装配式可回收土钉墙基坑支护技术的研究与应用

张寒松 张嘉宸

山东平安建设集团有限公司 山东 济南 250306

土钉墙支护是基坑、边坡工程中一种常用的支护技术，由土钉、钉间土体、面层共同组成受力结构，传统做法为先施工土钉后挂网喷面。

目前土钉做法一般为成孔后放入钢筋，然后注浆，土钉杆体一般采用钢筋。面层做法目前基本上是在坡面绑扎钢筋网，然后喷射混凝土。这样做的结果是基坑回填后材料不能回收，直接埋入地下，不仅造成材料浪费，而且对地质环境造成污染。同时，已施工土钉可能成为周边新建地下工程施工的障碍，影响后续地下空间开发。

随着山东平安建设集团有限公司与山东大学联合开发的土钉墙回收技术的研究与成功应用，在基坑施工结束后，把面板、土钉、腰梁龙骨拆卸下来，在后续工程中重复使用，这样不仅节约了造价，同时也节约了资源，保护了环境，造福于后代，更符合“绿水青山就是金山银山”的时代理念。

1 工程概况

济南市长清区平安山庄装配式实验楼工程，总建筑面积5 972 m2，地下1层，地上5层，建筑高度15.30 m，层高2.9 m，工程结构形式为装配式剪力墙结构体系。

该楼在施工过程中，从1层开使用预制构件，构件种类：预制外墙板、预制内墙板、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯、预制女儿墙、预制阳台、预制空调板、预制雨篷。基坑采用预制可回收混凝土板。

2 装配式可回收土钉墙支护工艺原理与工艺流程

2.1 工艺原理

可拆卸土钉墙面板支护体系是近年来发展起来的一种新型支护体系，旨在确保边坡土体的整体稳定性，而在边坡土体内设置长度与高度方向的土钉，与土体共同承载土的推力作用，使土体的抗拉、抗剪强度得以显著改善，并使土体自身抗滑移强度得以大幅度提升，从而改变随坡度的增大、边坡易变形和破坏的现状，实现土体整体稳定性。

可拆卸土钉墙体系利用土钉锁定滑移裂面大、坡面端部受力较小的特点，充分发挥土体的自承载能力，通过面板和土钉提前预加应力约束边坡变形，从而形成稳定的边坡支护体系[1-5]。

装配式可回收土钉墙一般适用于含少量有机质的杂填土、粉质土、砂土、黏性土、砾砂和填土层，且基坑开挖深度小于12 m的边坡施工。

2.2 可回收土钉墙支护体系工艺流程

按设计深度分层开挖工作面及边坡坡面→修整边坡→测放土钉孔位→机械就位→土钉旋入至设计深度→安装土钉端头节点→安装龙骨→安装面板→防水处理→挖下层工作面

3 操作要点

3.1 基坑降水

根据待开挖基坑场内的实际水位状况，在土方开挖前提前进行基坑降水，要求在分层开挖时，水位降低至本层土层以下0.5 m处，确保土方开挖不受地下水影响，保证施工顺利进行。

3.2 边坡修坡

1）根据施工现场基坑施工方案，对于分层开挖的基层边坡，由专人指挥挖掘机并配合人工进行修坡，并按设计坡度比逐段进行修坡，要求坡壁平滑一致，达到设计要求，以利于安装可拆卸土钉墙面板。

2）根据现场土质情况，基坑开挖深度一般为1.0～2.5 m，严禁超挖。

3）基坑开挖长度应视边坡土体土质情况、土体自稳定时间、施工现场外运土方速度而定。土质稳定性好、质匀，含水量少，一次开挖长度宜为15～20 m，反之要缩短开挖长度，以策安全。

4）开挖中现场技术人员要随时查看土层土质与地质勘察报告是否相符，如遇异常要及时上报专业工程师，确保基层边坡的安全开挖。

3.3 土钉施工

采用专用工具将土钉旋入，旋入角度偏差小于1°，长度偏差小于50 mm。

3.4 安装龙骨、面板

将角钢架安装在土钉端头上，依次安装托盘和螺母，并初步拧紧，然后安装面板，面板安装完成后再次拧紧螺母，保证面板通过龙骨与托盘、土钉连接牢固。面板安装完成后用M5水泥砂浆灌缝，保证雨水不通过接缝深入坡体。

保证顶层与地层面板的牢固，顶层面板端头在预制时安装U形薄壁型钢，与坡顶钢筋网焊接在一起，坡顶1～2 m范围内绑扎φ6 mm@250 mm单层双向钢筋网，并在端部插入短钢筋固定，再浇筑厚80 mm混凝土。

底层面板在安装时深入坡底以下200 mm，并保证底面平整，坡底至排水沟处硬化处理，防止雨水浸泡坡底导致面板脱落。

混凝土与砂浆应养护5～7 d。

3.5 排水系统

坡顶周边宜做硬化处理并设置挡水墙，坡底周边设置排水沟与集水井，并与边坡保持0.5～1.0 m距离，集水坑内积水应及时抽出。

在坡体含水层部位设置泄水管，可在部分面板上预留圆孔以方便插入泄水管，泄水管一般采用PVC管，并设置滤网，泄水管直径不小于50 mm，插入长度不小于400 mm，以便及时排除坡体积水。

4 装配式预制可回收面板的施工过程

4.1 土钉施工

可回收土钉（图1）的特点是无需成孔和注浆，采用专用工具将土钉旋入土层。

图1 可回收土钉

为方便回收，土钉每节长1～2 m，每节土钉采用专用连接件连接，土钉施工完成后，端头采用螺母与面层紧密连接。

基坑开挖结束后，基坑回填时利用钻机反方向循环，将土钉拔出，实现土钉的回收利用，土钉可用于下一个工程（图2）。

图2 土钉现场施工

4.2 土钉加强筋

土钉加强筋由固定面板的角钢龙骨担任，2根角钢通过间距0.5 m的缀板固定（图3）。

图3 角钢龙骨

4.3 面板与土钉安装节点

可回收土钉端部带有螺丝与螺母、托盘，面板与龙骨安装完成后，安装托盘并拧紧螺母，实现土钉与面层的紧密连接（图4、图5）。

图4 节点剖面

图5 节点平面

4.4 细部处理

4.4.1 坡体排水

在面板预制时，部分面板中间预留φ100 mm孔，在含水层部位采用这些面板，在预留圆孔部位安装泄水孔，泄水孔采用φ75 mm的PVC管，外包2层滤网。

4.4.2 坡顶构造

顶层预制面板需与坡顶面层连接牢固，顶层面板端部一侧在预制时安装薄壁型钢，坡顶配筋与型钢焊接（图6），保证顶层面板的牢固。

图6 坡顶构造大样

4.4.3 坡底构造

底层面板同样需要固定牢固，坡底整平，底层面板深入基底以下200 mm，安装完成后坡底至排水沟处做硬化处理，防止坡底浸水破坏，导致底层面板脱落。

5 质量保证措施

5.1 原材料

严把进料关，由材料员负责材料质量，质检员随时抽验原材料质量，严禁不合格材料进场。所有钢材、水泥进场须有出厂质量证明书，并对其进行复检，合格后方可使用。砂石原材料进场后及时取样送检，合格方可使用。

5.2 土钉

土钉由技术人员按照设计要求放线，并进行复查。土钉在旋入过程中注意控制位置及倾角，施工完成后对位置、倾角、旋入深度进行检查验收，并做好记录，验收合格后进入下一道工序。

5.3 龙骨与面板

龙骨及面板安装由技术人员指导工人进行安装，龙骨应与土钉端头连接牢固，保证龙骨水平，面板安装时应保证与龙骨连接牢固，面板之间紧密，无倾斜、不规则的裂缝，面板及龙骨安装完成后拧紧土钉端头螺母，保证龙骨与面层牢固，不发生晃动、脱落等现象。施工完成后进行验收，并做好记录，合格后进行下一道工序。

5.4 防水

灌缝砂浆应根据设计强度要求计算配合比，砂浆质量应符合相关规范要求，灌缝时应保证灌注密实，无孔洞、裂缝等质量问题，表面应抹平，施工完成后应进行养护并进行验收，合格后方可进入下一道工序。

5.5 土钉抗拔力试验

同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的1%，且同一土层中的土钉检测数量不少于3根，试验土钉应按照随机取样的原则选取。

6 经济效益分析

济南市长清区平安山庄装配式实验楼工程，其中基坑开挖长40 m，宽21 m，深4.2 m，使用可回收面板1.2 m×1.2 m×60 mm（厚）面板178块，工程于2017年6月基础施工完毕后，土方回填时，同步回收相关面板、土钉，待后续基础工程使用。

以该工程为例，采用可回收面板共计节约11.97万元，工程取得圆满成功，为公司创造了显著的社会效益和经济效益，为今后施工积累了宝贵的实践经验。

7 结语

可拆卸土钉面板支护体系施工方便、操作简单，缩短了传统施工现场基坑支护挂网、锚喷的作业时间，节约了工期，加之可回收造价也大大降低，从实际工程操作情况来看达到了预期效果，从而证明了可拆卸土钉面板支护体系作为基坑支护新方法是可行的。