钢管土钉支护技术在深基坑中的应用

刘成传

厦门基业衡信咨询有限公司（361000）

钢管土钉支护技术在深基坑中的应用

刘成传

厦门基业衡信咨询有限公司（361000）

结合某住宅工程地质条件、环境，确定了基坑边坡采用钢管土钉墙支护施工方案，介绍了施工方法，经基坑动态监测，取得了较好的工程效果。

深基坑；钢管土钉支护；抗拔试验；监测；工程效果

1 工程概况

福建省厦门市某住宅工程地下一层，地下建筑面积27 023 m2,地上4栋单体，分别为23～32层，地上建筑面积100 151 m2,总建筑面积127 175 m2,建筑总高度102 m,主体结构形式为框剪结构。

基础采用桩基础，底板垫层底标高为-5.25～-6.35 m,基坑开挖深度为4.65～7.25 m。基坑周长总长度约716 m,基坑面积约2.9万m2,开挖面积较大，土方总量约为15万m3。

2 工程地质、水文条件

2.1 场地岩土特征

在基坑开挖范围内，主要涉及到以下土层：

①-1素填土：松散～稍密状，稍湿。层厚0.30～2.00 m。①-2填砾砂：松散～稍密状，以稍密状为主，稍湿～饱和，层厚2.30～5.30 m。②-1淤泥质土：软～流塑状，饱和，层厚1.10～7.20 m。

2.2 场地地下水类型

地下水主要为填砂潜水、中砂及砾砂层孔隙中承压水，其次为赋存和运移于残积土～风化带网状裂隙、裂隙中潜水-弱承压水。初见水位埋深为4.30～8.90 m，混合稳定水位埋深4.00～8.60 m。

3 基坑的支护设计方案

3.1 支护结构型式

本基坑工程安全等级为二级，基坑侧壁重要性安全系数取1.00。根据场地工程地质、水文条件、周边环境、基坑形状及开挖深度等条件，通过安全、经济等各方面综合分析比较后，基坑支护主要采用：钢管土钉墙、自然放坡联合支护体系。

钢管土钉墙段采用φ48×3.0 mm、φ60×3.5 mm焊接钢管做土钉，注浆锚固体直径应≥110 mm,坡面喷混凝土80 mm厚，面层内配置φ8@250 mm× 250 mm钢筋网。

3.2 地面荷载

坑周边超载取10 kPa，施工中基坑周边地面堆载不得超过设计荷载，距坡顶边缘线以外2.0 m范围内不得堆载。

3.3 止水、排水措施及地下水控制

基坑四周边坡设泄水管，将地下水排入坑内排水沟内，再由积水井用水泵排出坑外。

基坑四周顶部设排水沟,阻止地表水流入坑内。

这里主要以北面开挖最深的7-7剖面的钢管土钉墙支护为主进行论述，基坑支护结构剖面如图1所示，土钉墙节点如图2所示。

图1 基坑支护结构剖面

图2 土钉墙节点

4 钢管土钉墙施工

4.1 土钉墙施工工艺流程

挖土、修坡→喷射第一层混凝土→钢管土钉定位、设备就位、施工→注浆→钢筋网布设→泄水管安装→喷射第二层（面层）混凝土→养护。

4.2 挖土、修坡

土方开挖应严格按设计图纸开挖及设计坡角进行。基坑开挖应自上而下分层、分段进行，挖土应该采用分段跳挖，每次挖土长度不宜大于15 m，每层开挖深度不宜超过2 m。土钉支护每层土钉为一个开挖层，每层开挖深应在该层土钉下0.3 m范围内，及时支护，严禁超挖。必须等到上一道土钉注浆及喷射混凝土面层的强度达到设计强度的70%后方可开挖下一层及进行下一排土钉的施工。最后一层土钉施工完成后应立即施工地下室垫层及底板。

采用施工机械与人工挖土相配合的施工方法，机械开挖后，应需预留约30 cm的保护层，用人工修整坡面。基底应预留约30 cm土层厚度，采用人工清理。

4.3 第一层混凝土喷射

在修整好的坡壁上埋设喷射混凝土厚度的控制标志。喷射时应该自上而下,喷头与受喷面应保持垂直,距离宜为0.6～1.0 m,喷射厚度不小于40 mm。

坡面喷射混凝土为C20细石混凝土，水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，配合比宜为水泥∶砂∶细石= 1∶2∶2细石混凝土（重量比），水灰比0.4。喷射混凝土终凝2小时后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜3～7天。

4.4 钢管土钉打入

待初喷面混凝土终凝后，按要求定出钢管土钉打入点并作出标记和编号。

按照钢管土钉打入的设计斜度制作一只移动式固定支架，紧靠土钉墙面安放固定。

将钢管土钉安置于操作固定支架上，空压机连接的风镐顶住钢管土钉尾部,均匀用力振动打入。

4.5 钢管土钉施工要求

钢管土钉注浆锚固体直径不应小于设计值110 mm，土钉位置的允许偏差为±100 mm，土钉倾角的允许偏差为3°，土钉杆体长度应大于设计长度。施工过程中必须作好记录。若施工过程中遇有障碍物，打入深度小于设计要求，则上报设计单位。设计单位可通过设计变更及调整钢管土钉位置，以保证钢管土钉密度和支护结构体系安全可靠。

4.6 钢管土钉制作要求

钢管的注浆孔应设在钢管里端。每个注浆截面对称布置2个注浆孔，孔径5～8 mm，注浆孔外应设置保护倒刺。钢管土钉采用焊接，接头强度不应低于钢管强度。可采用数量不少于3根、直径不小于16 mm的钢筋沿截面均匀分布拼焊。双面焊接时钢筋长度不应小于钢管直径的2倍且不小于5倍钢筋直径。

4.7 注浆

钢管土钉采用一次压力注浆法，注浆压力不小于0.6 MPa，并保证每米注浆水泥用量不小于50 kg。注浆完毕后应进行保护，防止摇动。

注浆材料采用普通硅酸盐32.5水泥。浆体强度等级为M25,水灰比0.5。

4.8 挂网、焊接

钢筋网搭接长度不小于300 mm,且钢筋网延伸至地表面0.50～1.00 m，钢筋网间距允许偏差为±30 mm。

锚管头位置设置横向及纵向各1根16 mm的钢筋，锚固头采用四根L型16 mm的钢筋沿锚管截面四周均匀分布，与横向或纵向连接筋拼焊。

4.9 泄水管安装

土钉墙排水采用梅花状布置泄水孔，间距为1 500 mm,泄水管做法：采用φ50PVC管，长500 mm,穿麻花眼状小孔，外包两层尼龙滤网，并用铁丝绑扎。

4.10 喷射面层混凝土、养护

喷射第二面层混凝土时，喷射应自上而下分段进行，且喷头与受喷面应垂直，并保持0.6～1.0 m的距离，喷射厚度不小于40 mm。

喷射后混凝土终凝2 h，再喷水养护。养护时间根据气温确定，一般不小于7 d。

5 钢管土钉抗拔试验

本工程钢管土钉墙支护体系自上而下钢管土钉设计抗拔力为第一层70 kN,第二层90 kN，第三层100 kN。现场采用随机抽样的方法选取各层钢管土钉进行抗拔试验。试验结果说明,各层钢管土钉极限抗拔力均能大于设计值的1.3倍,满足设计要求。

6 基坑监测

本工程基坑周边共布置48个水平位移监测点（W表示）、48个坡顶地面垂直位移监测点（J表示）、8个基坑周边地下水位监测点（X表示）。

监测频率及周期：施工初期每周进行2次监测。土方开挖施工到设计标高时，每两天监测一次。当底板垫层施工完成后和围护结构趋于稳定时，每周监测2次。遇特殊情况增加观测次数。基坑工程监测应贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程。

根据监测结果，钢管土钉墙变形程度在允许范围内，满足基坑安全要求。

7 总结

在质量、安全方面本工程采用钢管土钉墙支护体系,经监测垂直位移及水平位移均未超过预警值，无局部塌陷等情况发生，确保边坡的稳定，证明钢管土钉墙支护能有效控制坡顶变形，保证边坡安全稳定。

在工期方面，从基坑土方开挖到支护结构施工完成用时较短，满足土方开挖施工进度要求，同时为基础和地下室提供无障碍施工环境。

本工程在工程质量、安全生产、工期方面得到有效控制，取得了良好的经济与社会效益。

[1]JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].

[2]GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].