建筑工程施工中基坑支护技术的应用

郭永梅 刘旭昕

（二冶集团包头恒信工程检测有限责任公司 内蒙古 包头014010）

1 工程概况

某工程位于该地区商务中心，为20 层高层商住楼，楼高66m，地下2 层，基坑面积48×33m2，基础采用CFG 桩施工，基础底面处的平均压力为500kPa 左右， 上部结构形式为框架剪力墙结构， 基坑深度6.8m。

本工程施工场地地貌单元属冲积平原，地形平坦，周围无其它建筑物，环境条件比较简单。本基坑支护工程的安全等级为二级。根据现场挖井观测，分析时可不考虑地下水的影响。 本工程基坑开挖深度范围内，多为粘质粉土、粉土、交互层，土钉使用人工成孔较容易，综合考虑造价、环境、工期、社会效益和不可预见因素后，最终在地下室施工过程中采取土钉支护结构的方案。

2 土钉支护技术概述

2.1 土钉支护技术

土钉与土体形成复合体，提高了边坡的整体稳定性和承受坡顶超载能力，增强土体破坏延性，改变边坡突然塌方性质，有利于安全施工。 土钉墙体位移小，一般测试约为20mm，对相邻建筑影响小，设备简单，易于推广，由于土钉比土层锚杆长度短得多，钻孔方便，注浆容易，而且喷射混凝土等设备，施工单位均易办到；如能与土方开挖配合好，实行平行流水作业，则工期可缩短，噪音小；经济效益好，一般成本低于灌注桩支护。因分段分层施工，易产生施工阶段的不稳定性，因此必须在施工开始就进行土钉墙体位移监测，以便于采用必要的措施。

2.2 土钉的作用机理

（1）土骨架约束作用

由于土钉本身的刚度与强度，以及它在土体内分布的空间组成复合体的骨架，使复合土体构成一个整体，骨架有约束土体变形作用。

（2）分担作用

在复合体内，锚杆与土体共同承担外来荷载和自重应力，土钉起着分担作用。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这时土钉内出现了弯剪、抗剪开裂，从而导致锚杆中浆体碎裂、钢筋屈服。

（3）应力传递与扩散作用

当荷载增加到一定程度，坡脚应力最大，锚杆通过其应力传递作用，将滑裂域内部分应力传递到稳定土体中，并分散在较大范围的土体内，降低应力集中程度。

（4）坡面变形的约束作用

在坡面上设置与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板，喷射混凝土面板起到坡面变形的约束作用，摩阻力主要来自于开裂区域后的稳定复合土体。

3 土钉支护技术在基坑施工工程中的应用

3.1 分层开挖施工

土钉墙施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，在砂性土中每层开挖高度为0.5-2.0m。

开挖高度一般与土钉竖向间距相匹配，便于土钉施工。 每层开挖的纵向长度，取决于交叉施工期间保持坡面稳定的坡面面积和施工流程的相互衔接，长度一般为10m。 使用的开挖施工设备必须能挖出光滑规则的斜坡面，最大限度地减少对支护土层的扰动。 松动部分在坡面支护前必须予以清除。 对松散的或干燥的无粘性土，尤其是当坡面受到外来振动时，要先进行灌浆处理，在附近爆破可能产生的影响也必须予以考虑。 在用挖土机挖土时，应辅以人工修整。

3.2 面层制作施工

每步开挖完成后必须及早进行坡面支护， 以免土层出现松弛和剥落。可以先在开挖面上打入短钢筋，挂上钢筋网，然后喷50-100mm 厚面层，当面层较厚时可以喷两次或多次。对于临时工程，最终面层厚度为50-150mm，而对永久性工程为150-200mm，喷射混凝土的最大骨料粒径可为10-15mm，并掺入早强剂以加快混凝土的固结，使其8 小时后的无侧限抗压强度不小于5MPa，靠近底部约300mm 高度的开挖面可先不喷，以利于下一步开挖面上钢筋网的设置和下一步45°倒角的喷射混凝土的施工浇接，面层最好在养护24 小时后投入使用，当不允许出现裂缝时适当养护尤为重要。

3.3 降排水施工

（1）当地下水位较高时，应采取人工降低地下水措施，一般沿坡顶每隔10m 左右设置一个降水井，常采用管井点降水法；

（2）在基坑四周支护范围内的地表构筑排水沟和水泥地面，防止地表水向地下渗透。靠近边坡处的地面适当垫高，便于迁流远离边坡；

（3）在支护面层背部设置长度为40-60cm 长的带孔塑料排水管，向上倾斜5-10°，内填滤水材料，随着施工开挖过程，按一定间距从上到下将其插入边壁土体，以便支护完成后能将混凝土面层后的可能积水排出；

（4）在坑底设置排水及集水坑，排除集聚在基坑内的渗水。

3.4 锚杆制作安装施工

锚杆用钢筋采用Φ20、Φ22 两种规格的Ⅱ级钢筋， 杆长分别为9m、12m 两种。 钢筋进场后取样做原材、焊接试验，并附有质保书和进料单。 每隔3m 设置一道定径环，确保钢筋保护层厚度不小于25mm。锚杆安放时应绑扎PVC 注浆管，注浆管比土钉短100mm。锚杆自由段长度为5m， 余为锚固段， 自由段可用水泥袋绑扎与杆体一起放入孔内。

3.5 土钉施工

注浆成孔过程中难免造成孔壁附近土体松动，所以也可以采用二次挤裂注浆方法压密土体，并使浆液渗入土休孔隙，增大与土的粘结面积，以增加界面摩阻力。为了保证土钉钢筋处于孔的中心位置，周围有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔2.5m-3.0m 设对中支架。

对于端部作有螺纹并通过螺帽、垫板与面层相连的土钉，在注浆结硬后宜用板手拧紧，使土钉受到约相当于工作内力10%大小的预张拉力。为了张拉的方便，离孔口应当有一定非粘结长度，在这一长度内可用土填孔，或者预留孔隙待拧紧螺帽后再注浆填满。 由于预张拉力很小， 螺帽后的垫板也不需要太大， 有150×150×10mm 或200×200×10mm 即可。

喷射混凝土材料为标号为32.5 级普通混凝土酸盐水泥， 骨料为最大粒径不宜大于12mm 的碎石，砂为粗砂或中粗砂，混凝土配比为水泥:水:砂:细石=1:0.4:2:2，上述材料由施工员按配比换算的实际用量计量，人工拌和均匀后加入到喷射机进行喷射.喷射混凝土前，应对机械设备进行调试，喷射时，喷头与受喷面保持垂直，距离喷受面距离为0.6-1.0m，枪头以旋涡状移动，自下而上作业，上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖土方及下层土钉施工。

4 结语

随着工业和城市建设的蓬勃发展，高层建筑的兴起和对地下空间的开发利用使得基坑开挖工程日益增多， 基坑开挖深度由浅向深发展。土钉支护技术能有效地发挥并调用岩土体自身的强度和自身的稳定性，是提高基坑(边坡)稳定性和解决复杂岩土工程稳定问题最经济最有效的方法之一。土钉支护结构作为一种用于土体开挖和边坡稳定的新型挡土结构，因其施工快速简便、经济可靠而得到越来越广泛地应用，还将大量地运用于流砂、软土、复杂填土、强膨胀土和砂砾土等不良土层中。

［1］劳德静，吕亚南.广西建筑科学研究设计院住宅楼基坑支护方案比较[J].建筑技术，2013（03）.

［2］任淑杰.建筑工程施工中的基坑支护施工技术[J].城市建设理论研究:电子版，2014（02）.

［3］张少力，冯雨.土钉墙在超软地基基坑支护中的应用探析[J].地球，2014（01）.