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摘 要：土钉墙由密集的土钉群、被加固的原位土体，喷射的混凝土面层和必要的防水系统组成。土钉是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。本文介绍了土钉墙在建筑深基坑的应用,探讨了施工过程需要注意的一些问题,提出了有效的施工管理办法，以供参考。
关键词：深基坑；土钉墙；应用
Abstract：Soil nailing wall is formed by dense soil nailing cluster, reinforced by soil body in situ, sprayed concrete surface layer and the necessary waterproof system. Soil nailing is used to reinforce or anchor soil in situ long and thin rods. This paper introduces the application of soil nailing wall in deep foundation pit construction, explores the problems needed to pay attention in the construction process, puts forward the effective approaches for construction management. The paper is for referring.
Keywords：deep foundation pit；soil nail wall；application
中图分类号：B032.2 文献标识码： A 文章编号：
一、土钉墙支护的特点
土钉墙支护法，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系一部分。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层间产生“嵌固效应”，并随开挖逐步形成全封闭支护系统;喷层与嵌固层同具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。土钉的特殊控压注浆可使被加固介质物理力学性能大为改善并使之成为一种新地质体，其内固段深固于滑移面之外的土体内部，其外固端同喷网面层联为-体，可把边壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除。钢筋网可使喷层具有更好的整体性和柔性，能有效地调整喷层与土钉内应力分布。
二、深基坑土钉墙施工
土钉墙加固与传统的护坡和挡土墙支撑机理不一样，土钉墙在边坡的一定范围内形成了一个加固区，由于很密的土钉锚杆的作用，滑移面不可能出现在加固区，只能产生于非加固区，从而使滑移面远离边坡，达到稳定边坡的目的，加固区的整体稳定，包括加固区抗倾覆与抗滑移问题，用增加加固区的宽度和底排土锚杆打成向下倾斜穿过滑移面等措施来解决，土钉墙通过下述几个方面的综合作用使边坡周边土体形成加固区。
2.1 锚固作用
密布的锚杆与砂浆柱体相结合对周围土体产生有效的锚固作用， 限制了砂浆柱体周围的土体变形。①土钉不需要施加预应力，而是在土体发生变形后使其承受拉力工作；②土钉支护在边坡中比较密集， 起到了加筋的作用， 提高了土的強度， 为被动受力机制。 由于土钉在全长范围内与土体接触， 其荷载传递沿整个土体进行。
2.2 土钉浆孔对土体的挤密作用
由于土钉锚杆的密度比较大， 挤密作用的影响也较大， 使加固区的土体比非加固区土体密度大。密集的土钉与土钉之间土形成复合土体， 其结构类似重力式挡土墙， 个别土钉的破坏不会使整个结构的功能完全丧失。
2.3 护坡作用
土钉墙的面层不是主要受力结构，其主要作用在于保持土体的局部稳定性。在公路边坡治理中， 土钉墙的面层还起到防止冲刷、 防止雨水渗入坡体影响边坡稳定性的重要作用。
2.4 土钉受力及规模
一般锚杆长度在 15～45m 之间， 直径较大， 锚杆所承受的荷载可达 400kN 以上， 某些预应力锚索设计荷载更可达 3000kN。其端部的构造较土钉复杂，以防止面层冲切破坏；而土钉长度一般为 3～10m， 浆体直径 100 mm 左右， 一般不提供很大的承载力。单根土钉受荷一般在 100kN 以下，面层结构较简单， 利用小尺寸垫板及挂网喷射混凝土即可满足要求。
三、工程设计分析
2.1 工程概况
某工程深基坑, 沉池基底标高为 -19.9m, 上开口尺寸为 40m×44m,下开口尺寸为 26m×24m。 冲渣沟基坑开挖深度为(-10.1)m×(-13.55)m,上口宽 14m,下口宽 4.4m,长度约 89m。由于场地有限,不能进行放坡开挖,故拟采用有支护系统的开挖方式进行深基坑设计和施工。该场地原始地形起伏较大,高程在 +25m~+10m 之间,土层分布由上至下分别为素填土(1m～2.5m 厚)、 粉质粘土(2m～2.5m 厚)、 泥质砂岩(4m～7m 厚)。 该场地属于长江阶地及阶地坳沟地貌。 地下水类型为上层滞水(阶地区)和潜水(阶地坳沟区),地下水位埋深 -2.2m~-2.9m。
2.2 土钉墙支护实施
2.2.1 施工工艺
该深基坑支护工程的主要施工工艺流程: 土钉制作→置土钉→第一次拌浆→扎钢筋网片→喷第一次混凝土面层→第二次伴浆→喷第二次混凝土面层。
土钉墙的主要特点是边开挖边支护,而不象其他的支护方式是预先进行支护结构的施工。这样可以大大节省工期,加快进度。土钉墙采用二次喷浆的方式保证土钉结构的整体性、面层的强度和防渗性能。
2.2.2 支护施工注意的问题
开挖与修坡： 土方的开挖采用机械作业,施工中应注意尽量少扰动坡壁的原土层,一次开挖深度根据设计的土钉垂直距离、 地质条件以及施工机械的作业能力等综合条件来确定,开挖后,用人工及时修整。初喷混凝土： 边坡修整后,立即喷射第一层混凝土,其厚度根据设计要求为 50mm~80mm。
土钉施工： 每一层土钉施工按成孔、 注浆、 编钢筋网、 二次喷浆的工作流程进行。首先用钻机成孔,注意减少土体的扰动和钻进过程中未明物体的阻挡。按设计规定的孔径、 孔距及倾角成孔。成孔后及时将土钉(连同注浆管)送入孔中,沿土钉长度每隔 2m 设置一对中支架。注浆时先高速低压从孔底注浆,当水泥浆从孔口溢出后,再低速高压从孔口注浆。其次是编钢筋网,焊接土钉头。层与层之间的竖筋用对钩连接,竖筋与横筋之间用扎丝固定,土钉与垫板施焊。 最后是按设计要求喷射第二层混凝土。这样一层土钉墙就施工完毕,继续开挖第二层土方,按此循环直至坑底标高。
2.3 土钉墙施工控制
在连铸工程中,土方开挖由另一家单位施工,因此与支护施工如何协调非常关键。避免出现超挖或支护跟不上的情况,如果做不到先撑后挖,稍有疏忽就会出事。实际条件根据现场部分杂填土、大量砂质泥岩及施工区域狭小的情况,采用挖掘机、凿岩机施工,开设出土坡道口,机械倒运、出土。根据支护每一层的施工周期、机械的作业范围,组织开挖。每一次开挖深度严格控制在 2m 范围以内,要求基底平整,以便与支护机械水平作业。
对施工区域有影响的管道、 构建物的资料必须收集齐全,提前编制保护或清除方案。 保证施工作业过程中不出现由于地下管道、 构建物的问题而引发的工程事故或误工。施工过程中出现了由于总包提供的资料不全,原出土方案中出土口位置有地下生产管道,出土口必须另设,结果增大了施工成本和难度。
土钉墙支护施工中成孔是关键。目前国内土层锚杆专用机械基础是由钻机改装的,XU-300 型、600 型K舳75A电动岩石机。施工中应根据施工进度的要求,调整施工设备的数量及作业时间,确保工程进度。从钻孔的特点来分,又有干钻和湿钻之分,干钻主要适用于岩层、 砂土层,施工速度较慢;湿钻主要适用于粘土层,施工速度较快。在该基坑支护工程施工中,由于地形起伏较大,因此两种方式均有使用,效果也较理想。但是对杂填土层,由于较松散,孔隙较多,湿钻成孔质量很难保证,容易出现塌孔,后来采用干钻成孔,质量基本能满足施工要求。
土钉的制作与安装是保证土钉正常有效工作的关键之一。土钉的制作应严格按图纸设计、 施工规范要求验收,分批验收合格后才可以安装。 土钉安装过程设专人验收,合格后方可进行下道工序,这样可以避免出现偷工减料,达不到设计要求。 土钉的安装要及时、 合理,以防成孔后,不立即安装,这样容易出现塌孔的现象,影响质量和进度。同时加强对现场材料的管理、 控制,支护施工完成后,通过现场确认工程量进行工料分析,与实际使用材料相比较,误差基本控制在 5%以内。
注浆的质量控制也是保证土钉能正常工作的必要环节。在施工中,第一次注浆采用水泥砂浆,配比为水泥:砂:水 =1:0.5:0.45,注漿压力为 0.2Mpa~0.5MPa。在第一次注浆结束后 2h 进行第二次注浆。第二次注浆选用纯水泥浆, 配合比为水泥: 水 =1:0.45, 注浆压力为1.5Mpa~2.0MPa,使浆液冲破封口薄膜及初凝砂浆,浆液注入到砂浆和土体之间,达到控制压力 1min~2min 即可结束注浆。施工中必须设专人监测注浆及压力表数值,并签字确认,才能确保注浆质量。钢筋混凝土面层施工要严格按图纸设计、 施工规范要求验收,要求边坡平整,喷射厚度均匀,可通过定点抽查混凝土层厚度来提高质量。面层施工完后须上层土钉注浆体及混凝土面层达到设计强度的70%后,方可进行下层土方开挖,切忌提前开挖。待上层混凝土面层强度达到 70%后,按要求将土钉与垫板进行固定,使土钉与混凝土面层、土体形成一个整体,提高整体稳定性的效果。
3.结束语
总之，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比， 其造价低， 施工方便。 因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。
参考文献：
[1]YB9258-97， 建筑基坑工程技术规范[S]．
[2]曾宪民， 李世丁， 王作民．土钉支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社， 2002．
[3]牛武功.土钉墙在深基坑支护中的应用[J].山西建筑,2006,32(13):100-101.
关键词：深基坑；土钉墙；应用
Abstract：Soil nailing wall is formed by dense soil nailing cluster, reinforced by soil body in situ, sprayed concrete surface layer and the necessary waterproof system. Soil nailing is used to reinforce or anchor soil in situ long and thin rods. This paper introduces the application of soil nailing wall in deep foundation pit construction, explores the problems needed to pay attention in the construction process, puts forward the effective approaches for construction management. The paper is for referring.
Keywords：deep foundation pit；soil nail wall；application
中图分类号：B032.2 文献标识码： A 文章编号：
一、土钉墙支护的特点
土钉墙支护法，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系一部分。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层间产生“嵌固效应”，并随开挖逐步形成全封闭支护系统;喷层与嵌固层同具有保护和加固表层土，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。土钉的特殊控压注浆可使被加固介质物理力学性能大为改善并使之成为一种新地质体，其内固段深固于滑移面之外的土体内部，其外固端同喷网面层联为-体，可把边壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除。钢筋网可使喷层具有更好的整体性和柔性，能有效地调整喷层与土钉内应力分布。
二、深基坑土钉墙施工
土钉墙加固与传统的护坡和挡土墙支撑机理不一样，土钉墙在边坡的一定范围内形成了一个加固区，由于很密的土钉锚杆的作用，滑移面不可能出现在加固区，只能产生于非加固区，从而使滑移面远离边坡，达到稳定边坡的目的，加固区的整体稳定，包括加固区抗倾覆与抗滑移问题，用增加加固区的宽度和底排土锚杆打成向下倾斜穿过滑移面等措施来解决，土钉墙通过下述几个方面的综合作用使边坡周边土体形成加固区。
2.1 锚固作用
密布的锚杆与砂浆柱体相结合对周围土体产生有效的锚固作用， 限制了砂浆柱体周围的土体变形。①土钉不需要施加预应力，而是在土体发生变形后使其承受拉力工作；②土钉支护在边坡中比较密集， 起到了加筋的作用， 提高了土的強度， 为被动受力机制。 由于土钉在全长范围内与土体接触， 其荷载传递沿整个土体进行。
2.2 土钉浆孔对土体的挤密作用
由于土钉锚杆的密度比较大， 挤密作用的影响也较大， 使加固区的土体比非加固区土体密度大。密集的土钉与土钉之间土形成复合土体， 其结构类似重力式挡土墙， 个别土钉的破坏不会使整个结构的功能完全丧失。
2.3 护坡作用
土钉墙的面层不是主要受力结构，其主要作用在于保持土体的局部稳定性。在公路边坡治理中， 土钉墙的面层还起到防止冲刷、 防止雨水渗入坡体影响边坡稳定性的重要作用。
2.4 土钉受力及规模
一般锚杆长度在 15～45m 之间， 直径较大， 锚杆所承受的荷载可达 400kN 以上， 某些预应力锚索设计荷载更可达 3000kN。其端部的构造较土钉复杂，以防止面层冲切破坏；而土钉长度一般为 3～10m， 浆体直径 100 mm 左右， 一般不提供很大的承载力。单根土钉受荷一般在 100kN 以下，面层结构较简单， 利用小尺寸垫板及挂网喷射混凝土即可满足要求。
三、工程设计分析
2.1 工程概况
某工程深基坑, 沉池基底标高为 -19.9m, 上开口尺寸为 40m×44m,下开口尺寸为 26m×24m。 冲渣沟基坑开挖深度为(-10.1)m×(-13.55)m,上口宽 14m,下口宽 4.4m,长度约 89m。由于场地有限,不能进行放坡开挖,故拟采用有支护系统的开挖方式进行深基坑设计和施工。该场地原始地形起伏较大,高程在 +25m~+10m 之间,土层分布由上至下分别为素填土(1m～2.5m 厚)、 粉质粘土(2m～2.5m 厚)、 泥质砂岩(4m～7m 厚)。 该场地属于长江阶地及阶地坳沟地貌。 地下水类型为上层滞水(阶地区)和潜水(阶地坳沟区),地下水位埋深 -2.2m~-2.9m。
2.2 土钉墙支护实施
2.2.1 施工工艺
该深基坑支护工程的主要施工工艺流程: 土钉制作→置土钉→第一次拌浆→扎钢筋网片→喷第一次混凝土面层→第二次伴浆→喷第二次混凝土面层。
土钉墙的主要特点是边开挖边支护,而不象其他的支护方式是预先进行支护结构的施工。这样可以大大节省工期,加快进度。土钉墙采用二次喷浆的方式保证土钉结构的整体性、面层的强度和防渗性能。
2.2.2 支护施工注意的问题
开挖与修坡： 土方的开挖采用机械作业,施工中应注意尽量少扰动坡壁的原土层,一次开挖深度根据设计的土钉垂直距离、 地质条件以及施工机械的作业能力等综合条件来确定,开挖后,用人工及时修整。初喷混凝土： 边坡修整后,立即喷射第一层混凝土,其厚度根据设计要求为 50mm~80mm。
土钉施工： 每一层土钉施工按成孔、 注浆、 编钢筋网、 二次喷浆的工作流程进行。首先用钻机成孔,注意减少土体的扰动和钻进过程中未明物体的阻挡。按设计规定的孔径、 孔距及倾角成孔。成孔后及时将土钉(连同注浆管)送入孔中,沿土钉长度每隔 2m 设置一对中支架。注浆时先高速低压从孔底注浆,当水泥浆从孔口溢出后,再低速高压从孔口注浆。其次是编钢筋网,焊接土钉头。层与层之间的竖筋用对钩连接,竖筋与横筋之间用扎丝固定,土钉与垫板施焊。 最后是按设计要求喷射第二层混凝土。这样一层土钉墙就施工完毕,继续开挖第二层土方,按此循环直至坑底标高。
2.3 土钉墙施工控制
在连铸工程中,土方开挖由另一家单位施工,因此与支护施工如何协调非常关键。避免出现超挖或支护跟不上的情况,如果做不到先撑后挖,稍有疏忽就会出事。实际条件根据现场部分杂填土、大量砂质泥岩及施工区域狭小的情况,采用挖掘机、凿岩机施工,开设出土坡道口,机械倒运、出土。根据支护每一层的施工周期、机械的作业范围,组织开挖。每一次开挖深度严格控制在 2m 范围以内,要求基底平整,以便与支护机械水平作业。
对施工区域有影响的管道、 构建物的资料必须收集齐全,提前编制保护或清除方案。 保证施工作业过程中不出现由于地下管道、 构建物的问题而引发的工程事故或误工。施工过程中出现了由于总包提供的资料不全,原出土方案中出土口位置有地下生产管道,出土口必须另设,结果增大了施工成本和难度。
土钉墙支护施工中成孔是关键。目前国内土层锚杆专用机械基础是由钻机改装的,XU-300 型、600 型K舳75A电动岩石机。施工中应根据施工进度的要求,调整施工设备的数量及作业时间,确保工程进度。从钻孔的特点来分,又有干钻和湿钻之分,干钻主要适用于岩层、 砂土层,施工速度较慢;湿钻主要适用于粘土层,施工速度较快。在该基坑支护工程施工中,由于地形起伏较大,因此两种方式均有使用,效果也较理想。但是对杂填土层,由于较松散,孔隙较多,湿钻成孔质量很难保证,容易出现塌孔,后来采用干钻成孔,质量基本能满足施工要求。
土钉的制作与安装是保证土钉正常有效工作的关键之一。土钉的制作应严格按图纸设计、 施工规范要求验收,分批验收合格后才可以安装。 土钉安装过程设专人验收,合格后方可进行下道工序,这样可以避免出现偷工减料,达不到设计要求。 土钉的安装要及时、 合理,以防成孔后,不立即安装,这样容易出现塌孔的现象,影响质量和进度。同时加强对现场材料的管理、 控制,支护施工完成后,通过现场确认工程量进行工料分析,与实际使用材料相比较,误差基本控制在 5%以内。
注浆的质量控制也是保证土钉能正常工作的必要环节。在施工中,第一次注浆采用水泥砂浆,配比为水泥:砂:水 =1:0.5:0.45,注漿压力为 0.2Mpa~0.5MPa。在第一次注浆结束后 2h 进行第二次注浆。第二次注浆选用纯水泥浆, 配合比为水泥: 水 =1:0.45, 注浆压力为1.5Mpa~2.0MPa,使浆液冲破封口薄膜及初凝砂浆,浆液注入到砂浆和土体之间,达到控制压力 1min~2min 即可结束注浆。施工中必须设专人监测注浆及压力表数值,并签字确认,才能确保注浆质量。钢筋混凝土面层施工要严格按图纸设计、 施工规范要求验收,要求边坡平整,喷射厚度均匀,可通过定点抽查混凝土层厚度来提高质量。面层施工完后须上层土钉注浆体及混凝土面层达到设计强度的70%后,方可进行下层土方开挖,切忌提前开挖。待上层混凝土面层强度达到 70%后,按要求将土钉与垫板进行固定,使土钉与混凝土面层、土体形成一个整体,提高整体稳定性的效果。
3.结束语
总之，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比， 其造价低， 施工方便。 因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。
参考文献：
[1]YB9258-97， 建筑基坑工程技术规范[S]．
[2]曾宪民， 李世丁， 王作民．土钉支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社， 2002．
[3]牛武功.土钉墙在深基坑支护中的应用[J].山西建筑,2006,32(13):100-101.