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摘要：本文通过实例介绍了在基坑支护中，采用以排桩、预应力锚杆、 土钉墙为要素的复合土钉墙支护体系及施工工艺。
关键词：基坑排桩预应力锚杆 土钉墙
中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号：
引言
复合土钉墙是是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护技术。它是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术（或截水技术）有机组合而成的支護（截水）体系。其主要构成要素有土钉、预应力锚杆 (索)、截水惟幕、微型支护桩、挂网喷射混凝土面层和原位土体等。复合土钉墙具有轻型、复合、机动灵活、针对性强、适用范围广、支护能力强的特点，可作超前支护，并兼备支护、截水等效果。复合土钉墙支护技术可用于回填土、淤泥质土、黏性土、砂土、粉土等常见土层。
下面就以山西万家寨引黄工程专家楼及地下停车场基坑支护为例，介绍、探讨复合土钉墙的基坑支护技术应用及施工方法。
1 案例工程基本概况
山西万家寨引黄工程专家楼及地下停车场基坑支护工程东西长170m，南北宽85.8m，基坑开挖深度10.7m，四周同市政道路及住宅楼相邻，地下水位埋深7.9-9m。
1.1 基坑地质情况
基坑范围内工程地质条件如下：
1.2 支护方案选择
根据复合土钉墙支护的应用条件，结合基坑特点及工程地质条件，基坑支护设计采用排桩（钢筋混凝土灌注桩）、加锚索（或内撑）的支护形式，桩冠梁以上采用土钉墙支护的复合土钉墙支护体系,基坑降水采用坑内管井降水。
1.3 设计要求
排桩：基坑四周采用钢筋混凝土灌注支护桩，桩径φ800-900mm,桩距1.2-1.4m,桩长13.6-19.2m,嵌固长度7.3-10.7m,桩身混凝土C30。
锚杆：锚杆采用2×7φ5，φs15.2,1860级预应力锚索，一桩一锚，根据不同地段采用不同锚固长度和锁定值。锚杆位置设在-5.7m，桩间锚杆长20m，自由端5.0m,间距1.2m,锚索成孔直径150mm,采用二次注浆工艺，每米注水泥70kg,应力2MPA,锚索预应力锁定值100KN-150KN。
土钉：桩冠梁以上采用土钉支护，设计卸土高度-4.7m范围内设土钉两道，土钉长6m,间距1200×1200，土钉杆体1φ18（22），面层厚100mm，喷射C20混凝土，面层局部挂φ6@200×200钢筋网片。
降水井：基坑降水采用坑内管井降水，降水成孔直径600mm,成井深度18m,井管直径400mm。
2 复合土钉墙施工技术应用
复合土钉墙的工作机理因其构成要素的复合性而具有多重性的特点:浅部土体加固与深部锚拉作用相结合;挖后支挡与超前支护相结合;局部稳定与整体稳定相结合。
根据基坑支护设计方案，以下分别介绍以排桩（钢筋混凝土灌注桩）、锚杆、土钉为要素的复合土钉墙支护体系及施工工艺。
2.1排桩
2.1.1 作用原理
排桩在复合土钉墙支护系统中主要是发挥超前支护作用和深层土体的稳定作用。
2.1.2工艺流程:
机械就位安装→十字线定桩位→埋设护筒→钻孔→清孔→安放钢筋笼→安装导管、漏斗→实测沉渣→灌注水下舱→拆除导管和漏斗→拔出护筒→打桩机械移位。
2.1.3施工操作要点:
①机械就位安装：要求场地平坦、夯实。
②三角线定桩位埋设护筒：
挖掉孔位桩，在护筒外50-80cm处打入土中四个小栓桩，小栓桩的两条直线的交点对正孔位桩，以孔桩为圆心就地划圆作为开挖护筒坑范围，固定护筒，校正钻机主绳与十字同心。
③ 钻孔：钻机开机前在护筒内填入适量粘土并加水，使开机就能形成泥浆护壁，防止护筒下口出现塌方。刚开钻应底冲程，慢进尺，当钻头全部进入护筒后再正常钻进。在钻进过程中，如出现软硬变化的地层，应减慢钻进速度，防止出现斜孔。钻孔及抽渣过程中，要勤加压力水，并视地质情况适时调整泥浆比重。
④清孔：当钻孔达到设计深度后，应及时清孔。清孔时用压缩空气喷翻泥浆，同时注入清水，被稀释的泥浆使夹杂着沉渣逐渐流出孔外。泥浆比重要求控制在1.15-1.2以内，孔底沉渣要求小于150cm。清孔后应及时验孔，验孔合格才可转入下道工序。
⑤安放钢筋笼：按设计图纸进行钢筋笼加工，为控制保护层厚度，在钢筋笼主筋上加焊扁铁护正器，沿钢筋笼同一截面外围均匀布置。
在运输、吊装过程中，要采取保护措施，防止钢筋笼扭曲变形。吊装入孔时要扶正、防止碰撞孔壁，吊到设计标高后用钢筋在孔口固定高程。
⑥安装导管、漏斗、料斗：安装导管的基本要求是直顺，不漏气。两节导管连接时，为防止法兰会张嘴漏气，造成灌注混凝土时导管内进水，两法兰螺栓应对应拧紧。一般导管底口距孔底一般为0.40-0.60m。
⑦灌注水下混凝土：水下混凝土的灌注质量，对排桩质量影响至关重要，灌注中要对塌孔引起特别重视。灌注混凝土过程中，要专人测量、记录孔内混凝土升高值，导管埋深等数据。若混凝土面升高值大于灌入量升高值，说明灌注过程中混凝土面以上有塌孔现象，这时必须对塌入混凝土面上的土方视情况抓紧时间处理，如出现混凝土初凝，将产生不翻浆，导管拨不出，导管堵塞及断桩事故。
2.2 预应力锚杆施工
2.2.1作用原理
预应力锚杆是将拉力传递到稳定岩层或土体的锚固体系。其一端与岩土体或结构物相连，另一端锚固在岩土体内，并对其施加预应力，以承受岩土压力、水压力和抗浮、抗倾覆等所产生的结构拉力，用以维护岩土体或结构物的稳定，并通过预加应力达到主动加固的效果。
2.2.2 工艺流程
施工工艺流程:成孔→锚索制安→注浆→腰梁制作→锚杆锁定
2.2.3 施工操作要点:
① 成孔:采用土层锚杆钻机成孔。成孔直径150mm，成孔倾角为 150。钻孔深度应超过锚杆设计长度0.5Om，施工中用泥浆钻进。成孔后立即放入钢绞索，然后进行清孔和注浆。
②锚索制安:锚索自由段要涂黄油防锈，并用软皮塑料管套裹，两头封闭，以保证注浆材料不致对其产生约束。确保钢绞线安放时顺利进入孔内的设计深度，沿锚杆轴线方向每隔2.0m设置一个定位支架，保护层厚度不小于2Omm。
③注浆:采用二次注浆施工工艺，注浆材料用普通32.5水泥，水灰比0.6。一次注浆用φ14铝塑管(或塑料管)，随锚索一起放入孔中，管底距离孔底0.5m左右，注浆过程中，一次管可以逐渐拔出。二次注浆管采用φ20钢管，沿管四周每隔0.6m-1.0m打两个出浆孔（φ5-6mm)，自由段不打孔。二次注浆管底部和周边的孔用双层防水胶带封牢，防止一次注浆时浆液进入。一次注浆，以注满锚孔为止，一次注浆体达到5Mpa(约24小时后)进行二次注浆，二次注浆压力控制在1-2 Mpa，瞬间压力2-5Mpa，两次注水泥量为70kg/m。
④腰梁的制安及锚杆锁定:腰梁采用两根25型槽钢，腰梁安装后要把两桩间用C20混凝土补平，使腰梁均匀受力。注浆体达到15Mpa后(15天后)，逐根进行张拉，根据设计的桩型不同，桩施加的预应力不同，锚索预应力锁定值在100KN-150KN范围内。
2.3 土钉墙施工
2.3.1作用原理
土钉墙支护的工作原理就是通过土钉、墙面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，提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减小土体侧向变形，增强整体稳定性。
2.3.2 工艺流程
工艺流程:施工台段开挖边壁清理→成孔→安装杆体→注浆(水泥浆搅拌、泵送)→编钢筋网并固定加强筋→喷射混凝土面层→面层混凝土养护
2.3.3施工操作要点:
①挖土：土钉支护施工是分台段进行，每步台段底标高比本层土钉标高低0.6m。下一台段开挖时间与上层土钉最后注浆完毕时间相隔要不少于3天。每步台段的挖土深度要严格按设计要求进行，绝对不可超挖。否则将引起严重的后果。
②成孔 ：人工洛阳铲掏孔，成孔深度应超过土钉设计长度0.5Om，钻孔前，要根据设计要求，定出孔位，并做好明显标记。一排土钉要拉线，确保在同水平线上。孔位垂直误差控制在100mm。
③安装杆体： 成孔后插入φ18(23)钢筋
④注浆： 注浆使用铝塑管，水灰比0.6，将搅拌好的水泥浆通过注浆泵注入孔内第一次注浆以注满孔为止，第一次注浆结束后在浆液初凝时(约60分钟)，进行二次补充注浆。第一次注浆压力0.4-0.6Mpa;第二次补浆压力不超过1Mpa;注浆压力视现场情况应及时调整。注浆效果要达到锚固体直径不小于5Omm。
⑤编扎(焊)钢筋网： 按设计要求编扎钢筋网;钢筋网搭接处要进行焊接，以保证面层整体受力，网片筋外的加强筋及锁定筋按设计要求施工。
⑥喷射混凝土面层：混凝土配合比应通过试验确定。水灰比不应大于0.45。喷射混凝土前，应对机械设备、风、水路管、电路进行全面检查及试运转。供水设施应保证喷头处有足够的水量和水压 (不小于0.2 MPa)。空压机应满足喷射机工作风压、风量要求，（一般为风量9m3/min，风压0.5Mpa）。噴射混凝土应自下而上进行，喷射距离控制应在 0.8-1.5m范围内，射流方向垂直指向喷面。施工时要保证喷射混凝土厚度达到规定值。为确保喷射混凝土施工缝结合面质量，喷射前要清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿。
⑦养护：喷射混凝土终凝后2小时，应根据当时条件，采取连续喷水养护5-7天。
⑧坡顶地面防水：边坡顶地面采用相同网片并用短钢筋(20-30cm)固定牢，混凝土厚度1OOmm。地面防水宽度1.0m。
3施工质量标准和质量保证措施
3.1施工质量标准
复合土钉墙目前尚无专用技术规范，其主要组成要素:普通土钉墙、预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩等应按照现行国家有关标准执行。主要采用的规范及标准有：
①《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）
②建筑基坑支护技术规范》（JGJl2120-99）
③《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
④《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
⑤《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001）
⑥《基坑土钉支护技术规程》(CECS96;97)
⑦《建筑边坡工程技术规程》（GB50330-2002）
3.2质量保证措施
①严把材料关，钢材、水泥必须有出厂合格证，并经试验室化验、测试，不合格材料决不使用。
②土钉墙施工中，土方开挖与土钉喷射混凝土等工艺必须密切配合，这是确保复合土钉墙顺利施工的关键。
③排桩钻进中要采取有效措施严格控制桩身垂直度和桩长。
④土方开挖必须严格遵循分层、分段、平衡、协调、适时等原则，以尽量缩短支护时间。
⑤做好基坑排水工作，确保基坑开挖及支护安全。
⑥增强全员质量意识，严格按照规范和设计要求施工。
4结束语
采用排桩(钢筋混凝土灌注桩) 、锚杆、土钉墙联合支护的复合土钉墙支护体系在本工程中取得了理想的效果, 在基坑支护及地下建筑施工过程中, 对相临建筑沉降观测结果满足规范要求。是一种成功的基坑围护体系，值得推广。
关键词：基坑排桩预应力锚杆 土钉墙
中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号：
引言
复合土钉墙是是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护技术。它是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术（或截水技术）有机组合而成的支護（截水）体系。其主要构成要素有土钉、预应力锚杆 (索)、截水惟幕、微型支护桩、挂网喷射混凝土面层和原位土体等。复合土钉墙具有轻型、复合、机动灵活、针对性强、适用范围广、支护能力强的特点，可作超前支护，并兼备支护、截水等效果。复合土钉墙支护技术可用于回填土、淤泥质土、黏性土、砂土、粉土等常见土层。
下面就以山西万家寨引黄工程专家楼及地下停车场基坑支护为例，介绍、探讨复合土钉墙的基坑支护技术应用及施工方法。
1 案例工程基本概况
山西万家寨引黄工程专家楼及地下停车场基坑支护工程东西长170m，南北宽85.8m，基坑开挖深度10.7m，四周同市政道路及住宅楼相邻，地下水位埋深7.9-9m。
1.1 基坑地质情况
基坑范围内工程地质条件如下：
1.2 支护方案选择
根据复合土钉墙支护的应用条件，结合基坑特点及工程地质条件，基坑支护设计采用排桩（钢筋混凝土灌注桩）、加锚索（或内撑）的支护形式，桩冠梁以上采用土钉墙支护的复合土钉墙支护体系,基坑降水采用坑内管井降水。
1.3 设计要求
排桩：基坑四周采用钢筋混凝土灌注支护桩，桩径φ800-900mm,桩距1.2-1.4m,桩长13.6-19.2m,嵌固长度7.3-10.7m,桩身混凝土C30。
锚杆：锚杆采用2×7φ5，φs15.2,1860级预应力锚索，一桩一锚，根据不同地段采用不同锚固长度和锁定值。锚杆位置设在-5.7m，桩间锚杆长20m，自由端5.0m,间距1.2m,锚索成孔直径150mm,采用二次注浆工艺，每米注水泥70kg,应力2MPA,锚索预应力锁定值100KN-150KN。
土钉：桩冠梁以上采用土钉支护，设计卸土高度-4.7m范围内设土钉两道，土钉长6m,间距1200×1200，土钉杆体1φ18（22），面层厚100mm，喷射C20混凝土，面层局部挂φ6@200×200钢筋网片。
降水井：基坑降水采用坑内管井降水，降水成孔直径600mm,成井深度18m,井管直径400mm。
2 复合土钉墙施工技术应用
复合土钉墙的工作机理因其构成要素的复合性而具有多重性的特点:浅部土体加固与深部锚拉作用相结合;挖后支挡与超前支护相结合;局部稳定与整体稳定相结合。
根据基坑支护设计方案，以下分别介绍以排桩（钢筋混凝土灌注桩）、锚杆、土钉为要素的复合土钉墙支护体系及施工工艺。
2.1排桩
2.1.1 作用原理
排桩在复合土钉墙支护系统中主要是发挥超前支护作用和深层土体的稳定作用。
2.1.2工艺流程:
机械就位安装→十字线定桩位→埋设护筒→钻孔→清孔→安放钢筋笼→安装导管、漏斗→实测沉渣→灌注水下舱→拆除导管和漏斗→拔出护筒→打桩机械移位。
2.1.3施工操作要点:
①机械就位安装：要求场地平坦、夯实。
②三角线定桩位埋设护筒：
挖掉孔位桩，在护筒外50-80cm处打入土中四个小栓桩，小栓桩的两条直线的交点对正孔位桩，以孔桩为圆心就地划圆作为开挖护筒坑范围，固定护筒，校正钻机主绳与十字同心。
③ 钻孔：钻机开机前在护筒内填入适量粘土并加水，使开机就能形成泥浆护壁，防止护筒下口出现塌方。刚开钻应底冲程，慢进尺，当钻头全部进入护筒后再正常钻进。在钻进过程中，如出现软硬变化的地层，应减慢钻进速度，防止出现斜孔。钻孔及抽渣过程中，要勤加压力水，并视地质情况适时调整泥浆比重。
④清孔：当钻孔达到设计深度后，应及时清孔。清孔时用压缩空气喷翻泥浆，同时注入清水，被稀释的泥浆使夹杂着沉渣逐渐流出孔外。泥浆比重要求控制在1.15-1.2以内，孔底沉渣要求小于150cm。清孔后应及时验孔，验孔合格才可转入下道工序。
⑤安放钢筋笼：按设计图纸进行钢筋笼加工，为控制保护层厚度，在钢筋笼主筋上加焊扁铁护正器，沿钢筋笼同一截面外围均匀布置。
在运输、吊装过程中，要采取保护措施，防止钢筋笼扭曲变形。吊装入孔时要扶正、防止碰撞孔壁，吊到设计标高后用钢筋在孔口固定高程。
⑥安装导管、漏斗、料斗：安装导管的基本要求是直顺，不漏气。两节导管连接时，为防止法兰会张嘴漏气，造成灌注混凝土时导管内进水，两法兰螺栓应对应拧紧。一般导管底口距孔底一般为0.40-0.60m。
⑦灌注水下混凝土：水下混凝土的灌注质量，对排桩质量影响至关重要，灌注中要对塌孔引起特别重视。灌注混凝土过程中，要专人测量、记录孔内混凝土升高值，导管埋深等数据。若混凝土面升高值大于灌入量升高值，说明灌注过程中混凝土面以上有塌孔现象，这时必须对塌入混凝土面上的土方视情况抓紧时间处理，如出现混凝土初凝，将产生不翻浆，导管拨不出，导管堵塞及断桩事故。
2.2 预应力锚杆施工
2.2.1作用原理
预应力锚杆是将拉力传递到稳定岩层或土体的锚固体系。其一端与岩土体或结构物相连，另一端锚固在岩土体内，并对其施加预应力，以承受岩土压力、水压力和抗浮、抗倾覆等所产生的结构拉力，用以维护岩土体或结构物的稳定，并通过预加应力达到主动加固的效果。
2.2.2 工艺流程
施工工艺流程:成孔→锚索制安→注浆→腰梁制作→锚杆锁定
2.2.3 施工操作要点:
① 成孔:采用土层锚杆钻机成孔。成孔直径150mm，成孔倾角为 150。钻孔深度应超过锚杆设计长度0.5Om，施工中用泥浆钻进。成孔后立即放入钢绞索，然后进行清孔和注浆。
②锚索制安:锚索自由段要涂黄油防锈，并用软皮塑料管套裹，两头封闭，以保证注浆材料不致对其产生约束。确保钢绞线安放时顺利进入孔内的设计深度，沿锚杆轴线方向每隔2.0m设置一个定位支架，保护层厚度不小于2Omm。
③注浆:采用二次注浆施工工艺，注浆材料用普通32.5水泥，水灰比0.6。一次注浆用φ14铝塑管(或塑料管)，随锚索一起放入孔中，管底距离孔底0.5m左右，注浆过程中，一次管可以逐渐拔出。二次注浆管采用φ20钢管，沿管四周每隔0.6m-1.0m打两个出浆孔（φ5-6mm)，自由段不打孔。二次注浆管底部和周边的孔用双层防水胶带封牢，防止一次注浆时浆液进入。一次注浆，以注满锚孔为止，一次注浆体达到5Mpa(约24小时后)进行二次注浆，二次注浆压力控制在1-2 Mpa，瞬间压力2-5Mpa，两次注水泥量为70kg/m。
④腰梁的制安及锚杆锁定:腰梁采用两根25型槽钢，腰梁安装后要把两桩间用C20混凝土补平，使腰梁均匀受力。注浆体达到15Mpa后(15天后)，逐根进行张拉，根据设计的桩型不同，桩施加的预应力不同，锚索预应力锁定值在100KN-150KN范围内。
2.3 土钉墙施工
2.3.1作用原理
土钉墙支护的工作原理就是通过土钉、墙面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，提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减小土体侧向变形，增强整体稳定性。
2.3.2 工艺流程
工艺流程:施工台段开挖边壁清理→成孔→安装杆体→注浆(水泥浆搅拌、泵送)→编钢筋网并固定加强筋→喷射混凝土面层→面层混凝土养护
2.3.3施工操作要点:
①挖土：土钉支护施工是分台段进行，每步台段底标高比本层土钉标高低0.6m。下一台段开挖时间与上层土钉最后注浆完毕时间相隔要不少于3天。每步台段的挖土深度要严格按设计要求进行，绝对不可超挖。否则将引起严重的后果。
②成孔 ：人工洛阳铲掏孔，成孔深度应超过土钉设计长度0.5Om，钻孔前，要根据设计要求，定出孔位，并做好明显标记。一排土钉要拉线，确保在同水平线上。孔位垂直误差控制在100mm。
③安装杆体： 成孔后插入φ18(23)钢筋
④注浆： 注浆使用铝塑管，水灰比0.6，将搅拌好的水泥浆通过注浆泵注入孔内第一次注浆以注满孔为止，第一次注浆结束后在浆液初凝时(约60分钟)，进行二次补充注浆。第一次注浆压力0.4-0.6Mpa;第二次补浆压力不超过1Mpa;注浆压力视现场情况应及时调整。注浆效果要达到锚固体直径不小于5Omm。
⑤编扎(焊)钢筋网： 按设计要求编扎钢筋网;钢筋网搭接处要进行焊接，以保证面层整体受力，网片筋外的加强筋及锁定筋按设计要求施工。
⑥喷射混凝土面层：混凝土配合比应通过试验确定。水灰比不应大于0.45。喷射混凝土前，应对机械设备、风、水路管、电路进行全面检查及试运转。供水设施应保证喷头处有足够的水量和水压 (不小于0.2 MPa)。空压机应满足喷射机工作风压、风量要求，（一般为风量9m3/min，风压0.5Mpa）。噴射混凝土应自下而上进行，喷射距离控制应在 0.8-1.5m范围内，射流方向垂直指向喷面。施工时要保证喷射混凝土厚度达到规定值。为确保喷射混凝土施工缝结合面质量，喷射前要清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿。
⑦养护：喷射混凝土终凝后2小时，应根据当时条件，采取连续喷水养护5-7天。
⑧坡顶地面防水：边坡顶地面采用相同网片并用短钢筋(20-30cm)固定牢，混凝土厚度1OOmm。地面防水宽度1.0m。
3施工质量标准和质量保证措施
3.1施工质量标准
复合土钉墙目前尚无专用技术规范，其主要组成要素:普通土钉墙、预应力锚杆、深层搅拌桩、旋喷桩等应按照现行国家有关标准执行。主要采用的规范及标准有：
①《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）
②建筑基坑支护技术规范》（JGJl2120-99）
③《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
④《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
⑤《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001）
⑥《基坑土钉支护技术规程》(CECS96;97)
⑦《建筑边坡工程技术规程》（GB50330-2002）
3.2质量保证措施
①严把材料关，钢材、水泥必须有出厂合格证，并经试验室化验、测试，不合格材料决不使用。
②土钉墙施工中，土方开挖与土钉喷射混凝土等工艺必须密切配合，这是确保复合土钉墙顺利施工的关键。
③排桩钻进中要采取有效措施严格控制桩身垂直度和桩长。
④土方开挖必须严格遵循分层、分段、平衡、协调、适时等原则，以尽量缩短支护时间。
⑤做好基坑排水工作，确保基坑开挖及支护安全。
⑥增强全员质量意识，严格按照规范和设计要求施工。
4结束语
采用排桩(钢筋混凝土灌注桩) 、锚杆、土钉墙联合支护的复合土钉墙支护体系在本工程中取得了理想的效果, 在基坑支护及地下建筑施工过程中, 对相临建筑沉降观测结果满足规范要求。是一种成功的基坑围护体系，值得推广。