贾超
（北京铁路局工程质量安全监督站，北京100860）
摘要：本文详细介绍了土钉墙支护技术的定义、作用原理，施工流程、施工材料器具以及施工质量的控制等；并应用工程实例介绍其在建筑工程基坑开挖中的施工。
关键词：土钉墙；支护；基坑；应用
前言
在建筑工程基坑中,土钉墙及其复合支护以其经济实用、安全可靠的特点优势正逐渐得到越来越广泛的运用。利用土钉墙作为基坑支护的施工技术，让其在较长时间段内获得良好的稳定性、安全性，提供了更好作业环境并提高了后续施工的效率。此方法正被越来越多地应用于建筑工程中，并在实践中取得了明显的技术经济效益。
1土钉墙定义及特点
1.1土钉墙定义
土钉墙是一种原状土体加筋技术。最常用的土钉墙结构是在分层分段开挖土体的条件下，分层分段施工土钉和配有钢筋网的喷射混凝土面层，挖土与土钉施工交替循环作业，以保证每一施工阶段基坑的稳定性。其支护原理是通过向基坑四周斜射的土钉对基坑边坡土体进行加固，增加边坡的抗滑力和抗滑力矩，以满足基坑边坡稳定的要求。土钉可采用钻孔中内置钢筋，然后向孔中注浆形成，也可采用向打入式钢管内注浆形成，然后在坡面与配有钢筋网的喷射混凝土面层形成土钉墙。
土钉墙做法示意图
1.1.1土钉
土钉深度为开挖深度的0.5～1.2倍，间距为1～2m，土钉与水平面夹角宜为5°～25°，主要包括注浆土钉和打入式土钉两种形式。
（1）钻孔注浆土钉为常用的土钉，一般采用直径为16～30mm的螺纹钢筋置于直径70～120mm的钻孔中，采用强度等级不低于M10的水泥砂浆注入孔中形成。水泥浆水灰比一般为0.5左右，水泥砂浆的配合比一般为1：1～1：2，水灰比为0.38～0.45。
（2）打入式土钉一般采用钢管等材料打入土中形成，一般钉长较短，不宜用于密实胶结土中。当打入钢管为管壁带孔的闭口钢管时，可于打入后在管内注浆，以增强土钉与土体的黏结力，提高土体的抗拉能力。
1.1.2面层
一般由直径为6～10mm、间距为100～300mm的钢筋网和强度等级不低于C20的喷射混凝土组成，面层厚度一般为80～150mm。为保证土钉和面层的有效连接，可使用加强钢筋让土钉和钢筋网连接；或使用承压垫板连接，承压板厚度一般不宜大于面层厚度的1/10。
1.2土钉墙特点
合理利用土体的自承载力、自稳定性，使土体与土钉墙支护结构混合为一个整体；其施工工艺简单、便捷，结构轻型、柔性大，具有良好的抗震性和延展性。
2土钉墙支护工作原理
土钉墙支护的工作原理就是通过土钉、喷射混凝土面层与原状土三者共同作用，形成以主动约束机制为基础的复合体，提高基坑边坡土体的结构强度和抗变形能力，控制基坑向内的收缩变形，增强整体稳定性。
土钉在复合体中的作用体现在以下几个方面：（1）土钉对复合体的骨架、粘结作用。这是由土钉自身刚度和强度以及它在土体内的空间分布作用所决定，它具有控制土体变形、增强复合体完整性和稳定性的作用。（2）土钉分担荷载的作用。这是因为土钉具有的抗拉、抗剪强度，在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。（3）土钉的应力传递和扩散作用。由于土钉和土体的相互作用，土钉将所承受的荷载向土体深层及周围扩散，从而降低复合体的应力水平，改善了其变形性能。（4）土钉对面层的约束作用。土钉使面层和土体紧密接触，从而使面层能够约束和限制土体的侧向膨胀变形与开裂面的展开程度。
3土钉墙支护的施工工艺
土钉墙的施工流程为：开挖基坑→整理坡面→初次喷射混凝土→钻孔→插杆→灌浆→布设钢筋网→二次喷射混凝土
3.1开挖、整理坡面
土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，同时要保证坡角符合设计要求，坡面平整光滑。
3.2初次喷射混凝土
为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。
3.3钻孔
钻孔与水平面夹角宜在5°～25°间，多采用人工、机械共同施工。
3.4插杆与灌浆
成孔后按设计要求插入土钉杆，土钉杆应间隔适当距离焊接扶正环，起导正作用。在插杆的同时，将注浆管一并插入孔中，然后注浆，注浆要饱满、密实。
3.5布设钢筋网
按设计要求将钢筋网固定于坡面之上；同时将钢筋网与土钉杆进行连接，形成整体。
3.6复喷
上道工序完成后，对整个坡面二次喷射混凝土，使喷射厚度达到设计要求。
4土钉墙边坡支护的施工材料及机具
4.1原材料
钢筋使用前应拉直、除锈；可选用普通硅酸盐水泥;采用干净的中粗砂，含泥量小于5%；采用干净的石子，粒径2～4mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。
4.2施工机具
土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用（冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲等）能完成设计要求的有效机具；注浆泵选用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续均匀，输送水平距离不小于60m，垂直距离不小于10m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求;搅拌方法采用混凝土搅拌机搅拌。
5土钉墙边坡支护的施工质量控制
5.1原材料控制
采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类、有机物等的不合格材料；选择的混凝土外加剂不能对水泥的凝固、水化作用产生有害的影响。
5.2施工工艺控制
土钉孔的位置必须根据坡面实际情况进行设计布置。加工土钉用的钢筋，使用前须除锈调直，安装位置距孔眼中心及插入深度不得小于设计要求的90%，安装后不得敲击、碰撞。注浆用的砂浆应拌和均匀，随用随拌，土钉孔在注浆前应清理干净，注浆时从孔底开始，连续均匀的进行。布设钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面，钢筋网与土钉的连接必须牢固可靠。喷射混凝土的配合比必须经试验确定，分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须清洗；喷头与受喷面垂自其间距0.6～1.2m为宜，喷头应连续、缓慢横向移动，喷射厚度应均匀。喷射混凝土施工终凝2h后及时进行湿润养护，养护时间不得少于l4天。
6土钉墙应用实例
6.1工程概况
拟建项目位于石家庄市新华路以南，民心河东畔。场地为拆迁后的场地，地形较平坦。东侧为铁路居民住宅楼。该工程基坑开挖深度按5.80m考虑（自然地表下），采用土钉墙支护开挖。
6.2设计依据
（1）《岩土工程勘察报告》
（2）楼地基处理图；
（3）《混凝土结构设计规范》（GB5001-2002）；
（4）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
（5）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-200；
（6）《基坑土钉支护技术规程》CECS96：97；
（7）本地区同类工程经验值等。
6.3地层概况
依据勘察报告，基槽开挖深度影响范围内的主要土层如下：
杂填土：杂色，松散。主要成分为砖块、白灰等建筑垃圾。层厚为0.30～3.40m。层顶标高为49.37～50.52m。
黄土状粉质粘土：黄褐色，可塑-坚硬状态。土质较均匀，可见少量氧化物，局部夹薄层黄土状粉土。稍有光泽，无摇振反应，韧性中等，干强度中等。属中-低压缩性土。标准贯入试验锤击数平均值为7.9击。层厚0.60～3.30m，层顶标高为47.39～50.02m。
黄土状粉土：黄褐色，稍湿-湿，稍密-密实。土质较均匀，含少量姜石及氧化物，局部夹薄层黄土状粉质粘土。无光泽反应，摇振反应中等，韧性低，干强度低。平均粘粒含量为12.5%，属中压缩性土。标准贯入试验锤击数平均值为9.7击。层厚3.60～7.50m，层顶标高为45.77～48.22m。
粉土：黄褐色，稍湿-湿，稍密-密实。土质不均，含砂粒，局部夹薄层粉质粘土。无光泽反应，摇振反应中等，韧性低，干强度低。平均粘粒含量为8.5%，属中压缩性土。标准贯入试验锤击数平均值为11.3击。层厚0.70～5.80m，层顶标高为38.86～42.50m。
6.4地下水
依据勘察报告，地下水埋深大于40m，对基坑无影响。
6.5设计说明
6.5.1设计原则
（1）安全：这是基坑工程施工的首要问题，首先要确保基坑边坡及周边建（构）筑物的安全和稳定。
（2）确保较短的施工工期：在保障安全的前提下，要尽可能的压缩基坑工程的施工工期，以便为后续的主体结构施工赢得时间。
（3）经济合理：在保障安全的前提下，要尽可能充分利用较先进的理论及相关施工经验，最大限度的降低造价，节约投资。
6.5.2设计参数
基坑支护设计采用理正深基坑6.0版软件计算，该软件应用费伦纽斯法中的瑞典条分法进行验算。通过考虑土钉的抗拉承载力和土钉墙的整体稳定性来进行设计。整个基坑周边超载按40kPa考虑。
基本设计参数如下：
6.5.4设计计算
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）进行设计计算，结合有关经验公式进行计算。
设计综合考虑的因素：
（1）场区工程地质、水文地质情况。
（2）基坑周边结构的安全性。
（3）周边红线外地下管线、结构物及市政管线的安全性。
（4）支护结构的整体稳定及对周围环境影响，尽量减小施工引起的地面沉降值及沉降影响范围。
（5）综合考虑支护结构工程既安全又经济。
6.5.5设计方案
基坑支护设计采用土钉墙支护结构，按0.3：1（宽高比）放坡，布设土钉为4道，土钉钢筋采用1φ16钢筋，土钉长度自上而下分别为5.80m、5.80m、4.30m、4.30m；土钉竖向间距1300mm，水平间距1500mm。坡面采用钢板网喷射混凝土进行防护，厚度为50mm，强度等级为C20。水平加强筋采用1Φ14钢筋，共4道，与土钉钢筋焊接。
如下图：
6.6土钉墙施工
当施工现场满足三通一平后，施工单位进场。根据工期目标，土钉墙支护施工。
工作面开挖出后，立即修整坡面、安设土钉、挂网并喷射混凝土。各施工工序尽量平行作业，保证工期。
6.6.1土钉墙工艺流程
土钉墙施工工艺流程如下图。
6.6.2土钉墙施工方法
（1）基坑开挖：
采用反铲挖土机挖土，预留20～30cm人工修坡，开挖深度在土钉孔位下0.50m，预留宽度保证10m以上，以确保土钉成孔的工作面。土方开挖严格按设计规定的分层分段开挖，按作业顺序施工，在完成上层作业面的土钉及喷混凝土强度未达到设计强度以前，不得进行下一层土方的开挖。
（2）边坡修整：采用人工清理，为确保喷射面层的平整，此工序必须挂线定位。对于土层含水量较大的边坡，可在支护面层插入长度为400～600mm，直径不小于40mm的水平包滤网排水管，其外端伸出支护面层，间距为2m，以便将喷混凝土面层后的积水排走。
（3）定位放线：按设计图纸由测量人员用Φ6～8、长30～50cm的钢筋钉入每一个土钉的位置。
（4）成孔：采用人工洛阳铲成孔。钻孔后进行清孔检查，对孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土立即压浆处理,并及时安设土钉钢筋并注浆。
（5）土钉主筋制作及安放：主筋按设计长度下料，外端设90度弯不小于16cm的弯勾，主筋每隔2m焊对中支架，防止主筋偏离土钉中心。
（6）造浆及注浆：采用搅拌机造浆，应严格控制水灰比为W/C=0.40-0.45。注浆采用注浆泵。
（7）挂网及焊接拉结筋：钢筋网片借助于拉结筋与土钉外端的弯勾连接成一个整体。
（8）喷射砼：喷射砼顺序可根据地层情况先锚后喷。喷射作业时，喷射距离控制在0.6～1.0m，喷射厚度大于等于50mm。
（9）养护：根据当月份的气温，具体采取自然养护或保温养护。
6.7土钉墙质量标准
土钉墙质量标准见下表：
6.8基坑监测
6.8.1监测对象
监测对象包括支护结构及周边建筑。支护结构包括土钉墙。
6.8.2监测项目
土钉墙顶部（中部）水平位移、竖向位移。
6.8.3监测点布置
基坑边坡顶部的水平和竖向位移监测点沿基坑周边布置，在周边中部、阳角部位应布监测点，监测点水平间距7～10m，每边监测点不少于3个。土钉墙中部水平位移监测点设在基坑3.5～4.0m处，布置在基坑周边中部、阳角处及有代表性部位，每边不少于3个监测点。
6.8.4监测方法及精度要求
按《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009规定执行。
6.8.5监测频率
基坑开挖期间1次/天。当基坑工程施工完毕后且监测值相对稳定时，可以适当降低监测频率。当监测数据达到报警值、监测数据变化较大或速率加快、基坑及周边大量积水、市政管道出现泄漏等情况，要提高监测频率。
6.8.6监测期
监测期从基坑工程施工前开始，直至地下工程完成为止（特殊情况可根据需要延长监测期）。
6.8.7监测报警值
土钉墙顶部（中部）水平位移报警值：累计50mm，变化速率5mm/d。出现以下情况应对周边建筑采取应急措施：
（1）监测数据达到监测报警值的累计值。
（2）基坑支护结构或周边土体位移值突然明显增大。
（3）周边建筑结构部分、地面出现严重的突发裂缝或变形裂缝。
6.9土钉墙施工图片
图片一 图片二
7结语
本工程支护施工历时12天，至近两个月后地基处理施工完毕，边坡始终处于稳定状态。土钉墙监测数据没有超过报警值，周围建筑物也没有沉降及变形现象，说明该支护的设计及施工是成功的。
实践证明，土钉墙施工成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，保证了施工的安全。此外，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。土钉墙施工周期短，与挖土同时进行，很少占用独立工期。挖土与土钉支护都分层分块施工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，使边坡位移和变形及时得到约束限制。特别是在其他支护技术（如成孔灌注桩、钢、地下连续墙等）不允许使用时，土钉墙经济、适用、快捷的优点便体现出来。因此，它的应用逐步广泛和成熟。
论文作者:贾超
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年12月上
论文发表时间:2016/9/5
标签：基坑论文; 钢筋论文; 面层论文; 混凝土论文; 注浆论文; 强度论文; 结构论文; 《建筑建材装饰》2015年12月上论文;