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摘要：土钉墙技术具有性能可靠、施工简便和造价低廉等优点, 目前在国内高层建筑的深基坑支护工程中得到广泛应用。文章结合高层住宅楼深基坑所采用的土钉墙支护结构工程, 介绍土钉墙的施工技术要点及其质量控制。
关键词：土钉墙 深基坑 高层建筑 技术
中图分类号：TU97 文献标识码： A 文章编号：
前言
土钉支护是一种用于基坑开挖支护或边坡加固的挡土技术, 由于其造价较低, 施工快捷简便, 可以在施工中调整设计等优点, 已经在基坑支护工程中得到了广泛的应用。以往土钉支护技术由于受其作用机理的限制, 一般只应用于有一定自立能力和较大摩擦阻力的土层中, 如稠度在可塑状态以上的粘性土、有一定胶结力的粉质土、砂土层等。而对于软土层的基坑支护, 单纯依靠土钉支护则难以奏效, 此时将土钉和其他支护形式结合起来的复合土钉支护则显现出它在软土基坑工程中的巨大潜力。最具代表性的有土钉- 搅拌桩支护、超前微型桩- 土钉支护、锚杆- 土钉支护, 这些复合土钉支护技术的应用在工程中已有不少成功实例。
一、桩与土钉墙组合支护结构的工作机理
土钉支护结构通过对基坑边壁土体强度的加强和提高，使基坑边壁产生荷载的土体成为支护结构的一部分，基坑开挖支护过程中，随着边壁邻空高度增加，土体侧压力的增加，支护结构的抗力水平相应提高，从而使边壁土体强度得到最大限度的利用。当土钉支护的基坑工程存在软弱土夹层、软弱下卧层等不良土层时，基坑土钉支护的设计和施工难以满足基坑安全所需的抗滑稳定性要求，单纯靠增加土钉或锚杆长度和数量对基坑稳定性的提高作用已不明显时，往往需要采取其它工程措施，以提高边坡土体的抗剪能力，维护基坑安全，如搅拌桩(或粉喷桩)、灌注桩及各种微型桩等超前支护的抗剪作用可以使基坑工程的安全稳定性满足设计和施工要求。桩与土钉墙组合支护由前置桩支护和土钉墙支护结构共同构成。在基坑边壁土压力作用下，桩和土钉墙作为一个整体结构共同抵抗荷载和变形。对桩支护部分而言，土钉加固部分的底部与下层土体接触，在水平土压力作用下，在土钉结构与土体间可被动地产生较大的水平摩阻力，从而有效地减小主动区土压力作用，基坑底以下被动区土体对桩体产生的被动土压力，显著地提高复合支护结构的抗水平滑移和抗倾覆稳定性，缩短桩体在土中的嵌固深度，土钉支护底部，由于桩体抗剪强度较高，使复合土钉支护结构内部和整体稳定性更易于满足要求。
二、土钉墙支护的适用条件及特点.
1 根据地层条件、基坑几何参数合理选择支护方案基坑支护有多种支护类型和施工方案, 常见支护类型如下:
（l）自立式支护, 大致有两种形式, 一为水泥搅拌桩挡墙支护, 另一为悬臂式排桩支护, 其共同特点为基坑内无支撑结构, 便于机械化挖土和地下室施工, 水泥搅拌桩挡墙支护缺点为挡墙占地面积大, 不适宜场地狭小工程, 但工程造价低于冲、钻孔排桩、悬臂式排桩支护, 缺点是支护桩顶水平位移较大, 当坑深或地质条件较差时, 工程造价较高。
（2）排桩内支撑支护, 其优点是支护系统较安全可靠, 内支撑的布置应尽量简单, 以方便基坑机械挖土和地下室施工, 缺点为横向尤其是竖向支撑限制了施工空间, 一旦一个节点破坏, 可能导致整体失稳。
（3）排桩拉锚支护, 分为排桩外侧地面拉锚支护和排桩岩土锚杆支护。第一种形式较内支撑方案费用低, 操作方便, 基坑施工空间大, 但该支护形式要有足够大的场地。第一种形式适用于土层性能较好或软土层较薄的场地, 对基坑开挖和地下室施工十分有利, 但往往超出建筑红线, 需征得红线外相关单位同意。
（4）锚喷支护, 是锚杆、喷射混凝土、挂网联合支护形式, 是支护结构和土体共同作用的主动支护体系, 最大程度的利用了土体的自稳能力。灵活性大, 依据监测成果可随时调整支护参数, 工程造价低, 但边壁变形大, 锚杆往往超出建筑红线。
（5）组合型支护, 当基坑内有几种深度, 或土层分布变化较大, 或基坑各侧环境条件差别较大时, 要因地制宜采用不同支护方法, 以充分发挥各种材料及支护结构类型的优越性, 降低工程造价。无支護或简单护面放坡方案最为经济, 如条件允许应优先采用; 组合型支护使用得当往往能降低工程造价, 地下连续墙作为地下室外墙时, 采用地下连续墙方案也能起到节约资金的作用。另外, 在选择基坑支护方案时, 还可充分利用基坑空间效应达到优化目的。根据支护结构受力、位移情况和监测成果, 支护桩桩顶位移、桩身变形以及桩身钢筋应力都是中间桩大, 而在拐角处支护结构受力较小, 可适当减少桩长和配筋数量, 或采用单排桩和双排桩混和形式。对于钢筋笼易控制人工挖孔桩, 可考虑单面配筋以减少配筋数量。.
2 根据周边环境的特点选择支护方案基坑周边环境包括:
（1）基坑施工场地及周围地质状况;
（2）基坑周围建筑物状况;
（3）基坑周围交通状况及水域(河流)情况;
（4）基坑周围公用设施分布地下构筑物管线状况;
（5）基坑周边特殊环境或特殊地质状况对基坑施工方面的要求。结合基坑周边环境, 赋予各边不同的安全系数及监测预警值, 作出不同的支护结构选型及支护参数设计, 以使有限的资金得到最合理的利用, 达到最佳的经济效益。
3 对地下水采取有效处理措施
如何控制开挖场地的地下水是深基坑工程中一个难题。处理地下水的方式分为三大类, 降水、防水和降防结合。降水方式按降水所处位置分为坑外降水和坑内降水, 按疏干地下水方式分为抽排疏干型和导渗减压型。防水措施一般为做防渗帷幕和封底。降水措施要比防水措施经济。但降水不可避免的对周边环境会造成不利的影响。因此降水、防水或回灌技术相结合是一种既经济又安全的地下水处理措施。,
4 实施信息化设计与施工
基坑工程中, 支护结构的设计应该为土方开挖创造条件, 反过来, 合适的土方开挖也是基坑安全的保证。支护结构的位移不仅与支护结构的刚度、地层性质有关, 也与基坑开挖的方式及开挖步骤有关。从中间开始向纵深或两侧扩大的中心岛法开挖顺序, 比从一定方向向另一方向顺序推进的开挖方法, 对基底隆起和坑边位移有一定程度减少。所以在深大基坑中强调分层、分段开挖, 控制分层开挖深度和支撑架设时机, 充分利用深基坑工程的时间空间效应, 达到安全、经济的目的。信息化设计与施工技术在岩土工程中已得到广泛而又实际的应用, 这些信息包括了施工中的经验信息、观察信息、理论信息和施工中通过监测得到的信息, 对这些信息进行处理, 随时分析与掌握支护结构的工作状态, 发现异常现象或潜在危险时发布应急预报, 采取有效措施, 不断完善与优化下一步的设计与施工。另外, 通过监测支护结构位移与应力及坑边沉降可进一步认识岩土体结构, 反演岩土参数, 预测后续施工阶段的地层和结构各断面变形, 根据预测结果评估基坑的安全性。
结束语
深基坑工程是土体、支护结构、周边环境、施工行为相互作用的一个动态变化的复杂系统, 是一个极具挑战性、高风险、高难度的岩土工程技术课题。目前, 深基坑工程存在两种极端现象：一是设计施工方面原因而导致基坑事故, 造成重大经济损失和人身安全事故； 二是支护选型和设计极为保守, 造成极大浪费。后者往往更加难以引起人们注意。同一工程, 不同方案和设计, 其工程造价相差甚大，所以作为工程设计及施工人员，要结合工程实际情况，预先对工程所在地的水文地质情况进行详细调查，比如基坑周围临近建筑物、地下构筑物、地下管线状况一级相邻施工区场内同类功臣各施工所采用的场地降水及基坑支护技术措施等，结合本工程实际情况加以计算、权衡利弊之后，进行施工方案的合理优选，在保证安全的情况下，以达到资源的节约。
参考文献
[1]何晖,王建智,朱有禄. 深基坑工程优化设计技术及其工程应用[J]. 地下空间与工程学报. 2007(S2)
[2]冯谦,陈蜀俊,王岚,黄江. 深基坑支护方案优化选型决策系统研究[J]. 建筑结构. 2009(02)
[3]黄贵珍,杨予,蓝日彦. 深基坑支护的系统分析及优化设计[J]. 广西科学. 2000(03)
[4]林向棋. 深基坑工程复合土钉支护的数值模拟与工程应用[J]. 福建建设科技. 2006(03)
关键词：土钉墙 深基坑 高层建筑 技术
中图分类号：TU97 文献标识码： A 文章编号：
前言
土钉支护是一种用于基坑开挖支护或边坡加固的挡土技术, 由于其造价较低, 施工快捷简便, 可以在施工中调整设计等优点, 已经在基坑支护工程中得到了广泛的应用。以往土钉支护技术由于受其作用机理的限制, 一般只应用于有一定自立能力和较大摩擦阻力的土层中, 如稠度在可塑状态以上的粘性土、有一定胶结力的粉质土、砂土层等。而对于软土层的基坑支护, 单纯依靠土钉支护则难以奏效, 此时将土钉和其他支护形式结合起来的复合土钉支护则显现出它在软土基坑工程中的巨大潜力。最具代表性的有土钉- 搅拌桩支护、超前微型桩- 土钉支护、锚杆- 土钉支护, 这些复合土钉支护技术的应用在工程中已有不少成功实例。
一、桩与土钉墙组合支护结构的工作机理
土钉支护结构通过对基坑边壁土体强度的加强和提高，使基坑边壁产生荷载的土体成为支护结构的一部分，基坑开挖支护过程中，随着边壁邻空高度增加，土体侧压力的增加，支护结构的抗力水平相应提高，从而使边壁土体强度得到最大限度的利用。当土钉支护的基坑工程存在软弱土夹层、软弱下卧层等不良土层时，基坑土钉支护的设计和施工难以满足基坑安全所需的抗滑稳定性要求，单纯靠增加土钉或锚杆长度和数量对基坑稳定性的提高作用已不明显时，往往需要采取其它工程措施，以提高边坡土体的抗剪能力，维护基坑安全，如搅拌桩(或粉喷桩)、灌注桩及各种微型桩等超前支护的抗剪作用可以使基坑工程的安全稳定性满足设计和施工要求。桩与土钉墙组合支护由前置桩支护和土钉墙支护结构共同构成。在基坑边壁土压力作用下，桩和土钉墙作为一个整体结构共同抵抗荷载和变形。对桩支护部分而言，土钉加固部分的底部与下层土体接触，在水平土压力作用下，在土钉结构与土体间可被动地产生较大的水平摩阻力，从而有效地减小主动区土压力作用，基坑底以下被动区土体对桩体产生的被动土压力，显著地提高复合支护结构的抗水平滑移和抗倾覆稳定性，缩短桩体在土中的嵌固深度，土钉支护底部，由于桩体抗剪强度较高，使复合土钉支护结构内部和整体稳定性更易于满足要求。
二、土钉墙支护的适用条件及特点.
1 根据地层条件、基坑几何参数合理选择支护方案基坑支护有多种支护类型和施工方案, 常见支护类型如下:
（l）自立式支护, 大致有两种形式, 一为水泥搅拌桩挡墙支护, 另一为悬臂式排桩支护, 其共同特点为基坑内无支撑结构, 便于机械化挖土和地下室施工, 水泥搅拌桩挡墙支护缺点为挡墙占地面积大, 不适宜场地狭小工程, 但工程造价低于冲、钻孔排桩、悬臂式排桩支护, 缺点是支护桩顶水平位移较大, 当坑深或地质条件较差时, 工程造价较高。
（2）排桩内支撑支护, 其优点是支护系统较安全可靠, 内支撑的布置应尽量简单, 以方便基坑机械挖土和地下室施工, 缺点为横向尤其是竖向支撑限制了施工空间, 一旦一个节点破坏, 可能导致整体失稳。
（3）排桩拉锚支护, 分为排桩外侧地面拉锚支护和排桩岩土锚杆支护。第一种形式较内支撑方案费用低, 操作方便, 基坑施工空间大, 但该支护形式要有足够大的场地。第一种形式适用于土层性能较好或软土层较薄的场地, 对基坑开挖和地下室施工十分有利, 但往往超出建筑红线, 需征得红线外相关单位同意。
（4）锚喷支护, 是锚杆、喷射混凝土、挂网联合支护形式, 是支护结构和土体共同作用的主动支护体系, 最大程度的利用了土体的自稳能力。灵活性大, 依据监测成果可随时调整支护参数, 工程造价低, 但边壁变形大, 锚杆往往超出建筑红线。
（5）组合型支护, 当基坑内有几种深度, 或土层分布变化较大, 或基坑各侧环境条件差别较大时, 要因地制宜采用不同支护方法, 以充分发挥各种材料及支护结构类型的优越性, 降低工程造价。无支護或简单护面放坡方案最为经济, 如条件允许应优先采用; 组合型支护使用得当往往能降低工程造价, 地下连续墙作为地下室外墙时, 采用地下连续墙方案也能起到节约资金的作用。另外, 在选择基坑支护方案时, 还可充分利用基坑空间效应达到优化目的。根据支护结构受力、位移情况和监测成果, 支护桩桩顶位移、桩身变形以及桩身钢筋应力都是中间桩大, 而在拐角处支护结构受力较小, 可适当减少桩长和配筋数量, 或采用单排桩和双排桩混和形式。对于钢筋笼易控制人工挖孔桩, 可考虑单面配筋以减少配筋数量。.
2 根据周边环境的特点选择支护方案基坑周边环境包括:
（1）基坑施工场地及周围地质状况;
（2）基坑周围建筑物状况;
（3）基坑周围交通状况及水域(河流)情况;
（4）基坑周围公用设施分布地下构筑物管线状况;
（5）基坑周边特殊环境或特殊地质状况对基坑施工方面的要求。结合基坑周边环境, 赋予各边不同的安全系数及监测预警值, 作出不同的支护结构选型及支护参数设计, 以使有限的资金得到最合理的利用, 达到最佳的经济效益。
3 对地下水采取有效处理措施
如何控制开挖场地的地下水是深基坑工程中一个难题。处理地下水的方式分为三大类, 降水、防水和降防结合。降水方式按降水所处位置分为坑外降水和坑内降水, 按疏干地下水方式分为抽排疏干型和导渗减压型。防水措施一般为做防渗帷幕和封底。降水措施要比防水措施经济。但降水不可避免的对周边环境会造成不利的影响。因此降水、防水或回灌技术相结合是一种既经济又安全的地下水处理措施。,
4 实施信息化设计与施工
基坑工程中, 支护结构的设计应该为土方开挖创造条件, 反过来, 合适的土方开挖也是基坑安全的保证。支护结构的位移不仅与支护结构的刚度、地层性质有关, 也与基坑开挖的方式及开挖步骤有关。从中间开始向纵深或两侧扩大的中心岛法开挖顺序, 比从一定方向向另一方向顺序推进的开挖方法, 对基底隆起和坑边位移有一定程度减少。所以在深大基坑中强调分层、分段开挖, 控制分层开挖深度和支撑架设时机, 充分利用深基坑工程的时间空间效应, 达到安全、经济的目的。信息化设计与施工技术在岩土工程中已得到广泛而又实际的应用, 这些信息包括了施工中的经验信息、观察信息、理论信息和施工中通过监测得到的信息, 对这些信息进行处理, 随时分析与掌握支护结构的工作状态, 发现异常现象或潜在危险时发布应急预报, 采取有效措施, 不断完善与优化下一步的设计与施工。另外, 通过监测支护结构位移与应力及坑边沉降可进一步认识岩土体结构, 反演岩土参数, 预测后续施工阶段的地层和结构各断面变形, 根据预测结果评估基坑的安全性。
结束语
深基坑工程是土体、支护结构、周边环境、施工行为相互作用的一个动态变化的复杂系统, 是一个极具挑战性、高风险、高难度的岩土工程技术课题。目前, 深基坑工程存在两种极端现象：一是设计施工方面原因而导致基坑事故, 造成重大经济损失和人身安全事故； 二是支护选型和设计极为保守, 造成极大浪费。后者往往更加难以引起人们注意。同一工程, 不同方案和设计, 其工程造价相差甚大，所以作为工程设计及施工人员，要结合工程实际情况，预先对工程所在地的水文地质情况进行详细调查，比如基坑周围临近建筑物、地下构筑物、地下管线状况一级相邻施工区场内同类功臣各施工所采用的场地降水及基坑支护技术措施等，结合本工程实际情况加以计算、权衡利弊之后，进行施工方案的合理优选，在保证安全的情况下，以达到资源的节约。
参考文献
[1]何晖,王建智,朱有禄. 深基坑工程优化设计技术及其工程应用[J]. 地下空间与工程学报. 2007(S2)
[2]冯谦,陈蜀俊,王岚,黄江. 深基坑支护方案优化选型决策系统研究[J]. 建筑结构. 2009(02)
[3]黄贵珍,杨予,蓝日彦. 深基坑支护的系统分析及优化设计[J]. 广西科学. 2000(03)
[4]林向棋. 深基坑工程复合土钉支护的数值模拟与工程应用[J]. 福建建设科技. 2006(03)