西北综合勘察设计研究院
支护是保证深基坑边壁稳定与安全的关键措施。在各种支护技术中，土钉支护以其施工简便、经济合理的特点在基坑支护结构中获得广泛应用，然而单一土钉支护难以满足严格的基坑变形控制要求，这使得复合土钉支护应时而生[1]。土钉支护属于土体原位加筋技术，联合其他变形控制好的技术，可以取长补短，实现深基坑支护经济安全的目标。因此，本文对复合土钉支护在深基坑工程中的应用进行了分析。
1 复合土钉支护类型与特点
1.1 复合土钉支护的类型
根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》（GB 50739-2011）第3.0.2条，复合土钉支护类型分为土钉与止水帷幕复合支护、土钉与预应力锚杆复合支护、土钉与微型桩复合支护以及土钉与止水帷幕、预应力锚杆、微型桩中的两种或两种以上的复合支护。土钉与止水帷幕复合支护是在基坑开挖前，沿基坑开挖线上施工搅拌桩或旋喷桩形成止水帷幕，开挖时再打入土钉。土钉与预应力锚杆复合支护是在基坑上部或中上部设置锚杆，利用锚杆将破碎面前的主动荷载传递到破碎区后面的稳定土体中，可控制复合支护结构上部土体的变形。土钉与微型桩复合支护是在基坑开挖前，沿基坑开挖线外侧打入钢管并向管中注入水泥浆形成微型钢管桩，开挖时再打入土钉。
1.2 复合土钉支护的特点
首先，复合土钉支护扩大了土钉支护的适用范围。例如水位较高且基坑周边存在建筑、管线、道路时，盲目降水会引起建筑、管线、道路沉降破坏，单一土钉支护难以实施，而采用土钉与止水帷幕复合支护就可解决土钉支护的应用问题。其次，替代传统护坡桩、地下连续墙，经济效益显著。例如锚拉式排桩技术成熟，也很安全，但工期长、造价高，采用土钉与预应力锚杆、微型桩复合支护则工期短、造价低[2]。第三，充分利用土体自承能力，结构轻，延性好，抗震，操作方便。例如某工程采用钢板桩支护、沉井支护方案都有明显的不足，采用土钉与止水帷幕、微型桩复合支护，可同时解决止水和超前支护问题，施工简便、高效[3]。
2 复合土钉支护在深基坑工程中的应用
2.1 项目概况
该项目总建筑面积约4.1×104m2，主体地下室面积约6.3×103m2，部分地下室外墙紧靠山坡，需削去部分山体（高8～10m），基坑挖深5.5～6.6m。场地西南侧和北侧有通信电缆、自来水管和人防通道。根据地质勘查报告，①-1为杂填土层，层厚0.6～4.6m；①-2为素填土层，层厚0.5～3.5m；②-1为黏土层，层厚0.7～4.6m；②-2为黏土夹角砾层，层厚4.1～4.6m；②-3为黏土夹角砾层，层厚1.0～2.5m；③为中等风化岩。根据地下室埋深，基坑底部位于②-1与②-2层。场地地下水为潜水类型，埋深在地表下2.3～4.4m。
2.2 支护方案
根据场地地质特征及周边环境状况，该项目基坑不适于自然放坡开挖和桩墙式支护方案，适宜采用土钉支护方案，但局部地形高差大，决定采用土钉与预应力锚杆复合支护方式。同时在地表设明沟及坑内设集水井盲沟排水。根据基坑挖深和场地情况设置5个支护断面，现以其中一个高差较大断面为例。该断面采用两级阶梯坡，支护高度分别为8.05m和7.05m，其坡度分别为1：0.3和1：0.2。第一级坡在中部设置1排锚杆，坡面设置4排土钉，锚杆为2Φ28@1500，锚固体 127mm，非锚固体 110mm，总长为15m，自由段长度为4m，与水平面倾角为15°；上3排土钉为2Φ28@1500，第4排土钉为2Φ28@1000，长度均为8m，与水平面倾角为10°。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二级坡在坡上部和中部各设置1排锚杆，坡面设置6排土钉，锚杆为2Φ28@2000，锚固体 127mm，非锚固体 110mm，总长为15m，与水平面倾角为15°；6排土钉分别为2Φ28@2000、2Φ28@1000、2Φ28@1000、2Φ28@2000、2Φ28@1000、2Φ28@1000，上5排长度为8m，最下1排长度为10m，与水平面倾角为10°。面板采用 6.5@200和 8@200双向排列钢筋网，搭接钢筋长30cm，喷射混凝土强度为C20，厚度为10cm。经验算土钉抗力及复合支护抗倾覆、抗滑移等均满足要求。
2.3 施工方法
2.3.1 施工准备
准备施工机具、原材料等。施工机具包括钻机、混凝土喷射机、注浆泵、高压油泵、千斤顶、空压机、混凝土搅拌机等。成孔根据土层选择适宜钻机，例如干土层采用螺旋钻杆钻机，很湿土层采用套管钻机，遇孤石采用潜孔锤等。原材料包括32.5MPa普硅水泥、砂、石、钢筋、钢管、预应力锚杆等。
2.3.2 工艺流程
第一层开挖→人工修坡→初喷混凝土→测放孔位→钻孔/制作土钉、锚杆→安装土钉、锚杆→注浆→挂钢筋网、焊接加强筋→复喷混凝土→预应力锚杆张拉及锁定→完成第一层支护→第二层开挖。
2.3.3 开挖
采用挖掘机开挖，预留20～30cm人工修坡余量。人工修坡保持坡面平整，但须有一定粗糙度，太光滑影响混凝土面板与土体的连接。
2.3.4 初喷混凝土
初喷混凝土厚度取4～5cm。混凝土中添加速凝剂，终凝2h后连续喷水养护5～7d。
2.3.5测放孔位
根据施工图纸在混凝土壁面上测放孔位。土钉采用梅花形布置，要求孔位误差<50mm。
2.3.6钻孔
钻孔时，要求孔深误差<50mm。钻完孔，及时清理孔底沉渣。
2.3.7土钉、锚杆制作
土钉采用注浆钉。钢筋调直、除锈、除油，相隔2m放置1个对中架，将注浆管与土钉固定好。注浆管末端封闭，孔壁设有注浆孔。人工推送土钉到设计位置。锚杆螺丝端为M42×500mm，制作时在4m长自由段缠上塑料薄膜，锚固段相隔2m设置1个对中架。
2.3.8注浆
注浆材料按水泥：砂：水=1：0.4：0.5～0.55配制，材料随拌随用。土钉注浆压力≥0.5MPa，充盈系数>1.1。锚杆压浆采用二次注浆法，第一次压力为0.3～1.0MPa；12h后二次注浆，压力取3～5MPa。
2.3.9挂钢筋网
按设计要求绑扎钢筋网，上下段之间及水平通长焊接加强筋。
2.3.10复喷混凝土
复喷混凝土厚度5～6cm，通过坡面上埋设的短钢筋控制面板厚度。
2.3.11预应力张拉
张拉前，先用设计预应力值的20%张拉2次，然后按设计预应力值的20%、100%、110%分级加载，记录每次张拉的伸长量，然后按设计预应力值锁定锚头。
3 结语
随着地下空间的广泛应用，深基坑工程及其支护技术也获得良好发展。复合土钉支护作为一种经济、安全、高效的支护技术，很自然地会受到越来越高的关注和重视。本文阐述了复合土钉支护的类型与特点，又结合案例分析了复合土钉支护在深基坑工程中的应用，表明该技术具有很好的应用前景和工程优势。
参考文献：
[1] 王辉，郑艳平，李光. 预应力锚杆复合土钉墙灾变机理及控制对策研究[J]. 公路工程，2017,42(4)：50-53,62.
[2] 刘文峰，陈之伟，苏白济. 复合土钉墙在市区深基坑支护工程中的应用[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程），2017,44(3)：73-76.
[3] 陈彬. 复合土钉支护在透水基坑中的应用与分析[J]. 国防交通工程与技术，2018,16(S1)：76-78.
论文作者:王睿
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/19
标签：基坑论文; 预应力论文; 锚杆论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 工程论文; 注浆论文; 《中国西部科技》2019年第11期论文;