土釘墻支護在基坑加固中的應用

謝春生

0 引言

土釘墻是一種原位土體加筋技術,于20世紀80年代初在我國開始應用,其主要由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴射的混凝土面層和必要的防水系統組成,類似于重力擋土墻的支護結構,廣泛應用于粉質、砂質黏土等地質環境。

土釘墻支護屬于柔性支護,與土錨桿支護技術以及擋土墻等的主要區別在于土釘支護不僅對巖土體有加固作用,同時也起到錨固作用,其設計時應遵循“保住中部,穩定坡腳”的原則,邊坡中部土釘宜適當加密、加長,坡腳用混凝土腳墻加固,使之與土釘連成一個整體。

1 土釘支護作用機理

土釘墻是由土釘錨體與基坑、邊坡側壁土體形成的復合體,土釘錨體(鋼筋或鋼管)由于本身具有較大的剛度和強度,并在其分布的空間內與土體形成了復合體的骨架,起到約束土體變形的作用,彌補了土體抗拉強度低的缺點,與土體共同作用,當土體進入塑性狀態后,應力逐漸向土釘轉移。由于土釘的應力分擔、傳遞及擴散作用,增強了土體變形的延性,降低了應力集中程度,從而可以顯著提高基坑、邊坡側壁的承載能力和穩定性。

2 土釘墻施工工藝

土釘支護的施工工藝流程如圖1所示。

2.1 工作面開挖

土釘墻的施工應按照設計規定從上到下分層(每層厚度控制在3 m左右)分段開挖,在完成上層工作面上的土釘和混凝土施工后,方可進行下一層的開挖。當采用機械開挖時,應輔以人工修整坡面,坡面平整度的允許偏差宜控制在±20 mm,在坡面噴射混凝土支護前,應清除坡面虛土,且保證上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達到設計強度的70%后方可開挖下層土體。

2.2 噴射第一層混凝土

此層混凝土為C20混凝土,機械攪拌,水泥采用32.5級或42.5級普通水泥,灰砂比控制在0.25左右,水灰比控制在0.45左右,噴射厚度控制在40 mm～50 mm左右,且應自下而上分段進行,混凝土終凝后應灑水自然養護3 d左右為宜。

2.3 設置土釘

土釘設置應按設計要求確定孔位,做出標記和標號,成孔宜采用沖擊鉆、洛陽鏟等機械,且孔深允許偏差控制在±50 mm,孔徑允許偏差控制在±5 mm,孔距允許偏差控制在±100 mm,成孔傾角偏差控制在±5°。

土釘宜采用Ⅱ,Ⅲ級鋼筋,長度宜為開發深度的0.5倍～1.2倍,孔徑宜為 70 mm～120 mm,間距宜為1 m～2 m,與水平面夾角宜為5°～20°,并應在安放之前進行隱蔽檢查驗收。安放土釘時應盡量避免土釘產生初始應力。

注漿一般采用重力注漿機或高壓注漿機,注漿前應將孔內殘留或松動的雜土清理干凈,注漿時注漿管應插至距孔底250 mm～500 mm處,并在孔口部位設置止漿塞及排氣管。

2.4 綁扎面層鋼筋網

噴射混凝土面層宜雙向配置鋼筋網片,鋼筋直徑宜為6 mm～10 mm,間距宜為150 mm～200 mm,并應全部綁成梅花形。鋼筋網安裝完畢以后應及時進行隱蔽驗收并做好相應記錄。

2.5 噴射第二層混凝土

在噴射第二層混凝土前應將第一層混凝土松散、松動部分除去并潤濕,噴射時,噴頭與受噴面應保持垂直,距離宜控制在0.6 m～1 m,并在邊壁上每隔一定距離設置標筋,使本層混凝土盡量厚度均勻并控制在100 mm左右,且鋼筋保護層不宜小于20 mm。噴射混凝土終凝2 h后,應噴水自然養護。

3 質量控制措施

根據筆者多年的施工經驗,可采取以下措施控制土釘墻的質量:

1)施工前應嚴格按JGJ 120-99建筑基坑支護技術規程有關規定對土釘墻進行設計,并應做好整體穩定性驗算。2)工作面開挖時必須嚴格按照規范分層分段進行,并應即挖即護。3)當地下水位高于基坑底面時,應采用集水坑降水或井點降水措施,使水位始終處于操作面以下0.7 m～1.0 m。4)在孔洞注漿、第二次噴射混凝土前應做好隱蔽工程驗收工作。5)應控制好面層混凝土的和易性,并盡可能連續澆筑。6)做好地表和坡體內排水措施。對于基坑周圍地表水宜采用明溝排水,嚴防地表水下滲;對于坡體內,混凝土面層上要做泄水孔,使坡內滲出的水有組織的導流到坑底后集中排除。7)施工所用原材料必須三證齊全,材料進場后應進行抽樣檢查。8)做好混凝土面層質量外觀、厚度及抗壓強度檢查,且厚度應采用鉆孔檢查,鉆孔數宜每100 m2墻面積一組,每組不得少于3點。9)采用抗拉試驗檢驗土釘承載力,同一條件下,試驗數量不宜少于土釘總數的1%,且不得少于3根。10)基坑邊緣1.5 m的范圍內不宜堆載,以免破壞坑壁土坡的穩定性。11)沿基坑四周布置水平位移觀測點和沉降觀測點對土釘墻位移進行實時監測。

4 結語

土釘墻支護施工速度快,施工設備和操作方法簡單,對環境干擾小,經濟效益好,只要質量控制得當,不失為基坑、邊坡支護的一種好方法。

[1] 劉宗仁.土木工程施工[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2] 張 磊,王付洲.土釘墻施工技術及質量監測[J].山西建筑,2007,33(35):156-157.

[3] 賈圣東.土釘墻支護邊坡的施工工藝及機理[J].路基工程,2007(3):143-144.

[4] 石德虎.基坑工程中土釘支護的設計與施工[J].科技信息,2010(13):314.

[5] 劉俊林.深基坑土釘墻支護施工技術[J].山西建筑,2010,36(7):72-73.