土钉支护关键技术在黄土地区建筑基坑工程中的应用

土钉支护关键技术在黄土地区建筑基坑工程中 的应用

雷永智

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065

摘要：对于黄土地区，当施工现场周边场地条件较好，采用放坡开挖的建筑基坑，当基坑深度超过一定范围时，边坡稳定性会极具降低，但降低坡率会使土方量大大增加，影响开挖效率。通过打设土钉对边坡进行支护，可以合理控制放坡开挖的坡率，同时便于施工，能合理的节约时间成本。

关键词：基坑支护；土钉；放坡开挖；黄土地区

伴随着整个城市快速发展的节奏，越来越多地下空间被开发利用，这就产生了与之相应的基坑工程。如何能够在保证安全的前提下，快速进行基坑开挖，施工主体结构，是整个工程的实现其经济效益的关键。根据以往工程经验的不断积累，人们创造出了多种基坑支护结构形式，但土钉支护因为其适应性广、施工快速且造价较低的特点，较为广泛地应用于建筑基坑工程领域，特别是对于深度较浅的放坡开挖基坑，合理的打设土钉，可以有效地改善整个边坡的稳定性，根据基坑深度，因地制宜的设置土钉的相关参数，充分发挥其对基坑侧壁土体的锚固效应，可以达到基坑工程安全性和经济性的最佳平衡点。本文以黄土地区某大型基坑工程为例，介绍了土钉支护设计的关键技术，为后续工程建设提供了较为实用的参考价值。

1 工程概况

本工程为西安市某公园综合房建项目基坑，主要用于地块内建筑基础、地下车库、地下廊道等地下结构的施工。基坑深度为5.7~10.4m，整个基坑尺寸约为263.6×177.8m，土方工程量较大。本项目所在区域尚处于开发阶段，暂时未实现整体规划，周边较为空旷，因此现场施工条件较好。

2 场地工程地质与水文地质

2.1工程地质

据钻探揭露，场地地层主要由人工填土（Q₄^ml）、第四系全新统冲洪积（Q₄^al+pl）中粗砂、粉质粘土和圆砾，上更新统冲洪积（Q₃^al+pl）粉质粘土、中砂和中更新统冲洪积（Q₂^al+pl） 粉质粘土、中砂等构成。

根据基础埋深及场地地层，基坑侧壁土主要由①层填土、②层黄土状土和③层中粗砂构成，基坑支护应由具有相应资质单位专门设计，基坑支护设计所需岩土参数建议如下：

①层填土 C=0kPa，φ=10.0°， r=17.0kN/m3

②层黄土状土 C=30kPa，φ=22.0°， r=17.0kN/m3

③层中粗砂 C=0kPa，φ=32.0°， r=22.0kN/m3

2.2水文地质

本工程所在地的地下水的稳定水位埋深约 18m，相应的高程为 359m 附近。地下水主要赋存于全新统、上更新统的砂土和粉质粘土地层，属孔隙型潜水。主要受大气降水和河流侧向径流补给，以蒸发、径流排泄为主。据地区水文资料，区域地下水位变化幅度为1.0m~3.0m，勘察期间属平水位期。

3 基坑支护方案分析

3.1方案可行性分析

1. 本工程周边场地空旷，允许大面积土方开挖施工，同时基坑范围较大，基坑内部的土方运输路径基本不受限制，综合考虑，放坡开挖方案可兼顾施工速度快、土方运输方便、无需施工机械设备等优势，能最大限度的节约成本和工期；

2. 根据工程地质和水文地质条件，基坑深度范围内主要分布为填土、黄土状土、中粗砂等，且地下水位埋深较深，土钉施工的可实施性较好。

3.2土钉支护详细方案

根据基坑不同区域的深度情况，对整个基坑支护进行分段设计，详情如下

项目	基坑深度(m)	支护形式	支护参数
地块建筑	5.7	放坡+土钉	一级坡，坡比1:0.75，坡面打设一道6m长钢筋土钉
地下车库	8.39	放坡+土钉	两级坡，第二级坡高5.0m，坡比1:075，第一级坡高3.39m，坡比1:1，坡面打设四道6m长钢花管土钉
地下连廊	10.4	放坡+土钉	两级坡，第二级坡高5.5m，坡比1:1，第一级坡高5.0m，坡比1:1，坡面打设六道6m长钢花管土钉

1. 地块建筑基坑深度5.7m，地层主要为黄土状土，采用一级放坡，坡比1:0.75，设置一道钢筋土钉，土钉长度6m。

图1 深度5.7m基坑土钉布置图

2. 地下车库基坑深度8.39m，地层主要为黄土状土和中砂，为保证稳定性，采用二级放坡，第一级坡高3.39m，坡比1:1，第二级坡比1:0.75，设置四道钢管土钉，土钉长度6m。

图2 深度8.39m基坑土钉布置图

3. 地下连廊基坑深度10.4m，地层主要为黄土状土和圆砾，采用二级放坡，第一级坡高5m，坡比1:1，第二级坡比1:1，设置六道土钉，土钉长度6m。

图3 深度10.4m基坑土钉布置图

（4）坡面同时设置挂网喷射混凝土进行硬化处理，钢筋网片为φ8@200X200mm，混凝土采用C20，干法喷射施工。

4.土钉施工关键技术要求

（1）土钉施工应与土方开挖紧密配合，超挖深度不得大于 0.5m。上层土钉注浆体及混凝土面层强度达到 100%后方可进行下一工况开挖。

（2）对于非砂性土地层，土钉可采用人工洛阳铲成孔或机械成孔；砂性土层成孔困难时时，可采用钢花管土钉，钢管内进行注浆填充。

（3）土钉成孔遇到不明障碍物或地下管线时，严禁强行穿越，应适当调整土钉位置和成孔角度，土钉打设角度宜控制在10°~20°之间。

（4）土钉需进行除锈处理，外端通过焊接“L”形头筋，与相邻的两根水平加强筋焊接，进而与钢筋网片连接。

（5）当地层较差时，在坡脚砸入短钢筋或钢管，应先进行超前支护，以保证边坡稳定。

（6）挂网喷射混凝土随土钉分层施工，逐层设置。

（7）钢筋网焊接连接可采用单面焊，焊缝长度不应小于 10 倍钢筋直径。

（8）面层喷射混凝土强度等级可根据基坑使用时间确定，配合比应通过试验确定。

（9）干法喷射时，水泥与砂石的质量比宜为 1:4~1:4.5，水灰比宜为 0.4~0.45，砂率宜为0.4~0.5，粗骨料的粒径不宜大于 8mm，适当采用外加剂来调节需要的早强时间。

（10）喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离保持在 0.8m~1.5m。作业面的喷射顺序为自下而上，从开挖层底部向上施喷。

5 结论

土钉支护技术因其快速灵活、便于施工、经济适用已经在基坑工程中有了较为广泛的应用，对于土钉支护设计需要因地制宜，根据现场实际条件和地质情况，合理选型。

（1）对于深度在10m之内的黄土地区建筑基坑，在无地下水或水位埋深较，采用放坡结合土钉支护的方式是较为合理的，能够兼顾安全性和经济性，且施工周期较短。

（2）土钉打设角度、土钉长度和间距应与放坡坡率相结合，通过计算选取合理参数，基坑深度较大时，可以进行多级放坡，各级放坡的坡率宜根据稳定性计算确定。

（3）非砂性土地层，土钉可采用人工洛阳铲成孔或机械成孔，采用钢筋土钉可降低造价。当土钉位于砂性土层时，若成孔困难时，可采用直接打设钢花管土钉，钢管内进行注浆填充。根据承载力和施工质量控制等因素，土钉直径宜控制在50mm~120mm之间。

（4）对于土钉支护，需合理设置截、排水系统，保证基坑在使用阶段排水顺畅，利于整个边坡的稳定。

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