢筋网的100 mm厚C20喷射混凝土。根据基坑深度、原地表构筑物分布情况及实际地层特点，按两个剖面进行设计。计算采用“理正深基坑支护设计软件”中的土钉墙设计软件进行设计。拟采用各土层的主要物理力学参数见表2。

3 基坑支护施工和监测

3.1 施工要点

施工前，应先对施工现场地形进行测量，划分出基坑支护高度分段；在分段高度范围内，最深点对应剖面设计参数，深度变浅时，土钉需按照先减上、后减下的方式逐步减少。

表2 拟采用各土层主要物理力学参数

土钉位置偏差要求<100 mm，偏斜度<3%，面层厚度偏差≯20 mm。为了防止混凝土面层形成滞水压力，在面层横竖向间隔3 m左右设置泄水孔。

施工中要求每层土方的开挖深度必须在土钉以下0.5 m以内，严禁超挖。土方开挖与土钉墙施工应紧密配合，每一层土方开挖到设计深度后，在土钉施工完毕且强度达到设计强度80%之前，不得进行下一层土方开挖。土方开挖顺序是先四周、后中间。

3.2 信息法施工

由于市政施工的地质条件比较复杂，勘测土质的物理性能往往是以点带面，并不能完全反映整个场地的地质条件，因此在开挖过程中必须深入了解开挖揭露土质情况，对支护方案进行细部优化，调整土钉长度，使支护措施更加经济合理，安全可靠。

3.3 地表水控制

将基坑外侧全部硬化，并在支护结构上部砌筑240 mm×240 mm挡水墙，在支护结构外侧设置排水沟，防止雨水进入基坑内部。

3.4 基坑监测

该工程采用信息法施工，为确保基坑开挖过程中的安全，必须对基坑进行监测，发现问题应及时反馈并分析，采取相应的抢救措施，使基坑不发生意外破坏和变形。该工程各剖面的安全等级均为二级，按规程的规定，基坑变形允许值为0.4%，基坑边坡变形预警值均定为25 mm，控制值定为35 mm。

3.5 应急预案

3.5.1 坍塌垮落

基坑施工如遇在砂层中开挖，要充分考虑砂层裸露时间较长时极易失去水分，会因施工扰动导致砂层成片剥落。为尽量减少施工对砂层的扰动，应调整施工工序，使清坡到支护的时间尽可能缩短，并将开挖分段长度减小到每段4 m左右，清坡后立即挂网，及时喷射混凝土。

3.5.2 地表裂缝

在施工开挖过程中，应连续观察邻近地表、建筑物的变形或开裂情况。通常紧靠基坑的建筑物或地表发生细小裂缝和轻微开裂属于正常情况，但必须密切观测其发展趋势，必要时采取适当的处理措施。当裂缝不断发展并延伸时必须停止施工，对原设计支护参数进行修改，同时对已施工的部位进行加固。当基坑顶部的侧向位移与当时开挖深度之比>2‰时，应对支护采取加固措施并加强观察其变化，并考虑与其他支护方法配合使用，以确保安全。

3.5.3 滑坡

在土方开挖过程中，如果出现滑坡迹象(如大裂缝、滑动等)时，应立即采取下列措施：

(1)停止施工，并立即撤离所有人员和机械至安全地点。

(2)向现场管理人员报告，迅速采取处理措施，例如用挖掘机在坡脚迅速回填等。

因土方开挖与护坡分层高度不尽相同，因此土方开挖要与护坡密切配合，严禁超挖，避免给基坑支护带来安全隐患。发现异常情况时，土方施工人员必须无条件地服从指挥，以保证基坑及周边建筑物的安全。

(3)根据滑动迹象，在危险部位增设观测点，观测滑坡体平面位移和沉降变化，并做好记录。

为了确保基坑在施工和使用期间的安全，在开工前应制定应急预案。

3.5.4 危情判断

在出现下列情况之一时，应立即报警；若情况比较严重时，应立即停止施工，并对基坑支护结构和周围环境中的保护对象采取应急措施。

(1)基坑支护结构或后背土体的最大位移>40 mm，或连续3 d水平位移速率>3 mm/d。

(2)个别土钉出现断裂、松弛、拔出现象。

(3)周围建筑物不均匀沉降值已接近或达到GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》的限值。

4 结语

根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的规定，土钉墙适用于基坑深度≯12 m的基坑侧壁安全等级宜为二、三级非软土场地，但该工程基坑最大深度已达到18.91 m，基于工程造价、工期方案比较和可行性分析，确定使用土钉墙支护形式，在现场施工中得到了很好的应用。监测结果表明，基坑的位移量和周围建筑的沉降均满足规范要求。该基坑正常使用3个月，经历了雨季的考验，土钉墙支护达到了预期的效果。

参考文献：

[1] 徐至钧.建筑地基处理工程手册[M].北京：中国建材工业出版社，2005.

[2] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 贾金青.深基坑预应力锚杆柔性支护法的理论及实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] GJB 5055—2006，土钉支护技术规范[S].北京：人民交通出版社，2007.