探析深基坑复合土钉墙支护
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作者: 林育斌
摘 要：在实际工程中，复合土钉墙的各项技术可根据工程需要进行灵活的有机结合，形式多样，复合土钉墙是一项技术先进、施工简便、经济合理、综合性能突出的基坑支护技术。
关键词：基坑；复合土钉墙
一 工程概况
（一）工程情况概述
某综合楼工程，建筑物占地面积约1600m2，地上16层，地下3层。基坑开挖深度约为13m。
本工程在勘察期间钻孔深度范围部分勘查孔见地下水，为局部上层滞水，埋深2.9～5.0m，其余钻孔30m内未见地下水。有据可查的历史最高水位接近地表，近3～5年水位埋深约25m。故本工程可不考虑降水。
由于建设方急于在年底前结构封顶，而开槽日期已经为5月初，根据工程进度安排，留给土方开挖及边坡支护的时间仅为一个月。
由于资金方面的问题，建设方要求护坡工程在保证安全的前提下，尽量降低工程造价。
（二）支护方案分析
根据以上情况进行分析：若采取常规的放坡开挖，由于基坑深，紧邻建筑物及道路，基坑的稳定安全性将难以保障，且放坡后上口开挖线将超出施工红线，同时按此方案存在土方回填量较大的问题，不适合本工程施工，因此该方案被排除； 若采用土钉墙结合排桩施工，则基坑支护工期大大延长，总体进度计划将受到影响，且造价较高，不符合建设方意图；经过方案对比优化分析，结合本工程的实际情况，本基坑支护采取土钉墙+预应力土层锚杆喷锚支护，喷锚的护坡面作为地下室外墙的外侧模板，选择此种方式进行基坑支护，可边开挖边支护，不影响工程进度，且无回填量，同时也大大降低了施工成本，缩短了施工工期。
（三）施工难点
1.本工程基坑深约13m，属深基坑，基坑支护方式和支护结构应科学、经济，严防坍塌、流砂，确保边坡安全，并有效限制边坡位移。
2.工程地质条件较复杂，场地自然地面下约5m的位置出现几十公分至2m左右厚度不均的河道淤泥粘土层，土质条件特别差，局部含水量较大，施工难度大。
3.现场东侧紧邻三环辅路，南侧为一座营业的加油站，周边地下障碍物、地下管线分布复杂且不明确，给支护施工带来一定难度；西侧为一已开挖基坑，深度约10.0m，如何处理并保证相邻基坑中间的孤立土体安全稳定成为一个难题。
4.工程对环境保护要求高，施工中应严格控制噪音、扬尘、振动、遗洒、废弃物等有害环境要素，最大限度减少污染。
二 基坑围护方案
针对基坑支护的功能特点，结合本工程的实际情况，主要考虑对河道淤积粘土层进行土体加固，控制土层滑移。加固范围为开挖面四周。通过土体加固，一方面使被加固土体的渗透系数降低，保证土体的抗渗性能；一方面使被加固土体的强度达到1MPa以上，保证土体的直立性和强度，尽可能有效控制该层软粘土的塑性变形。根据主体设计思想，边坡主要采用土钉墙作为基坑的支护形式，土钉（锚杆）沿深度方向布置9排，采用梅花型布置；锚孔内采用二次压浆的注浆方式，待浆体达到强度后，锚头压设16号槽钢作为腰梁，人工锁定。
三 复合土钉墙支护施工
（一）土钉墙施工
根据设计图纸，确定基坑开挖边线，用木桩和白灰作出开挖线标记。
分九次开挖，每次挖至土钉（锚杆）标高下60～70厘米左右。边开挖边支护，分层开挖，分层支护，挖完亦支护完。土方开挖必须和支护施工密切配合，前一层土钉完成注浆1天以上方可进行下一层边坡面的开挖。开挖时铲头不得撞击网壁和钉头，开挖进程和土钉墙施工形成循环作业。
要求坡面修理平整，确保喷射砼质量。
锚筋设计长度包括弯钩长度，弯钩长为20cm；弯钩处采用冷弯，与锚筋成90°；锚筋沿长度方向每隔2m用 6.5钢筋焊一个三角形托架，使土钉居于锚孔中心；放线定孔位，人工洛阳铲成孔至设计深度。
将 Φ6.5钢筋拉直，钢筋网片按照设计之间距绑扎。土钉成孔后，端部用中Φ16螺纹联系筋、井字加强筋焊接压在钢筋网上，使钢筋网片、土钉连成整体。土钉与加强筋、联系筋之间均焊接联接，焊缝长度符合规范要求。钢筋网编扎接长度及相临搭接接头错开长度符合规范要求，在不能满足规范要求的，必须用电焊焊接牢固。
土方开挖、修坡之后，钢筋网编焊完成后，进行混凝土喷射，一次喷射总厚度≥100mm，石子粒径5～10mm，最大粒径<12mm，专用喷射混凝土
速凝剂掺入量不小于5%。喷射砼在每一层、每一段之间的施工搭接之前，将搭接处泥土等杂质清除，确保喷射砼搭接良好，保证喷射砼质量，不发生渗漏水现象。
在面层喷射砼达到一定强度时才能注浆。对于土钉注浆，注浆前将注浆管插入土钉底部，从土钉底部注浆，边注浆边拔注浆管，再到口部压力灌浆。水泥浆按照设计拌制，搅拌充分，并用细筛网过滤，然后通过挤压泵注浆。
（二）锚杆施工
1.施工工艺。锚孔主要穿越河道淤泥粘土层及粉细沙地层，在该类土层中可使用干作业成孔工艺，由于成孔深度不大，可采用人工洛阳铲（加大直径）成孔：挖土机铺设人工成孔施工作业面一放线定位一校正位置及角度一掏孔至设计深度一插送钢筋一压灌水泥浆一养护一加工腰梁一装锚具一张拉一锁定。
2.锚杆成孔、杆体制作。（1）锚杆施工根据设计倾角进行调整定准孔位后方可成孔，锚杆水平方向孔距误差不大于50mm，垂直方向孔距误差不大于100mm。（2）锚杆孔深不小于设计长度，不宜大于设计长度的1%。（3）锚杆杆体制作前对进场材料进行复检。合格后方可使用，杆体制作应在现场平坦、坚实地面进行。（4）根据设计杆体长度下料，下料尺寸误差不大于10cm。下好的锚杆杆体顺直排列，沿杆体轴线方向每2.00m设置一个隔离架。非锚固段套软塑料管，两端用铅丝扎紧并密封。（5）杆体安放前，把注浆管（6'塑料管）插入隔离架中心孔距孔底30～50cm，然后下入杆体，中途遇阻时，可适当调整提动杆体再重新下入。如处理无效时，应将杆体提出孔外，重新清孔。 3.注浆。（1）注浆是锚杆施工的一道重要工序，直接决定锚杆的质量，本次锚杆施工进行二次常压注浆，直至注满锚孔，孔口返出水泥浆为止。（2）注浆材料选用水灰比为0.40～0.50的纯水泥浆，用P032.5#水泥加水搅拌而成，施工前必须对进场材料进行原材试验，合格后方可使用。选用BW一250注浆泵进行注浆。（3）浆液要搅拌均匀且搅拌时间不小于2分钟，浆液随用随搅，不得有灰水离析现象，浆液应在初凝前用完，严防石块、杂物混入浆液。（4）注浆作业开始和中途停止较长时间，再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及注浆管路。（5）指定专人作好锚杆施工的详细记录。
4.腰梁设置、锚杆锁定。（1）为保证护坡面平整度，预应力锚杆施工的锚头部位采用挖槽埋设的方式，即在坡面上挖设沟槽，将腰梁（16#槽钢）埋入槽内，槽钢上按锚杆间距留出小孔，使钢筋从小孔穿出。待面层锚喷结束后将露在外面的锚头割掉，从而使整个面层保持良好的平整度。本工序施工时，既要保证腰梁的作用性能不变，又要保证在挖设沟槽时面层土方不坍塌，所以在实际施工时采用了面层喷淋水泥浆，预防面层土体散落，同时分段挖设，及时埋梁的一系列办法，有效地解决了暗埋腰梁的问题。（2）锚杆养护时间大致为3天，但不少于3天。锚固体养护期间不得受扰动。锚杆主筋端部焊接螺纹锚具，锚具为1孔锚头和1Omm厚钢板。待养护期达到要求后，采用人工扳手拧紧锁定。
四 基坑监测
信息化施工是基坑支护的一个新特点，为了确保基坑安全，不影响周围建筑物，要求随时掌握开挖及支护施工整个过程中边坡的动态变化，因此必须在支护施工过程中实施信息化施工。并把获得的信息通过修改设计反馈到施工工作中去，以指导施工。本基坑按一级基坑要求，测量内容以位移和沉降为主，数据如下：
1.基坑边坡的监测：沿基坑周边布置水平位移观测点和沉降观测点，每隔20～30米布置l点。其中东侧边坡最大水平位移值为20mm，最大沉降值为5.2mm。北侧边坡最大水平位移值为13mm，最大沉降值为4mm。位移及沉降量在土钉墙施工完成3天便趋于稳定。
2.基坑西侧中段独立土体的监测： 由于基坑西侧中段河道淤泥粘土层厚度大，局部超过1.5m，且含水量较大，在2004年4月28日晚基坑土方下挖后，于29日晨发现该段边坡上方土体出现一道长约27m，宽约2～10mm的裂缝。紧急处理后，经过连续三天的观测，发现该处裂缝已不再扩大，趋于稳定。
由于该处边坡上存有一道管线外砖墙，砖墙外侧上部有一道毛石围墙，墙体较厚，土钉无法成孔施工，故该段场地自然地面上约4m的范围内无法做支护对西侧土体进行加强，加之上部土体为新近回填土，土质松散，所以随基坑下挖，土体发生变形，形成裂缝。为此，我方采取以下措施进行处理：
（1）请总包协调将西侧边坡上毛石围墙拆除掉，对围墙外土体进行放坡（坡比大于l∶0.5），并根据放坡程度对坡面进行支护处理；（2）在下部砖墙中间位置做一排人工预应力土钉，土钉长度为6m，间距为1.2m，土钉上槽钢。经上述加强措施处理后，基坑西侧该段边坡最大终水平位移值为8mm，最大沉降值为3mm。
五 结语
复合土钉墙成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，施工周期短，与挖土同时进行，很少占独立工期，且成本低。根据基坑监测数据分析，由预应力锚杆结合土钉墙应用的复合型土钉支护在此工程中的位移变形较小，为坑内施工提供了安全的保障，是一种成功的基坑围护体系。
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