浅谈土钉墙支护技术在吕四船闸工程中的应用

宋前军 郭茜

浅谈土钉墙支护技术在吕四船闸工程中的应用

宋前军 郭茜

一、工程概况

吕四船闸位于江苏省启东市吕四镇，此次技术改造是保持原船闸中心线不变，拆除原有的老船闸及附属设施，在原址新建船闸，改造规模为12m×150m×3.3m，内容包括：拆除老船闸，新建上下闸首、闸室、上下游导航墙、引航道泊岸墙、闸门、启闭机及相关临时工程等。工期15个月。质量标准优良。

在船闸下游右侧导航墙处，有建好的大桥及民房，其与导航墙、下闸首之间的距离相当小，如果不采取保护措施而贸然开挖，将给大桥及民房带来极大的安全隐患，失事后果不堪设想。为此，项目部综合考虑安全、成本、工期、技术可行性等要求，决定采用土钉墙支护技术对边坡进行保护，支护面积为5681m2。

二、土钉墙工作机理

土钉墙支护技术是一种原位土体加固技术，土钉墙由原位土、设置在土中的土钉与喷射混凝土面层组成。通过土钉、面墙与原状土三者共同作用，形成以主动制约机制为基础的复合体，从而明显提高边坡土体结构的强度和抗变形能力，增强复合体的整体稳定性，具有造价低、工期短等特点。

三、土钉支护主要技术参数

根据吕四船闸基坑周围现状和坑深要求，土钉墙划分6个典型剖面。坡高分别为：8.5m、8.5m、9.7m、9.7m、8.3m、8.3m。坡比皆为1∶0.3。土钉为注浆土钉，采用梅花形布置，间距为1.5m。共布置六排土钉，第1、2排土钉长度为L=9.0m，III级φ20螺纹钢，第3、4排土钉长度L=12.0m，III级φ25螺纹钢，第5、6排土钉长度为L=7.0m，III级φ25螺纹钢。

混凝土面层厚度为10cm，混凝土强度为C20。面层结构钢筋网片为φ8@250mm×250mm，加强筋为φ16，间距2000mm。

孔径为110mm，土钉与水平倾角为10°，注浆选用1∶0.5的水泥净浆，强度20MPa。采用常压灌注，水泥为P.C42.5，水灰比0.45。

四、主要施工工艺

1.工艺流程

工艺流程如图1所示。

2.施工准备

（1）施工组织

土钉墙施工专业性较强，项目部组织内容主要包括：选择专业施工队伍；迅速组织土钉墙施工机械进场；及时编制材料计划、组织材料进场；妥善协调处理对外交通、当地村民的关系，化解地方矛盾。

（2）技术准备

项目部组织土钉墙施工人员学习设计文件，进行图纸会审，理解设计意图，准确掌握土钉墙施工细节和施工质量标准。

项目部组织编制土钉墙专项施工方案并对相关人员进行安全、技术交底。明确施工操作要点、质量标准和安全注意事项。对可能出现问题的部位和工序，提出针对性措施。

设置土钉墙开挖线、水准点、周围建筑物变形观测点，并加以妥善保护。

（3）现场准备

地上、地下各种障碍物的调查、拆除；现场平整；测量放线；供水、供电、照明、管线敷设；临时道路、房屋施工等。

3.施工降排水

为了避免被加固土体处于饱和状态并减轻作用于面层的静水压力，便于边坡开挖，保证土钉墙边坡的稳定，施工前首先进行排水系统施工，以便排除地表水、基坑水和支护土钉墙内部水。

4.土方开挖

开挖前，首先测量复核控制点并形成控制网，开挖范围内控制点引测到机械活动区域外并加以保护。然后测放出开挖区上下口线。同时准备一定数量的材料，包括砂袋、钢管以及适量包装水泥等，作为回填土开挖工作面紧急堆压使用。

土钉墙边坡开挖时，按分层分段分区、自上而下进行。垂直方向上分为6步开挖，每步开挖至土钉孔位下50cm处，即第一步开挖至第一排孔下50cm处，第二步开挖至第二排孔下50cm处，依此类推。水平方向上从端头顺序开挖，开挖长度为20m。

开挖过程中，开挖机械不得碰撞已支护的土钉结构、墙壁土体和降水设施。

当发现土体侧向变形较大且超出设计控制范围时，立即暂时中止开挖，采取措施进行处理。雨季施工时，基坑做到及时排水，用彩条布保护开挖面。

当土钉墙边坡开挖至设计深度后，如果支护下部发生坑内位移，立即在坑内侧堆土或抛石，并同时在支护结构外侧卸载，待稳定后，采用打设锚杆或在坑底注浆加固。

当用机械进行土方开挖后，预留20～30cm，采用挂线法进行人工修坡，以达到设计规定的坡度，保证喷射混凝土面层的厚度和平整度。严禁坡壁出现超挖或造成边壁土体松动。

图1 土钉墙工艺流程流程图

开挖过程中，如遇到土质与原设计有异常情况时，及时向设计单位进行反馈。在完成上一层作业面土钉喷浆与喷射面层混凝土达到设计强度的70%以前，不进行下一层的开挖。土方开挖后24h内完成土钉放置及混凝土喷射施工。

5.测放孔位

测量人员按设计图纸要求，用全站仪测放出各土钉孔的点位，然后用Φ10长30cm的钢筋进行编号标记。

6.成孔

采用螺旋钻机成孔。成孔时，将螺旋钻机垂直置于操作平台上，采用分次钻进方法。对于不适合机械成孔的土层，采用人工洛阳铲成孔，孔径、孔深、孔距、倾角满足设计标准的要求。

如出现边坡土体含水量较大、松散砂层等情况不宜进行人工成孔时，可采用钢套管代替钢筋，利用机械打入土层。钢管直径为48mm，壁厚2.5mm，钢套管上可每隔300mm钻直径8～10mm的出浆孔，梅花形布置，并以＜30°角钢呈倒刺状焊于孔边，以防打管时散落土粒堵塞出浆孔，同时增加其抗拔力，钢管前端做成锥形，以减少打入时的摩擦阻力。成孔过程中如遇障碍物需调整孔位时，以不影响支护安全为原则进行。

7.土钉制作、安放

土钉制作前，对钢筋进行除锈、除油污、调直等处理。土钉主筋按设计长度加200mm下料，外端设90°、长度为200mm的弯勾，主筋每隔2000mm焊对中支架，防止主筋偏离中心；支架的构造不能妨碍注浆时浆液的自由流动。土钉制作完成后，在钢筋外加环状塑料保护层或涂多层防腐涂料加以成品保护。

安放土钉时，将注浆管与主筋捆绑在一起，注浆管离孔底0.5m左右。

8.造浆、注浆

（1）采用搅拌机制纯水泥浆，水泥型号为P.C42.5，水灰比为W/C=0.5。

（2）采用重力、低压（0.4～0.6MPa）方法按配比将水泥浆注入孔内。重力注浆以满孔为止，但需1～2次补浆；采用压力注浆时，注浆泵的规格、压力和输浆量符合设计要求。为了保证注浆质量，采用二次注浆法，并在钻孔口设置止浆塞和排气孔。

（3）注浆时，将导管缓慢拔出，出浆口应始终处于孔中浆体表面之下，保证孔中气体能全部排出。注满后及时封堵，让压力缓慢扩散。

（4）注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路。

9.挂网

（1）挂网钢筋使用前应调直、除锈、除油。

（2）钢筋网片用直径8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格尺寸250mm。在喷射第一层混凝土之后，将面层内的钢筋网片固定在边壁上，保护层厚度不小于30mm。

（3）钢筋网片与土钉和横竖压筋连接牢固，借助于井字架与土钉外端的弯勾焊接成一个整体，使其在混凝土喷射下不出现振动。铺设时，上下两层之间的塔接长度不小于300mm。搭接时上下左右一根对一根相应搭接绑扎，搭接长度不小于300mm，并不少于两点点焊。横竖压筋要双面满焊，不得有气孔、咬肉等现象。

（4）加强筋采用直径为16mm螺纹钢，按2000mm间距布置，与网片及土钉端头焊接连接。布置时，保护层厚度不小于30mm。

10.喷射混凝土

喷射面层混凝土顺序采用“先喷后锚再喷”的二次喷射法，即在边坡人工修好后，首先进行喷第一层混凝土，然后挂网锚固，接着进行第二次混凝土喷射作业。这样不仅能保证边坡的稳定，而且可以保证保护层厚度和土钉墙的施工质量。

11.养护

喷射混凝土终凝后2h，连续洒水养护7d左右。

五、质量控制措施

1.原材料检验

土钉墙支护施工所用原材料（水泥、砂石、混凝土外加剂、钢筋等）在施工前按规范要求进行检测试验，符合要求后方可进行施工。

2.严格控制成孔质量

其中孔位允许偏差为≤150mm，钻孔倾角允许偏差为≤3°，孔径允许偏差为（+20mm，-5mm），孔深允许偏差为（+200mm，-50mm）。

3.注浆强度及喷射混凝土强度检验

水泥浆用70mm×70mm×70mm立方体试件经标准养护后测定其强度；喷射混凝土强度用边长100mm立方体试块进行测定。制作试块时，将试模底面紧贴边壁，从侧向喷入混凝土，每批至少取3组试件，强度等级不低于C20，3d强度不低于10MPa。

4.喷射混凝土厚度检验

采用凿孔法或用混凝土厚度标志检查。检查数量为每100m2取一组，每组不少于3个点，其合格条件为：全部检查处厚度平均值应大于设计厚度值，最小厚度不应小于设计厚度的80%。

5.土钉抗拔力试验

施工中，留3根非工程土钉进行抗拔试验，其孔径注浆材料等参数及施工方法与工程土钉完全相同，在注浆体强度不低于6MPa时检验土钉的抗拔力是否满足设计要求，加荷至设计抗拔力的1.5倍，观察其抗拔力和变形，一旦发现异常情况，及时采取措施或向设计单位反馈。

六、施工监测

为了掌握土钉墙结构的稳定性、周围建筑物的变形情况，保证施工人员安全，施工前，须制定施工监测专项方案。在土钉墙前沿、大桥桥台及民房墙角处设置沉降、位移监测点，按计划进行跟踪监测，当观测值达预警值时，及时报警，采取措施。监测内容主要包括：土钉墙坡顶水平位移、坡顶沉降；大桥、民房位移和沉降；大桥及民房原有的裂缝位置、数量、长度、宽度、深度等发育情况。

通过上述各项措施的实施，既有效地解决了吕四船闸土钉墙支护稳定性和变形问题，又保护了周围建筑物，最终为吕四船闸主体顺利施工创造了有利条件，实践证明土钉墙支护技术在吕四船闸得到了成功运用■

（作者单位：江苏淮阴水利建设有限公司223300淮安水利房地产开发有限公司223001）