复合土钉墙支护技术在深基坑中的应用

复合土钉墙支护技术在深基坑中的应用

李兴露,殷文文,杨忠福,惠帅帅

中建三局集团西北有限公司新疆分公司  831400

摘要：复合土钉墙支护技术是一种根据不同场地和地质条件因地制宜的柔性组合支护技术。它在国内外得到了广泛的应用。将土钉墙与相应的结构相结合，可以保证基坑的安全，满足工程应用的需要。本文就复合土钉墙支护技术在深基坑施工中的应用进行详细探讨。

关键词:复合土钉墙；深基坑；支护

1.复合土钉墙支护技术概述

说到复合土钉，首先要说的是“土钉”。土钉支护是将细长杆嵌入土中并紧密布置，土钉是一种常用的加固方法。在土钉墙技术中，“土钉”的作用是将土钉与土壤结合形成类似混凝土的复合结构。由于土钉的强度和刚度较强，可以防止将其插入土壤时土壤的移动，从而有效地防止遏制失稳，这就是土钉技术的本质。这表明土钉技术不是一种简单的墙，它是一种不同于挡土墙的技术，可以比挡土墙起到更大的保护作用。

锚杆是一种新型承重构件，其一端与建筑物或边坡防护桩墙连接；另一端锚定在基础的土层或岩层上，以抵抗结构的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，并通过地层的锚定力保持结构的稳定性。预应力锚索是一种预应力锚杆。其受拉构件为钢绞线，通过预张力主动支撑加固建筑物。当锚固段中的杆受压时，钢筋与周围水泥砂浆之间的夹紧力首先传递到砂浆，然后通过砂浆传递到周围土壤。随着张力的增加，当锚固区产生最大粘着力时，会产生与土壤的相对位移，然后产生与杆的摩擦阻力，直到达到最终摩擦阻力。近年来，我国城市深基坑开挖施工日益增多，周围环境条件也相对复杂。支护桩或锚固工程完成后，由于基础工程的需要，需要进一步加固，因此此时无法调整支护方案。合理增加锚杆的弯曲量可以有效地解决这些问题，采用预应力锚杆是一种可行的方法。

2.复合土钉墙支护技术现状

复合土钉墙支护技术在地基中的作用机理十分复杂，目前尚无明确的理论研究。然而，基坑开挖工程是一项高度系统的工程，影响因素众多。在设计中，通常参考常规土钉支护计算，其安全储备过高，造成大量资源浪费。此外，由于对其工作机理缺乏了解，在设计中往往采用工程类比法，无法充分把握实际支护过程中的不确定性，导致许多事故。缺点总结如下：

（1）在设计中，一般采用极限平衡法，只考虑危险滑动面，过多关注重力平衡，对基坑开挖变形关注较少。随着深基坑工程的发展，周围环境越来越复杂。因此，控制其变形是一个非常重要的问题。

（2）对于复合土钉支护的机理，目前还没有深入的研究，大多只将其视为一个平面问题。在三维基坑施工中，必须充分考虑各支护结构与基础的相互作用。

（3）数值模拟的计算方法选择不当。在数值计算中，土钉支护方法与周围土体往往被视为一种组合加筋土，相当于桩间土体为一层厚度的连续墙，其刚度会被夸大，从而严重影响数值模拟的精度。

（4）国内外对微型桩复合土钉墙联合支护机理的研究较少。然而，在新规范中，仅修改了整体稳定性，修改后的损失系数基于工程经验，并被视为安全储备。

3.复合土钉墙的作用机理

3.1土钉

土体的抗剪承载力较低，抗拉强度基本可以忽略，但结构的整体特性非常明显。在基坑施工中，有一个临界高度，可以保证边坡的稳定。当超过临界高度时，或由于超载等原因，整个边坡将突然坍塌。传统的边坡防护措施是基于结构的被动约束机制，以支护结构为主要支撑点，避免对整体稳定性的破坏。土钉支护技术是指基坑开挖时，作为被动受力构件，通过与土体的相互作用对地基进行加固，形成有效的复合加固结构，限制其变形，确保基坑安全。

3.2预应力锚索

锚杆的作用机理包括：深锚、深悬、注浆约束以及注浆后锚杆沿长度方向的摩擦效应。预应力锚杆的一端通过注浆法与深部稳定岩土结合，在锚杆的一端施加主动力，将其传递到深部稳定的岩土中，使其具有更好的稳定性

3.3预应力锚索复合土钉墙支护

预应力锚索复合土钉不仅具有土钉和预应力锚固的双重功能，还可以通过土钉分担、环向约束和边坡约束等综合约束来提高土体的综合性能，从而最大限度地发挥锚固、悬挂和灌浆约束，并进一步增加土壤应力。如果支撑体的刚度较差且容易变形，则锚固和悬挂后，除锚杆外，其他构件仍会发生较大变形。灌浆约束对应力和变形影响不大。通过土钉和土钉的联合支护，土钉和锚索与土层紧密相连，共同承受荷载，提高土壤的整体抗拉强度。

4.复合土钉墙支护技术的应用

4.1工程地质概况

　经勘测，场区地形为平缓型，属于山地前冲洪积-倾斜的平原地貌单位，地表标高48.35~57.55米，地势为南高北低。井眼内测得一层地下水，其稳定水位为36.69~40.41米，属于第四系孔隙水，局部有可能出现上部滞水，而基底则处于地下水位之下。场区地下水对混凝土具有微腐蚀作用，而对钢筋具有微腐蚀作用。黄土的自重、湿陷系数δzs值都在0.015以下，属于非重力湿陷性黄土，其湿陷系数δs=0.001~0.025，属于轻度湿陷性。场地土壤类型为软质土壤，属于II类，施工周期为0.186秒。在基坑开挖过程中，建议的地层和基坑的支护设计参数如表1所示：

表1-基坑支护设计参数建议值

4.2基坑支护设计

（1）基坑设计　

根据基坑开挖深度、工程地质、水文地质等因素，考虑管线和电缆的保护，采用多方案技术经济比较，提出“钢管桩+预应力锚索+土钉墙”的计算模式。

（2）理论计算　

　在工程设计中，钢管桩是一种超前支护方法，但在理论上并没有考虑到它对边坡的加固效果，目前还在按土钉墙的设计理论进行计算，而瑞典条分法则是对土钉墙的整体稳定进行了校核，如附图1所示。

图1-复合土钉墙支护结构立面图

①将钢管与2×25b的槽钢连接，通过螺栓将各槽钢有效地联结在一起。

②采用3根土钉，呈矩形排列，土钉的长度为6.0~9.0米，横向间隔1.5米，纵向间隔1.2~1.5米，锚固层直径130毫米，采用Φ22钢筋，整体材质为HRB335，水泥混凝土比例为0.5，注浆强度不小于M15。

③使用1根锚杆，其长度为12.0米，自由端长度5.0米，锚杆末端长度7.0米，横向间隔1.5米，锚固粒径150毫米，锚杆材质为Φ28，混凝土材质为HRB335，水泥比例为0.5，注浆体强度不小于M15，预紧力为70KN，腰梁为25b槽钢，承压板为200*200厚度的20板。

4.3复合土钉墙施工

（1）钢管桩施工　

在施工之前，要对现场进行平整，以便确定桩的高度和钻孔设备；根据设计施工图纸进行桩位定位，桩位误差在50mm以内；使用XY-100钻机进行钻孔；注浆管在钢管下端0.5m处进行灌浆，在灌浆压力为0.5MP时停止注浆；在完成钢管桩和顶梁后，必须在7天内进行基坑边坡和土钉墙的支护。

（2）土钉（锚杆）施工　

依据设计图，确定基坑开挖的边线；分五次开挖，一次挖到-3.5米，一次挖到-4.7米，第三次挖到-5.9米，第四次挖到-7.1米，再挖到底部，边挖边，分层开挖，分层支护；在土方开挖与支护施工中，在第一个土钉浇筑完毕72小时后，才能进行下一道边坡的开挖，开挖过程与土钉墙的施工形成了一个循环。根据设计制造的土钉（锚杆），每2m布置一对中支撑，土钉末端弯曲长度为7d，锚杆末端用螺栓固定。

5.复合土钉墙支护技术施工中的创新措施

5.1明确施工流程

在建筑行业，结构优化技术是不可动摇的。它可以对整个建筑、框架、控制等方面进行完善设计，从而制定最合理的建筑方案。例如，在剪力墙施工过程中，应尽量减少暗桩数量，先确定剪力墙的施工，然后在安装相关支撑设施后再浇筑钢筋混凝土。

5.2创新混凝土施工技术

混凝土的配比必须满足相应的配合比及技术指标，确保水分、温度。另外，一些特殊的混凝土结构，对其吸水性能的要求也很高。为此，应采取创新的施工工艺，对混凝土进行搅拌、注浆。以清水水泥为例，一般应用在墙壁上。清水混凝土是当前最佳的水泥。在搅拌时，应先粉碎水泥，再进行振捣，保证搅拌均匀。在完成这些工作之后，在进行下一阶段的工作之前，要先进行测试，直至达到所需的标准。

5.3完善科学技术管理标准机制

项目建设单位应建立符合其实际发展情况的施工管理制度，严格按照相关规范进行施工，确保项目顺利施工，充分发挥施工技术的作用。要切实贯彻施工技术管理的标准方法，认真研究施工合同的内容，尽可能完善工程施工程序，一切工作都要按照现代先进的技术标准进行。全面监控工程质量和进度。在施工过程中，所有交叉工程都能保持良好状态，全面评估施工进度，并在施工过程维护安全设施。

5.4安全组织文明施工

安全是任何项目管理的最终目标，必须充分考虑和全面监控每个项目的实施。安全施工和安全组织是一种新的安全管理理念，是对施工要求越来越高的管理理念。只有安全地完成每个过程，才能确保项目的预期目的。根据安全工作的重要性，施工单位必须以项目经理为主要负责人，全面组织协调施工现场各方面工作，配备3名以上专职安全员。同时，组织有关单位对施工现场和居民区进行不定期检查，对检查中发现的问题进行整理，能及时处理的立即处理，不能及时处理的及时上报项目部。原则上有问题不能不整改，存在安全隐患的不能继续施工。

5.5保证工程质量目标

技术交底是项目开工的先决条件，只有更详细地进行技术交底，工人才能更好地了解自己的工作目的，特别是安全知识，了解危险源和潜在的安全隐患。施工过程中，操作规范，施工细致，不得随意更换材料。通过对每个步骤和环节的控制，可以达到土钉墙设计所要求的质量。要求施工单位组织专业测量人员认真检查现场轴线、边坡位置和高程控制线，在现场设置相应的控制点，定期进行现场复测和数据收集，特别是沉降统计。建筑材料的质量对整个工程的质量起着决定性的作用。只有采用优质材料才能满足设计要求。因此，各种材料的质量是一个重要问题，尤其是钢筋和锚栓的质量，当然水泥和沙子的质量也是最重要的。必须严格执行成孔标准，孔深和孔径的偏差将影响下一步的锚固和灌浆。水泥浆的比例应根据实验室试验报告确定。喷射混凝土的比例也非常重要，尤其是水量。根据工程进度和进度，在实际工程中设置相同条件的标准样品和试块，以便在必要时进行试验，了解混凝土的硬化和强度。

5.6建立施工用电安全制度

施工企业应建立自己的电力安全体系，以制度的形式加以约束，并对其进行有效管理。注意天气预报，雨前做好防雷准备，雷雨天不能施工时，应切断施工电源。雨天组织施工前，必须防止电气设备泄漏，防止泄漏造成人身和设备损坏。电气设备应符合要求并具有合格证书。未经保证，不得使用劣质产品或设备。施工企业应加强对建筑用电的检查，专职安全员应全面负责，加强现场检查，及时解决问题。

5.7为施工设立应急预案

基坑监测是一项非常重要的工作。其重点是监测边坡，由监理负责。一旦发现潜在危险，立即采取相应措施，避免延误和隐蔽，并及时报告，及时果断地采取相应对策。如果土钉和地脚螺栓安装过程中出现松动等问题，施工单位应在现场检查中发现问题后立即进行分析，确定是施工原因还是设计问题，找出问题的根源，并进行相应处理。如果地勘报告与现场实际情况不符或差异较大，应及时上报，暂停工程。经地勘单位和设计单位现场确认后方可实施。施工单位的安全保障体系应发挥应有的作用，开展隐患排查。如发现异常，应立即采取相应措施并及时报告。

6.结束语

综上所述，在建设项目施工中，要深入理解和掌握复合土钉墙支护技术要点，科学地将复合土钉墙支护技术应用于施工。然而，由于建设项目的施工难度较大，在具体施工中应注意许多细节。因此，相关部门应认真应用复合土钉墙支护技术，严格控制复合土钉墙支护技术的应用点，以提高建设项目的施工质量。

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