土钉墙与锚杆联合支护施工技术初探

何国忠

厦门兴海湾监理咨询有限公司（361000）

土钉墙与锚杆联合支护施工技术初探

何国忠

厦门兴海湾监理咨询有限公司（361000）

以某基坑支护工程为例，讨论了锚杆与土钉联合支护在类似条件深基坑工程中的应用，可为类似基坑支护工程提供一定参考。

基坑支护;锚杆施工;土钉墙

由于某些水位较高、深度较大的基坑支护工程,工期紧张，周围场地条件受限，在基坑支护中使用传统复合土钉墙支护难以达到设计要求。

1 土钉与锚杆联合支护机理

土钉支护结构是工程中十分常用的基坑边壁支护方式，利用土体本身的加固来抵抗基坑荷载。但随着基坑开挖的不断深入，边壁临空高度越来越大，对支护的要求也更高，此时只有对土钉支护结构进行一定改进，方能有效提高边壁土体的水平抗力，使边壁土体强度得到最大限度利用。

锚杆支护是在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱,打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工空间少等优点。

利用锚杆与土钉联合支护，对于控制坑壁侧向变形，提高土体整体性能是效果显著的。锚杆与土钉联合支护是一种结构受力合理、施工方便、适应性强的支护方法。

2 工程概况

某污水处理厂构筑物，外长和外宽分别为86.7m和58m。基坑开挖深度为9.0～10.0m,其中东面基坑(10m)支护采用锚杆与土钉墙联合支护方式。

2.1 地质情况

土层分布情况是根据地质勘测资料所得，如表1所示。

表1 由地质勘探资料得到的土层信息

2.2 地基土评价

表层杂填土结构疏松，承载力低，压缩性大，工程性质差。

重粉质黏土层呈可塑状、硬塑状，承载力较高，工程性质好。

淤泥层承载力低，呈流塑状，属高压缩性软弱土层，工程性质差。

粉质黏土层承载力较低，工程性质稍差。可塑粉质黏土层承载力较高，工程性质较好。流塑淤泥质粉质黏土层属高压缩性软弱土层，工程性质很差。中砂、卵石层承载力较高，工作性质较好。

3 锚杆施工

锚杆施工流程：确定孔位→钻孔就位→调整角度→钻孔→清孔→安装锚索→一次注浆→二次补浆→施工锚索腰梁→张拉→锚头锁定→割除锚头多余钢铰线,对锚头进行保护。

1）确定孔位。钻孔位置直接影响锚杆的安装质量和力学效果,因此,钻孔前应由技术人员按设计要求定出孔位,标注醒目的标志,不可目测定位。

2）调整钻杆角度。钻孔就位后,由机长调整钻杆钻进角度,并经现场技术人员用量角仪检查合格后,才可正式开钻。另外,要特别注意检查钻杆左右倾斜度。因本工程第一道锚杆均为一桩一锚,水平间距才1m,钻孔过大的左右倾斜度会导致相邻两根锚杆锚固体的间距变小,出现应力集中,影响锚固效果。入射角允许偏差±2°。

3）钻孔。因本工程地质较复杂，采用等同锚杆直径的套管跟进,压水钻进的方法钻孔,钻进时压力水从钻管流向孔底。在一定水头压力下,水流携带钻削下来的土屑排出孔外,钻进时要不断供水冲洗,包括接长钻管和暂时停机,而且要始终保持孔口水位。若发现不能压水进去,说明已堵管,应拔出钻管,把黏土塞取出,再继续钻进。待钻进至规定深度(钻孔深度大于锚杆长度0.5m),钻机继续旋转,并压水冲洗残留在孔中的土屑,直到流出的水不浑浊为止。此时应安插锚索,并立即注浆。

4）锚索的制作与安装。①每根钢绞线的下料长度=锚杆设计长度+腰梁的宽度+锚索张拉时端部最小长度(与选用的千斤顶有关)。本工程的钢绞线下料长度=锚杆设计长度+1.1m。②钢绞线自由段部分应满涂黄油,并套入塑料管,两端绑牢,以保证自由段的钢绞线能伸缩自由。③捆扎钢绞线隔离架沿锚杆长度方向每隔1.5m设置一个。④锚索的安插。锚索加工完成后，小心运至孔口。入孔前将锚索与注浆管同步送入孔内,直到孔口外端剩1.1m为止。如发现锚索安插入管内困难，说明钻管内有黏土堵管,不要再继续用力插入,而应把钻管拔出,清除钻孔内的黏土,重新在厚位钻孔到位。

5）注浆。①本工程采用边注浆边拔管的注浆方法,拔管比注浆迟后不小于5m。②采用425#普通硅酸盐水泥配制水泥浆,水灰比控制在0.4～0.45,注浆压力控制在0.4～0.6mPa,直到孔口溢出浆。此时就把钻管全部拨出,注浆管不拔。③接着用水泥袋、湿黏土加钢板封口，并严密堵实,以0.4～0.6mPa稳压注浆5min，再拔出注浆管。④注浆量要大于其理论计算量的1.2倍。本工程所有锚杆的注浆量均大于1.25倍。

6）上锚具、张拉。锚具张拉前，首先对试块3 d抗拉强度进行检查，如达到15mPa，则按规范要求用拉拔机分级进行张拉。

4 土钉墙施工

根据基坑设计图纸，东面基坑支护为土钉墙，土钉墙锚杆采用Φ22钢筋，间距为1 000mm。钢筋网采用8Φ200×200，各施工段间必须焊接，喷射硅采用湿喷法，强度等级C25，东侧厚度为80mm，土钉位置局部100mm，西侧等厚100mm。

4.1 工艺流程

土方开挖→修整边壁→测量、放线定位→钻机就位→接钻杆→校正孔位→调整角度→打开水源→钻孔→钻至设计深度→孔内冲洗→插入钢筋→压力灌浆→养护→面层钢筋网→加强钢筋→加强钢筋与土钉焊接→喷射硅。

4.2 操作工艺

1）土层锚杆作业施工程序与水作业钻进法基本相同，只是钻孔中不用水冲洗泥渣成孔，而是使土体顺螺杆出孔外。钻孔要保证位置正确，要随时注意调整好锚孔位置，防止出现相互交错和高低参差不齐的情况。2）钻进过程中应来回多次提插钻杆,并用清水将孔底沉渣洗净，再接下节钻杆;遇有坚硬土层时，可增加钻杆的钻孔深度，以多出10～20 cm为宜，以防管子堵塞。3）使用钢筋和钢绞线之前应对其各项性能进行严格检查，如不符合标准要求，应及时更换或处理。钢绞线长度与使用要求差值宜在5 cm以内，并用铁丝将端部绑牢。4）拉杆应由专人制作，要求顺直。钻孔完毕应尽快地安设拉杆，以防塌孔。拉杆使用前要除锈，钢绞线要清除油脂。5）在灌浆前将管口封闭，接上压浆管，即可进行注浆，浇注锚固体。灌浆是土层锚杆施工中的一道关键工序，必须认真进行，并作好记录。灌浆材料多用纯水泥浆，水灰比控制在0.4～0.45。6）灌浆压力，一般不得低于0.4mPa，不宜大于2mPa。为提高锚杆抗拔力，宜采用封闭式压力灌浆和一次压力灌浆。注浆前应对输浆管道进行检查，注浆后应及时清洗搅拌、压浆设备。注浆后自然养护时间应在一周以上。待强度达到设计强度等级的70%以上,方可进行张拉工艺。7）张拉前要检验锚具硬度，对千斤顶进行校核，清擦孔内泥砂和油污。根据实际所需张拉力，并考虑松驰情况来确定张拉力，一般按设计轴向力的75%～85%进行控制。8）锚杆、土钉张拉时，分别在拉杆上、下部位安设两道工字钢或槽钢横梁，与护坡墙(桩)紧贴。当张拉到设计荷载时，拧紧螺母，完成锚定工作。9）喷射混凝土面层。面层钢筋网片应牢牢固定在边坡壁上，并符合规定的保护层厚度的要求,可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射时不出现移动。钢筋网片按设计要求采用焊接或绑扎,混凝土配合比按设计要求通过试验确定。

4.3 质量标准

4.3.1 主控项目

1）锚杆工程所用原材料，钢材、水泥浆、水泥砂浆强度等级，必须符合设计要求，锚具应有出厂合格证和试验报告。2）锚固体的标高、直径、倾角、深度、安放及组装必须符合设计要求。3）在施工和设计规范要求内完成锚杆的张拉、锁定和防锈处理工作。4）土层锚杆的试验和监测，必须符合设计和施工规范的规定。

4.3.2 一般项目

1）水泥砂浆必须经过试验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的试验资料。2）在台座承压面平整的情况下进行张拉和锁定，确保与锚杆轴线方向相垂直。3）基本试验过程应严格控制施加的最大试验荷载值，以小于钢绞线、钢筋强度标准值的0.8倍为宜。4）基本试验所得的总弹性位移应小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性仲长，大于自由段长度理论弹性仲长的80%。5）质量检验标准。

4.3.3 特殊工艺关键控制点控制

1）机具确定：根据设计要求、地质水文情况和施工机具条件，认真编制施工组织设计，选择合适的钻孔机具和方法。2）锚杆安装：锚杆安装应按设计要求，正确组装，正确绑扎，认真安插，确保锚杆安装质量。3）灌浆：锚杆灌浆应严格控制水泥浆、水泥砂浆配合比，做至搅拌均匀，并使注浆设备和管路处于良好的工作状态。4）钻进：在钻进过程中，选择合理的钻进速度，严格控制钻进参数，以防出现卡钻、埋钻、掉块、坍孔、缩颈和涌砂等各种通病。5）注浆：为防止出现塌孔，干作业钻机拔出钻杆后应立即进行注浆。为防止流砂涌入管内，造成堵塞，应严格控制水作业钻机拔出钻杆后孔内外套的稳定性，确保不会坍孔。

4.4 基坑构造

1）基坑顶荷载不得超过设计荷载20 kPa。2）在基坑面及基坑底，沿基坑周边设350mm×350mm砖砌集水沟，每15m设600mm×600mm×800mm集水井一只。3）土钉在基坑壁上呈梅花形布置,土钉采用Φ22钢筋，支架间距2m，钢筋网Φ8@200× 200。各施工段间必须焊接，坡面上下段钢筋搭接长度应大于3 000mm。4）喷射硅采用湿喷法，强度等级C25,东侧厚度为80mm，土钉位置局部100mm，西侧等厚100mm。5）土钉及注浆锚管的注浆压力不小于0.6mPa，须慢速进行，确保注浆充盈，注浆材料采用水泥砂浆，配合比1：1，水灰比0.45。注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净,注浆时注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。6）基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层进行。每段施工长度不大于10m。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度的允许偏差为20mm。在坡面喷射硅支护前，应清除坡面虚土。7）为保证挖土边坡的稳定，防止塌方、滑坡，禁止在边坡附近弃土及堆载。

5 结论和启示

经计算，本工程各开挖工况的整体稳定性验算均满足规范要求，可得到以下结论和启示：1）锚杆与土钉联合支护在本次深基坑开挖过程中发挥了重要作用，对基坑稳定贡献很大。2）采用锚杆支护与土钉联合支护的方法，可以有效控制基坑侧壁的水平位移和临近建筑物的竖向沉降，从而保证基坑周边建筑物的安全和正常使用。3）基坑工程地域特点非常明显，各地在对这一支护方式进行适用性探索时应注意结合当地的土质和环境情况，合理选择。4）为探讨锚杆与土钉墙联合支护的力学传递规律及其相互作用规律，还应进行更多的实际工程监测与分析，以利于该种技术的推广与应用。