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摘要：只有提高土体的整体刚度和稳定性才能有效确保基坑的稳定，土钉墙支护不仅能够充分利用土体的自承能力，并且还能按照一定的间距和长度在土体中设置土钉，同时辅以钢筋网喷射混凝土面层与土体来共同协作。由于采取土钉支护和挖土同时分层分块施工的方式能够有效发挥土体空间的支护作用，因此，在保证边坡稳定的情况下不仅能够缩短工期，还能够有效的降低成本。本文结合某基坑支护工程的实例分析，说明采用土钉墙支护技术既能大大节约投资，又能解决基坑边坡的强度及稳定性问题。
关键词：土钉墙支护土钉整体刚度稳定性
继撑式支护、排式支护以及连续墙支护和锚杆支护之后，土钉墙支护作为一项有效的支护技术，以其施工快捷和造价低廉的特点广泛应用于工程实践中。为了确保基坑稳定[2]，必须提高土体的整体刚度和稳定性，根据文献[1]我们知道，按照一定的间距和长度在土体中设置土钉并辅以钢筋网喷射混凝土面层与土体协同工作来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。对于土钉支护，具有以下优点[3]：第一，由于土钉具有结构轻和柔性大的特点，从而具有良好的抗震性和延性；第二，能够对土体的自承能力进行合理的利用；第三，由于施工过程不需要大型的机具和复杂的工艺，从而设备都比较简单轻便；第四，由于施工便捷快速，因此不需要占有单独的场地；第五，造价低。据国内外资料分析，与其他支护相比，土钉支护工程造价仅为其1/3-1/2。为了说明土钉墙的设计和施工要点，我们通过一个实际的支护方案实例进行说明。
1 工程概况
1.1 工程特点 本工程的总建筑面积为29100.06m2，由一个人防地下室和三栋住宅楼组成，其中三栋住宅的面积约为20800.06m2，地下室建筑面积为8300m2。场地地形呈现西高东低的坡状，相对高差为1.5-4.5m，孔口标高为155.81-160.47m，高差为4.66m，属于漓江二阶地与一阶地过渡地带地貌。图1为基坑平面图。
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1.2 工程地质条件 由河流冲洪积层和人工填土共同组成了场地地层，由上到下分别为素填土、含圆砾粉质粘土、含圆砾粉土、含粉质粘土圆砾、粉质粘土、粘土、灰岩。表1为其物理力学性能指标。
1.3 工程水文条件 根据钻探结果，场地地下水主要为空隙潜水，主要赋存于第四砂卵石层中。通过大气降水和地下水径流补给，静水水位为2.0-3.5m，取卵石层渗透系数k=20m/d。对于基坑施工，只有在雨期要采取相应的排水措施。
2 基坑支护方案
本工程的基坑深度，只有局部为7.8m，大部分均为6.8m。根据本工程岩土条件同时结合基坑平面形状复杂、开挖深以及作业范围狭小的特点，在对整板边坡进行支护的时候采用钢管土钉墙的方式。
2.1 基坑支护方案选型和设计 坡的东、南、北三面受到场地东西高差影响可以采用1：1放坡开挖，根据设计院土钉墙支护蓝图，对于西面深度6.8-7.8m长度为120m深基坑的自南向北一段深7.8m长33.6m的基坑采用方案一施工，如图2所示，表2为土钉主筋规格和长度；西面一段长80.7m，深度6.8m的基坑采取图3方案二，表3为土钉施工土钉主筋规格和长度；此外，在西南转角和西北转角分别向东延伸土钉支护5m的长度以增加西面土钉的整体稳定性。
根据地质勘察报告，基坑土质表面为填土，下层为含圆砾粉质粘土。采用土钉墙喷锚混凝土支护方案对基坑进行支护，西面的基坑采用分层挖槽分层支护的方式，在提高土体抗剪切强度的时候主要依靠设置于坡体中的土钉被动受力实现，此外，混凝土面层也起到了限制和约束基坑土体侧向变形的作用。
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2.2 基坑支护工程施工方案 土钉墙施工要与基坑开挖紧密配合，协调施工，分层开挖的每层深度均不得超过1m。基坑一旦开挖，就必须在15天内完成土钉和混凝土面板的施工，并且要在雨天对土坡和坡顶进行遮盖防雨。对土钉墙和灌浆锚杆做完抗拔试验后再进行施工[4][5]，并且确保抽检数量不小于1%同时不少于3根，抗拔（拉）力27KN/m。
根据场地地形，本工程的土钉墙支护在开挖时分三层进行，一二层均为2.6m，第三层为1.6-2.6m。当上层土钉墙支护達到一定强度后在对基坑下层进行开挖。
进场后首先开挖10m宽的土钉墙工作面，对其分为三步开挖，分别挖至室外地坪下-1.70m、-4.20m以及-6.20m。对于基坑中间的土方分两步开挖，即第一步土方摘帽挖至-3.0m，第二步土方挖至槽底，并且槽底预留30cm土方随挖随用人工清槽。
第一，开挖边坡。采用反铲挖土机进行开挖，为了确保土钉成孔机械钻机的工作面，除了预留20-30cm的人工修坡以及开挖至土钉孔位以下50cm外，还要确保10cm以上的开挖宽度。第二，边坡修整。为了确保喷射混凝土面层的平整性，除了采用人工清理外还需要对此工序采用挂线定位。对于土层含水量较大的边坡，为了便于排走喷射混凝土面层后的积水，在支护面层背部应当插入排水管包滤网（长度为400-600mm且直接不小于40mm），间距2m且外端伸出支护面层。第三，定位放线。采用长30cmΦ8的钢筋，由测量人员按照设计图纸将每一个土钉的位置放出来。第四，成孔。除了局部成孔采用人工洛阳铲外，其余均采用机械螺旋钻机。钻孔后要进行及时的清孔和检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土等现象，除了立即进行压浆处理外还要及时安装土钉钢筋和注浆。第五，土钉的制作和安放。在制作土钉的时候，按照设计一般采用长度为6m、8m以及12m的Φ80的钢筋。为了避免主筋偏离土钉中心，在钢筋上每隔2m就要焊接一个中支架。将注浆管和钢筋捆绑在一起放置钢筋，此外，还需要保证注浆管到孔底有0.5m左右的间距。第六，造浆和注浆。造浆采用搅拌机且严格控制其水灰比为W/C=0.5。注浆采用注浆泵，在拔导管的时候应当保证缓慢均匀，但是为了保证能够全部排出孔中的气体，应当始终保持出浆口位于孔中浆体表面之下。第七，挂网和锚头安装。采用插入土中的钢筋来固定钢筋网片，并且保证其与坡面的间隙为3-4cm但是不得小于3cm。绑扎的时候采用上下左右一根对一根搭接的方式，不仅要保证搭接长度不小于30cm，还要保证其不少于两点点焊；为了将钢筋网片焊接成一个整体，可以借助钢筋井字架和土钉外端弯钩来实现。第八，喷射混凝土。喷射混凝土的顺序可以根据底层情况采取先锚后喷或先喷后锚的方式。在喷射过程中，不仅要保证空压机风量不小于9m3/min以及喷头水压不小于0.15Mpa外，还应当保证气压处于0.2-0.5Mpa之间以及喷射距离控制在0.6-1.0m之间。对于混凝土的初凝和终凝时间，可以通过添加速凝剂将其控制于5-10min之间，此外，还应当保证喷射厚度不小于100mm。第九，养护。及时安排专人浇水养护浇注完的混凝土，且保证连续养护的时间不低于七天。
3 内力计算
3.1 基本参数 在本项目中，基坑深度为6.8m，基坑内外地下水深均为15.0m。基坑侧壁重要性系数、土钉荷载分项系数、土钉抗拉拉力分项系数以及整体抗滑分项系数分别为1.0、1.25、1.3和1.3。土钉拉力在滑面上产生的阻力折减系数、圆弧滑动坡底截止深度以及圆弧滑动坡底滑面步长分别为0.5、0.0m和1.0m。喷射混凝土的面层厚度为100mm，强度为C20。水平和竖向配筋均为Φ6@100，配筋计算和荷载分项系数分别为15mm和1.2。土钉墙计算宽度为7.0m，墙后地面倾角、墙背倾角以及土与墙背的摩擦角分别为0°、80°和10°。墙趾距离坡脚0.0m，墙底地基承载力为140kpa，土与墙底的摩擦系数、抗水平滑动安全系数以及抗倾覆安全系数分别为0.3、1.3和1.6。
3.2 计算结果 通过理正深基坑支护计算软件F-SPW计算可得如表4、5所示计算结果。
4 结语
本工程分三层来进行基坑的开挖支护。根据现场周围环境和地质条件，本工程的基坑边坡支护采用土钉墙方式的同时还加强了监测。虽然相应的工期由于受到雨季的影响从计划工期的27天延长到了30天，但是整体的基坑支护工况完好，不仅没有损害周围的建筑物、道路以及地下管线，同时也成功的解决了基坑边坡的强度和稳定性问题，因此，在保证施工安全的同时还具有很好的经济效益。通过计算，对支护体系的稳定性和变形进行了进一步的分析，由于各项安全系数均满足规范标准，从而达到了预期的效果。
参考文献：
[1]陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.
[2]胡建林.深基坑土钉支护中的几个问题[J].工业建筑，1999，29(4):49-52.
[3]孙义晓.小角度仰斜式复合土钉墙在基坑支护中的研究与应用[D].2005.
[4]杨亮.土钉支护抗拔研究[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2004，5(5):60-63.
[5]叶作楷，钟泳.正常工作条件下土钉与土层间的摩擦力研究[J].2002，30(8):84-86.
[6]张建龙，徐桂萍，刘树亚，甘继国.某工程土钉墙支护结构信息化施工[J].施工技术，2001，30（1）：28-29.
关键词：土钉墙支护土钉整体刚度稳定性
继撑式支护、排式支护以及连续墙支护和锚杆支护之后，土钉墙支护作为一项有效的支护技术，以其施工快捷和造价低廉的特点广泛应用于工程实践中。为了确保基坑稳定[2]，必须提高土体的整体刚度和稳定性，根据文献[1]我们知道，按照一定的间距和长度在土体中设置土钉并辅以钢筋网喷射混凝土面层与土体协同工作来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。对于土钉支护，具有以下优点[3]：第一，由于土钉具有结构轻和柔性大的特点，从而具有良好的抗震性和延性；第二，能够对土体的自承能力进行合理的利用；第三，由于施工过程不需要大型的机具和复杂的工艺，从而设备都比较简单轻便；第四，由于施工便捷快速，因此不需要占有单独的场地；第五，造价低。据国内外资料分析，与其他支护相比，土钉支护工程造价仅为其1/3-1/2。为了说明土钉墙的设计和施工要点，我们通过一个实际的支护方案实例进行说明。
1 工程概况
1.1 工程特点 本工程的总建筑面积为29100.06m2，由一个人防地下室和三栋住宅楼组成，其中三栋住宅的面积约为20800.06m2，地下室建筑面积为8300m2。场地地形呈现西高东低的坡状，相对高差为1.5-4.5m，孔口标高为155.81-160.47m，高差为4.66m，属于漓江二阶地与一阶地过渡地带地貌。图1为基坑平面图。
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1.2 工程地质条件 由河流冲洪积层和人工填土共同组成了场地地层，由上到下分别为素填土、含圆砾粉质粘土、含圆砾粉土、含粉质粘土圆砾、粉质粘土、粘土、灰岩。表1为其物理力学性能指标。
1.3 工程水文条件 根据钻探结果，场地地下水主要为空隙潜水，主要赋存于第四砂卵石层中。通过大气降水和地下水径流补给，静水水位为2.0-3.5m，取卵石层渗透系数k=20m/d。对于基坑施工，只有在雨期要采取相应的排水措施。
2 基坑支护方案
本工程的基坑深度，只有局部为7.8m，大部分均为6.8m。根据本工程岩土条件同时结合基坑平面形状复杂、开挖深以及作业范围狭小的特点，在对整板边坡进行支护的时候采用钢管土钉墙的方式。
2.1 基坑支护方案选型和设计 坡的东、南、北三面受到场地东西高差影响可以采用1：1放坡开挖，根据设计院土钉墙支护蓝图，对于西面深度6.8-7.8m长度为120m深基坑的自南向北一段深7.8m长33.6m的基坑采用方案一施工，如图2所示，表2为土钉主筋规格和长度；西面一段长80.7m，深度6.8m的基坑采取图3方案二，表3为土钉施工土钉主筋规格和长度；此外，在西南转角和西北转角分别向东延伸土钉支护5m的长度以增加西面土钉的整体稳定性。
根据地质勘察报告，基坑土质表面为填土，下层为含圆砾粉质粘土。采用土钉墙喷锚混凝土支护方案对基坑进行支护，西面的基坑采用分层挖槽分层支护的方式，在提高土体抗剪切强度的时候主要依靠设置于坡体中的土钉被动受力实现，此外，混凝土面层也起到了限制和约束基坑土体侧向变形的作用。
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2.2 基坑支护工程施工方案 土钉墙施工要与基坑开挖紧密配合，协调施工，分层开挖的每层深度均不得超过1m。基坑一旦开挖，就必须在15天内完成土钉和混凝土面板的施工，并且要在雨天对土坡和坡顶进行遮盖防雨。对土钉墙和灌浆锚杆做完抗拔试验后再进行施工[4][5]，并且确保抽检数量不小于1%同时不少于3根，抗拔（拉）力27KN/m。
根据场地地形，本工程的土钉墙支护在开挖时分三层进行，一二层均为2.6m，第三层为1.6-2.6m。当上层土钉墙支护達到一定强度后在对基坑下层进行开挖。
进场后首先开挖10m宽的土钉墙工作面，对其分为三步开挖，分别挖至室外地坪下-1.70m、-4.20m以及-6.20m。对于基坑中间的土方分两步开挖，即第一步土方摘帽挖至-3.0m，第二步土方挖至槽底，并且槽底预留30cm土方随挖随用人工清槽。
第一，开挖边坡。采用反铲挖土机进行开挖，为了确保土钉成孔机械钻机的工作面，除了预留20-30cm的人工修坡以及开挖至土钉孔位以下50cm外，还要确保10cm以上的开挖宽度。第二，边坡修整。为了确保喷射混凝土面层的平整性，除了采用人工清理外还需要对此工序采用挂线定位。对于土层含水量较大的边坡，为了便于排走喷射混凝土面层后的积水，在支护面层背部应当插入排水管包滤网（长度为400-600mm且直接不小于40mm），间距2m且外端伸出支护面层。第三，定位放线。采用长30cmΦ8的钢筋，由测量人员按照设计图纸将每一个土钉的位置放出来。第四，成孔。除了局部成孔采用人工洛阳铲外，其余均采用机械螺旋钻机。钻孔后要进行及时的清孔和检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土等现象，除了立即进行压浆处理外还要及时安装土钉钢筋和注浆。第五，土钉的制作和安放。在制作土钉的时候，按照设计一般采用长度为6m、8m以及12m的Φ80的钢筋。为了避免主筋偏离土钉中心，在钢筋上每隔2m就要焊接一个中支架。将注浆管和钢筋捆绑在一起放置钢筋，此外，还需要保证注浆管到孔底有0.5m左右的间距。第六，造浆和注浆。造浆采用搅拌机且严格控制其水灰比为W/C=0.5。注浆采用注浆泵，在拔导管的时候应当保证缓慢均匀，但是为了保证能够全部排出孔中的气体，应当始终保持出浆口位于孔中浆体表面之下。第七，挂网和锚头安装。采用插入土中的钢筋来固定钢筋网片，并且保证其与坡面的间隙为3-4cm但是不得小于3cm。绑扎的时候采用上下左右一根对一根搭接的方式，不仅要保证搭接长度不小于30cm，还要保证其不少于两点点焊；为了将钢筋网片焊接成一个整体，可以借助钢筋井字架和土钉外端弯钩来实现。第八，喷射混凝土。喷射混凝土的顺序可以根据底层情况采取先锚后喷或先喷后锚的方式。在喷射过程中，不仅要保证空压机风量不小于9m3/min以及喷头水压不小于0.15Mpa外，还应当保证气压处于0.2-0.5Mpa之间以及喷射距离控制在0.6-1.0m之间。对于混凝土的初凝和终凝时间，可以通过添加速凝剂将其控制于5-10min之间，此外，还应当保证喷射厚度不小于100mm。第九，养护。及时安排专人浇水养护浇注完的混凝土，且保证连续养护的时间不低于七天。
3 内力计算
3.1 基本参数 在本项目中，基坑深度为6.8m，基坑内外地下水深均为15.0m。基坑侧壁重要性系数、土钉荷载分项系数、土钉抗拉拉力分项系数以及整体抗滑分项系数分别为1.0、1.25、1.3和1.3。土钉拉力在滑面上产生的阻力折减系数、圆弧滑动坡底截止深度以及圆弧滑动坡底滑面步长分别为0.5、0.0m和1.0m。喷射混凝土的面层厚度为100mm，强度为C20。水平和竖向配筋均为Φ6@100，配筋计算和荷载分项系数分别为15mm和1.2。土钉墙计算宽度为7.0m，墙后地面倾角、墙背倾角以及土与墙背的摩擦角分别为0°、80°和10°。墙趾距离坡脚0.0m，墙底地基承载力为140kpa，土与墙底的摩擦系数、抗水平滑动安全系数以及抗倾覆安全系数分别为0.3、1.3和1.6。
3.2 计算结果 通过理正深基坑支护计算软件F-SPW计算可得如表4、5所示计算结果。
4 结语
本工程分三层来进行基坑的开挖支护。根据现场周围环境和地质条件，本工程的基坑边坡支护采用土钉墙方式的同时还加强了监测。虽然相应的工期由于受到雨季的影响从计划工期的27天延长到了30天，但是整体的基坑支护工况完好，不仅没有损害周围的建筑物、道路以及地下管线，同时也成功的解决了基坑边坡的强度和稳定性问题，因此，在保证施工安全的同时还具有很好的经济效益。通过计算，对支护体系的稳定性和变形进行了进一步的分析，由于各项安全系数均满足规范标准，从而达到了预期的效果。
参考文献：
[1]陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.
[2]胡建林.深基坑土钉支护中的几个问题[J].工业建筑，1999，29(4):49-52.
[3]孙义晓.小角度仰斜式复合土钉墙在基坑支护中的研究与应用[D].2005.
[4]杨亮.土钉支护抗拔研究[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2004，5(5):60-63.
[5]叶作楷，钟泳.正常工作条件下土钉与土层间的摩擦力研究[J].2002，30(8):84-86.
[6]张建龙，徐桂萍，刘树亚，甘继国.某工程土钉墙支护结构信息化施工[J].施工技术，2001，30（1）：28-29.