土钉墙支护技术在某市政工程中的应用

摘 要：新城的修建和旧城的改造工程越来越多，但不管是新城的修建还是旧城的改造，施工条件都比较复杂，特别是基坑支护方面，必须要求技术过硬，才能有效地保障周围环境不受影响。文章结合了某市政工程，在该工程条件十分复杂，即处于软弱地质区，附近又涉及原有交通线路和农田、医院、学校和居民区的情况下，采用了土钉墙支护技术，合理布置工作区，及时有效地对基坑开挖面进行清理、喷混和打孔等一系列工序，保证了基坑的稳定和周围建筑的安全；通过设计坡顶排水系统、坑内排水系统和临边维护设置，既能够及时排出坑内积水，又保证了周围生态和农田需水的稳定。

关键词：基坑；土钉墙；支护技术；排水系统

中图分类号：F062.4 文献标识码：A 文章编号：1008-4428（2018）06-0146-03

一、 引言

基坑支护是为了保证地下结构的施工和周边环境的安全而对基坑侧壁及周边环境采用的支挡和保护措施。常见的基坑支护形式有很多种，主要包括排桩支护（桩撑、桩锚、排桩悬臂）、地下连续墙支护（地连墙+支撑）、水泥挡土墙、土钉墙（喷锚支护）、钢筋混凝土排桩等，或以上多种方式的组合。基坑支护工程是个临时工程，因此设计安全储备可以相对小一些，但其与地区性关联较大。在软土和高地下水位或者在场地较复杂的條件下开挖基坑，很容易产生土体滑移、桩体变位、支挡结构严重漏水、基坑失稳及坑底隆起和流土等灾害，这对周边建筑和地下管线会造成极大的安全威胁。

基坑支护的计算方法包括三种，分别是弹性抗力法、静力平衡法和有限元法，一般的计算顺序为：首先确定支护结构，其次是选择合理的计算模型，最后是根据计算理论对选择的计算模型进行设计计算。

基坑支护在设计时应遵循几大原则，根据《建筑基坑支护技术规程》规定，一般情况下，基坑支护设计应遵循的原则有：①根据不同的安全等级及破坏后的后果选择相应的重要性系数；②依据承载能力和正常使用能力极限状态设计要求，基坑支护结构的设计应依据相应规程来计算和验算；③基坑支护结构设计分为正常使用极限状态和承载能力极限状态；④基坑支护结构设计应根据设计原则来选用极限状态的设计表达式；⑤当水文地质条件比较复杂时，需根据实际情况作出相应的施工方案和措施；⑥基坑支护结构的设计需考虑结构的水平变形、竖直变形和地下水变化对周围环境的影响等。

二、 工程概况

该工程属于成都天府新区市政主干道工程，本工程包括了桥梁工程、管廊工程、箱涵工程、隧道工程等，且其中管廊工程、雨污水工程及下穿隧道工程的基坑开挖深度较深，因此基坑的开挖支护是本工程的主要难点。除此之外，本工程是旧路扩建工程，沿线地质条件极差，多属于软弱地基，而且该地区降雨量较大，交叉路线较多，沿线不仅有基础农田，还有学校、医院以及小区，这些都为基坑的开挖技术提出了新的挑战。

本工程基坑的施工和一般基坑的开挖施工不同之处，在于该工程不仅要克服软弱地基、强降雨等不良条件，还不能因为基坑施工后影响沿线农田的继续使用，最重要的是要保证附近已建工程包括已有线路、学校、医院以及居民小区的正常运营和安全。在如此复杂的环境下研究深基坑的开挖施工技术，具有一定的意义，不仅可以为该工程提供及时有效的指导，还可以为以后同类型的工程提供参考，毕竟市政工程难免会遇到如此复杂的深基坑开挖项目。

（一）工程特点

本工程属于旧路扩建工程，且具有施工工期短、迁改量大、地下管线多、离居民区近、工程建设标准高、施工作业面窄等特点。具体表现在工程线路经过学校、卫生院、居民居住区以及大片基本农田区域，且工程的大部分位于国道范围内，具有交叉路口多，交通流量大的特点。除此之外，该工程邻近水源保护区，需控制其对周围环境造成的影响，保证施工过程中沿线景观不被破坏，河流农田不受污染。与其他地区的同类型工程相比，本工程还存在一个特点，该工程所在区域雨季较长，且降雨量较大。

（二）工程难点

该工程涵盖了桥梁工程、管廊工程、箱涵工程、隧道工程等，且其中管廊工程、雨污水工程及下穿隧道工程的基坑开挖深度较深。除此之外，在益州大道、福州路桥段、南宁路桥段均涉及鱼塘和农田，地质条件较恶劣，多为软弱地基，对基坑的开挖施工提供了一定难度。该工程涉及大量的地下管线包括已有建筑的给排水、通信、光缆、燃气等管线，对基坑的开挖都带来了不利。沿线已有工程和居民的安全也为基坑的开挖提供了相应的难度，由于该工程沿线经过了学校区、居民区等，再加之地质条件本身就很差，既要保证工程的顺利开展，又要保证保证附近建筑物和居民的安全，就需要在施工技术上做足文章。另外，由于附近交通量较大，交通导行方案特别复杂，无法对国道进行断道施工，这同样为软弱地质条件下的深基坑开挖提升了不小的难度。

鉴于本工程的不良地质条件，大量地下管线的埋设，以及附近交通错综复杂，且学校、医院、居民小区均离施工地较近等情况，本工程施工对技术要求将会特别高。因此，本文的研究不仅会对该工程的顺利开展提供现实可行的指导意义，而且会对以后同类型工程的实施具有一定的参考意义。

三、 土钉墙支护方案

土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力，从而保持开挖面稳定，这个土挡墙就称为土钉墙。

（一）基坑开挖

在进行土钉墙基坑支护前，需对周围岩土体进行开挖和清理，在这之前，还应对周围情况进行排查，主要包括查明施工现场的地下管线埋置方向及地下构筑物的情况，落实土方施工机械设备及现场安全和施工管理人员，熟悉基坑开挖图纸，察看施工现场及周围环境，确定最佳的运行路线等。

在开挖方面，设置了基坑内马道，采取后退式开挖方式，运土车停置在挖掘机后侧或左右侧装土。合理布置现场道路和出入口，做到四通八达，合理规划卸土场地，优化运土路线，安排好作业时间，做好车辆分流，减少道路拥挤。土方挖运分层标高根据各工序施工要求合理安排。距离基坑边坡5m为土钉施工区，在土钉的工作区内，每层挖至相应土钉下0.5m处，进行锚杆施工；最后挖至距基底300mm处，由总承包单位进行人工清槽。土方收尾坡道处设置外坡道，做回填处理。除此之外，在开挖过程中还应注意以下事项：

1. 该阶段土方及土钉墙施工全面展开，工程量较大，工序多，机械设备多，是按期完成任务的决战阶段。要解决好工作面与日产量、工序间工作面相互制约的矛盾，各工序间需采用交叉流水作业。每个工作面都要采用定机械设备、定日产量、定工期等三定措施，确保工程顺利进行。

2. 本工程的施工关键是土方运输，因此要合理布置现场道路和出入口，合理规划卸土场地优化运土路线，安排好作业时间，做好车辆分流，减少道路拥挤，行车路线尽量用循环路。

3. 尽量采用反铲挖土，充分利用挖土半径，提高效率，尽量抓紧时间，赶前不赶后，保证按期完成任务。

4. 严格按开挖线进行开挖，严禁超挖，测量工作随时配合。

5. 清土与挖土应与别的工序紧密配合，不可超前或滞后。

6. 开挖前应做好沿途交通环卫工作，并交纳其费用，办理好证件，在取得有关部门的同意后，方可进行施工，以保证工程的顺利进行。

当然，土方施工技术方面，也有相应的技术要求，包括机挖土槽底预留20cm人工配合清槽，不得扰动老土；各层间标高允许偏差±150 mm；挖土机严禁碰撞土钉、锚杆；测量员随时测量，保证基底标高和基坑线。

（二）支护施工工艺

土钉墙的支护施工工艺简单来说有五个步骤，依次是：①按设计要求开挖工作面，修整边坡；②安设土钉；③铺设并固定钢筋网及水平压筋；④喷射混凝土面层；⑤根据施工过程，穿插设置坡顶和坡脚排水措施（必要时）。图1是施工工艺流程图：

图1 施工步骤图

虽然土钉墙的支护流程可以用简单的五个步骤进行概括，但是在具体施工过程中，需要注意的远不止如此，具体来说可以分为八个阶段，每个阶段的内容和注意事项如下：

1. 需要对坡面进行修整，使其坡度大小和坡面平整度达到设计要求。

2. 土钉成孔后应及时安放土钉钢筋、注浆，以防塌孔；注浆前应验收土钉质量，并清除孔内残留土；注浆时，注浆管插至距孔底0.3—0.5m处，孔口采用水泥袋封堵，采取0.3Mpa压力注浆，孔满为止；做好成孔和注浆记录。

3. 按设计要求加工和铺设钢筋网，网格钢筋可采取绑扎，网块搭接长度不应小于200mm。钢筋网与坡面间距不小于30mm，钢筋网与土钉交接处采取焊接与加强筋连接牢固；喷射混凝土时不晃动。

4. 面层混凝土强度等级为C20，混凝土用料计量要准确，拌合应均匀，随拌随用。

5. 喷射混凝土应分段、分片、分层依次进行，同一段喷射顺序应自下而上，段落与片之间做成斜面以使混凝土连成整体。喷射混凝土前应对机械设备、风、水管路和电路进行全面检查试运转；并清理受喷面、埋设控制喷射厚度的标志；喷射时，喷头与受喷面应垂直，宜保持1.0—1.5m距离，控制好水灰比，保持混凝土喷射面平整，湿润光泽、无干斑和滑移流淌现象。

6. 喷射混凝土终凝后2小时，根据天气情况选择自然或覆盖养护5～7天。

7. 待上部土钉浆体和面层强度达到设计标准的75%以上时方可进行下步土（石）方开挖。

8. 预应力锚杆施工。

锚杆成孔采用普通锚杆钻机螺旋钻进结合跟管钻进成孔工艺，锚杆注浆采用泵送水泥浆微压注浆结合二次压力注浆工艺。确保拉力达到设计要求，技术要求如下：

（1）对阳角部位，预应力锚杆成孔方向可适当调整，以防止锚杆相交。其余锚杆钻孔应满足如下要求：首先是孔位偏差应不大于100mm，其次是孔深不大于设计长度的30mm，再者是孔径允许偏差±5mm，钻孔偏斜度应控制在1°。

（2）锚杆的组装

锚杆的组装包含了四个方面：首先是钢绞线应除油污、除锈；其次是沿杆体轴线方向每隔2m设置一个隔离架；然后是杆体自由段应用塑料管包裹，管口应密封并有铅丝绑扎，自由段长度5m，剩余部分为锚固长度，钢绞线下料长度为设计长度加上预留长度，预留长度一般为1.0—1.5m；最后是在注浆时，注浆浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液保证在初凝前用完，并严防石块和杂物等混入，锚孔内的浆液为水泥浆，配合比通过试验配制。

（3）锚杆的张拉与锁定

锚杆的张拉和锁定是支护的重要工序，在张拉和锁定过程中要保证以下几点：①锚杆张拉前，应对张拉设备进行标定；②锚固体与台座砼强度均大于15Mpa时，方可进行张拉；③锚杆张拉顺序应考虑临近锚杆的相互影响；④锚杆张拉荷载分级及观测时间、锚杆锁定应严格按照规范进行；⑤锚杆的抗拉力按照计算书中的设计值100KN进行控制。

（三）基坑排水系统

基坑的排水主要分为三部分，即坡顶排水系统、基坑内排水系统和基坑临边维护设置。在本工程中，这三部分的布置如下：

1. 坡顶排水系统

在距护坡钢筋网翻边边缘15cm的位置设置一道截水沟尺寸：20cm×20cm，用于把护坡外侧的水流引到外面，避免外围水进入基坑。截水沟设置在护坡两侧，根据现场实际情况，在最低点处与基坑外侧排水系统相连接或者将水引入污水管道，将水排走。如果坡顶外空间距离小于1m，则考虑将外侧水引入基坑内，然后集中排出。

2. 基坑内排水系统

基坑开挖完后，沿着管廊的纵坡方向，根据图纸给出的集水坑位置，开挖集水坑，将基坑内的水集中排到集水坑，统一排出。如果排水出口距集水井太远，就将集水坑内的水抽到基坑边坡上的截水沟里，将水排出。基坑内排水采用明排方式，保证地下水位低于基础底面以下50cm。

3. 基坑临边维护设置

在基坑边缘紧邻护坡支护做围挡设置，下方用页岩砖砌筑高×宽=30cm×25cm台座，砌筑过程中，将竖向钢管预埋进台座里，外露高度120cm，间距200cm，然后用水泥砂浆抹平。再在上面搭设水平钢管架，然后挂上密目安全网，安全网要结实、美观、整齐一致。水平钢管3根，间距60cm。所有防护钢管用40cm长红白相间的油漆粉刷。

四、 结论

本工程很好地将土钉墙支护技术进行了应用，并且根据具体情况对某些原始的方法进行了相应的调整和优化，最终取得了很好的效果。开挖基坑过程中，通过对土钉工作区的合理布置，充分利用定机械设备、定日产量和定工期的三定原则，使得工程得以顺利有序地开展；在土钉墙支护方面，严格及时地按照相应的标准进行初喷、打孔、拉网等工序，保证了基坑开挖后周圍岩土体的稳定，保证了原有交通的顺畅和原有建筑的不受破坏；对于基坑的排水方面，通过设计坡顶排水系统、坑内排水系统和临边维护设置，既保证了坑内积水的及时排出，又保证了附近生态和农田用水不受破坏。

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作者简介：

汤正广，扬州鼎力建设发展有限公司。