土钉墙施工技术在基坑工程中的实践研究

黄瑞新

(山西五建集团有限公司，山西 太原 030001)

了解土钉墙在深基坑工程中的特性和适用场合，对于保障工程的安全性具有重要意义。在此基础上，本文结合我国国情，对土钉支护技术进行了深入研究。

1 深基坑施工中土钉墙支护施工技术特点与应用范围

1.1 深基坑施工中土钉墙支护施工技术特点

(1)具有操作简便、运行灵活等优点。针对目前我国工程建设中存在的问题，提出了一种适用于工程建设的新方法。使用时，建筑占地面积少。这样，在土钉支撑中，可以使设备发出的震动在很小的范围内，从而达到抑制噪音扩散的目的，保证施工过程中周边不受噪音影响。

(2)施工快速、不会对周边建筑造成太大的破坏。土钉墙在深基坑工程中的应用，采用“逐段”开挖的形式，它可以对土钉墙与表层的对应结构进行某种程度的调节，并将其对边坡的动力消耗降至最低，使其与深部工程的建设速度保持一致，能有效地防止各自占据时间的情形。

(3)施工安全水平高。在进行深基坑施工的环节，利用土钉制造技术，具有较高的灵活性，相较于成孔技术，施工过程简单，施工人员可以更便捷地监控变形数据和具体的施工状况，从而确保施工建筑的总体安全性、可靠性。

1.2 土钉墙支护技术在深基坑工程中的适用条件

土钉墙支护施工的应用具有控制地下水位的功能，可以针对施工期间的地下水位参数进行合理的控制调整，但是该技术应用的场景具有一定要求，只有在地下水位较低的情况下才可以使用。或是地下水位整体高度不超过开挖部分粘土、黄土或各填杂土混合而成的土地边坡高度的情况下，该技术也具有一定的适用性。通常来说，在与项目有关的操作中，在项目中使用土钉法并不是一种很好的选择，容易造成项目的实际建设费用超过项目的财务预算，影响项目的正常进行。所以，在实际工作中，一般都是采用冲击次数小于10次的矿山土质斜坡。此外，对于20以上的塑性土，还需进行一定的蠕变处理，方可作为支护结构。在支护结构中，对某些含侵蚀的土壤，不管经过怎样的加固，都不能作为支护结构使用，否则将会严重地影响整个工程的质量，对建设队伍带来财务上的损失[1]。

2 土钉墙施工技术在基坑工程中的实践应用

2.1 工程概况

某项目占地面积为22 139.35m2，包括地面面积为19 712.85m2，地下面积为2 426.5m2。其中，医院综合大楼、复健区各5层，医院垃圾处理区各1个楼层、1个地下室，采用框架结构。房屋的地震设防水平为7度，房屋的安全级别为2级。工地的地形是一片丘陵的坡地，在它的北面与边坡坡底相隔大约10m，在它的东面和南面都是现有的市政公路，它的西面则是现有的边坡。

2.2 地质条件

根据自上而下的顺序，本工程施工地点的地质条件可以分为以下几个部分：1)杂填土，主要的构成为卵石、细沙、粘性土，为10～30mm结构，具有松散特征，厚度为1.2～2.1m，卵石的含量占比为15%；2)碎屑，颗粒大小25～55mm，岩性以砂岩为主，碎屑占58%～68%，微密-中密，其中碎屑占17%，粗砂占10%，细砂占15%，厚度6.20～10.60m；3)粉质土，夹有微量角砾石，具塑性，角砾石占7%～12%，厚度3.60～18.50 m；4)中风化灰岩，具块体构造，为一种较为坚硬的岩石，裂缝十分明显；岩石质地较硬，厚度在5.80～9.30m之间。该项目的地下水以自然降雨及周围河道的渗入为主，其含水量在1.80%～3.20%之间。

2.3 基坑支护设计

该项目的基坑挖深5.70-6.65 m，以锚管和土钉墙为支撑，按1∶1的斜率进行放坡。锚杆选用Φ48 mm钢管，钻孔埋深7.5m，孔距2m，成孔倾角15度。配筋采用Φ8@200mm×200mm的直径配筋，配以150 mm的喷射混凝土，C30级的强度。

2.4 施工难点剖析

1)基坑工程是在夏天进行的，降水很多，同时由于工程现场有很高的地下水，所以基坑周围的岩土几乎都是富水性的。在进行基础工程建设前，必须进行排水，以保证基础工程的安全；2)基坑所涉的岩土多为砾石层，使其埋设难度很大，必须进行适当的加固；3)工程现场的东边、南边都是城市公路，在基坑工程的建设中，若没有对城市公路的建设进行有效的管理，将会使城市公路产生较大的沉降量，从而引起路面的裂缝、塌方等质量问题[2]。

2.5 锚管土钉墙工作原理

使用机械装置将锚管钉入到岩土中，对灌浆孔进行清理，然后用高压灌浆的方法，使锚管灌满水泥，再用锚管钉牢周围的土体，从而构成一个复合的土体。在承受了外力的情况下，复合土产生了塑性形变，那么，应力将会经由锚管内的土钉传导至岩土深层，导致塑性形变减小，降低应力值，使其不超过复合土的极限值，从而增强复合地基的安全性。在实施锚管注浆的作业环节，水泥浆经其排浆孔洞渗入周围土中，充填了周围岩土之间的裂隙，在某种意义上改善了周围土的力学性能。在复合地基中，锚杆起到了加固的作用，作用与挡墙相似。

2.6 土钉墙支护技术在基坑工程的应用

2.6.1 管井降水

在此基础上，针对该工程的地质条件，地下水补给状况，降水量和承压水位的高低，以及工程现场的具体条件，采取了管井法进行排水。在基坑周围布设排水沟渠及收集池，将明水经排水沟渠排至收集池，然后利用泥泵将收集池中的水排出至基坑之外。该项目一共打了3个管井，其中管井的孔径是450mm，孔深是17m，孔底部是1 500mm厚的砂砾层。过滤管道使用的是一根直径219mm的钢管，在井眼周围安装40目的尼龙滤网，尼龙过滤器的安装方法为钢丝绳捆绑。开挖过程中，开挖出深14m、大口径130mm的砂石滤芯。观察井使用的是一根直径75mm的聚氯乙烯管子，在井眼周围设置20眼的尼龙筛，尼龙过滤器的安装方法为钢丝绳捆绑。在基坑支撑顶板周围布设隔板，隔板距基坑顶部0.5m，隔板宽度300mm，将明水排至规定位置，防止地表水进入基坑[3]。

2.6.2 基坑开挖

按工程图确定的围岩边线，利用全站仪测设位置，在围岩上引入坐标、高控制点，做好对控制点的保护。根据设计图，以基坑位置为基准，向外延伸1m。用机器挖土，按1∶1的斜率进行放坡。在工程建设中，应严格按设计要求进行土方开挖，并在基坑内首先进行支护面的开挖，并采用分步开挖的方式。在挖掘过程中，要对垃圾车辆的运送路径进行规划，并要有秩序地进行挖掘。开挖地点距离基坑支护面6m左右，分层厚度为2 000mm，直到锚管施工面下方0.5m，在分段开挖的施工作业环节，要求工作人员将挖掘出来的土方及时输送至场外，并且要避免土方堆积的情况。应针对基坑外侧2m的位置进行土方清理，防止出现基坑受到土方挤压作用的影响而出现变形，降低基坑的负荷，增强基坑支护施工的安全性。采取机械修整的方法，对斜面加强修整处理，首先进行手工操作，使其保持光整，再进行后续的土钉支护和锚杆支护，增强基坑的稳定性。完成支护作业之后、进行后续的支护面土方挖掘之前，应确保锚杆抗拔力达到设计标准要求，以设计要求参数的80%为标准。

2.6.3 锚管土钉墙支护

在锚管土钉墙的支护作业环节，考虑到碎石地层岩石具有较硬的质地，因此选择冲击锚时，要以钻进口径为110mm、型号为QC-150型号的冲击锚为主，使用圆锥形的锚头扩大头，安装锚管时间隔控制为2 000mm，采取焊接的方式，将锚头和锚管连接起来。

在锚杆上通过机械钻孔形成出浆孔，出浆孔直径8mm，每个出浆孔之间的距离为500mm，出浆孔排列成一个梅花型。为加强锚杆与围岩的锚固力，采用 L 25mm×3mm、40mm长的倒吊角钢筋。灌浆过程以硅酸盐42.5水泥为主要原料，配以0.5的灌浆体系。在进行灌浆之前，必须用清水冲洗，然后在灌浆孔内进行灌浆，灌浆压力为0.4 MPa。在进行注浆的时候，关注注浆压力的参数变化，了解排气管的具体排气情况，对注浆压力进行监控，当压力值达到0.4MPa时，观察到排气停止、孔口溢出的水泥浆停止，保持稳压注浆，3min的时间左右后结束注浆作业，钢筋网挂设过程中，使用螺纹钢筋进行加强设置。

2.6.4 坡面混凝土施工

该工程项目的边坡施工环节使用C30级混凝土作为原材料，要做好加固处理，使用20mm以下的花岗岩砾石，细石混凝土采用“从下往上”的方式进行，喷压不低于0.15MPa，喷嘴与基坑支撑表面垂直，与基坑斜面间距0.6～1 m，空气流量大于9m3/min，基坑斜面层厚小于40mm。待喷混凝土充分硬化后，立即浇注并进行维护，维护期间应有专门人员，维护期不少于7d。排水管道在基坑斜坡上安装，排出时呈梅花状，排出时间隔3m。排水管道使用直径50mm，长1100mm的聚氯乙烯管材。排水管道上开有直径6mm的排水孔，排距50mm。排水管道以10度的角度，斜向插入基坑斜坡，插入深1000mm排水管道周围，排水管道的目的是将基坑斜坡上的地下水全部抽干，释放压力。当喷浆在基坑边面上的强度在80%以上时，就可以进行下一步的土方挖掘[4]。

2.6.5 施工技术处理措施

本工程项目有着较为丰富的地下水资源，在植入卵石层锚管的过程中面临一定的困难，因为管井降水会影响周边市政道路，增加边坡下沉变形的风险，因此要采用有效的方法进行技术处理。1)利用管井降水法，降低地下水位，使其低于承台垫层，随后再进行后续的基坑土挖开方作业；2)为确保连续排水，在管道内排水时，必须配备一部发电机。应加大对观察井位的监测力度，保证周围建筑物的地下水安全，并在需要时采用补给的方式来提高水位；3)对土钉支护施工中所需要的各类材料，要严格把关，确保土钉支护结构的墙体厚度达到设计标准。锚头宜焊为锥体，并配有加强筋；4)在碎石地层中埋入锚杆时，要增加沉锤的力量，以保证其受力达到设计的目的；5)对锚杆进行抗拔强度试验，试验成果必须符合设计指标，如果发现有埋设深度不够的，要及时上报给设计部门，并视具体条件进行适当的处置[5]。

3 深基坑施工中土钉墙支护工程质量控制

3.1 严格按照施工标准对土钉墙支护进行监理

展开土钉墙支护施工时，监理人员要严格按照国家规定的要求和工程规范的标准进行资料审核，对施工单位资质进行详细的查看，了解施工人员的技术水平，做好施工方案策划的再次审核，对施工技术参数和工程地质勘测的结果是否一致加强详细的核对，针对工程中所涉及的各种参数是否符合规定和合理范围进行审核。在此基础上，提出了建设项目设计文件应具备的合理性、合法性；对支护施工设计图、排水系统设计图和降水处置方案、支护施工设计进行精准的完整性、真实性、准确性的审查；对工程的稳定性和岩土工程进行调查，编制调查报告[6]。

3.2 做好土钉墙支护的施工质量与工艺控制

(1)在开挖和支护过程中，必须根据工程的要求，对开挖的深度，高度，坡度进行有效的控制，并对开挖过程中的坡面进行及时的监测，防止由于人为原因引起的坡面失稳，一旦发现有任何的异常，那么就应该马上进行适当的补救。值得一提的是，工作人员需要做好项目的规划统筹，切实提高组织工作水平，及时进行混凝土喷洒，减少土体外露的整体时间。

(2)在检验土钉成孔施工工艺效果和灌浆施工的成果过程中，要做好验收设备的质量检验验收，重点关注孔位偏差程度、倾角误差程度以及钻孔有无偏等问题，确保了钻具的设计规格与工程的要求相一致。此外，还要对土钉钢筋的质量，规格，直径进行校正；在施工中，要注意原料的品质及灌浆效果，防止施工中产生技术问题，这将会对项目的整体进度造成很大影响。

(3)对预加载的监控是一项十分关键的工作，要引起工作人员的高度关注。网片的布置、间距等应满足规范及实际工作的要求。工作人员应重点关注与施工有关的射流方向、射流区等，注意混凝土试件的养护。

4 结语

在该项目中，为了解决基坑于砂砾地层中的高地下水问题，在此基础上使用了“锚管-土钉墙”技术，利用气压式冲锚装置，成功地实现了这一问题的求解。通过对土钉支护技术的研究，提出了对土钉支护技术的改进措施。在升降机井的基础上，对升降机井的承台处进行了钢筋混凝土柱的加固。在此基础上，提出了一种新的防渗措施。通过实际应用，证明了锚管与土钉墙相结合的方法是可行的，并可确保基坑的安全性和较好的施工效果。