基坑工程中土釘支護的設計與施工

劉裕

（山東建工集團，山東，濟南，250014）

基坑工程中土釘支護的設計與施工

劉裕

（山東建工集團，山東，濟南，250014）

一、土釘支護的設計過程分析

1、土釘支護概述

在工業與民用建筑施工工生產中，基坑開挖后基坑周邊常需要采取必要的支護措施，土釘支護是常用的技術措施之一。土釘支護適用于地下水位以上或經人工降水后的填土、粘性土和若膠結沙土等地層。土釘支護宜用于深度不大于12m，且基坑周邊安全等級為Ⅱ、Ⅲ級的基坑支護，不宜用于含水量豐富的淤泥質土、粉細砂層及砂礫卵石層，沒有自穩能力的淤泥和飽和軟弱土層不能使用。

2、土釘的作用機理和工作特點

土體雖然具有一定的結構整體性，但土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎為零。當開挖基坑時，土體存在使基坑邊坡保持直立的臨界高度，當超過這一高度或地面超載及其它作用下，將發生突發性整體破壞。傳統的支擋結構均基于被動制約機制，即以支擋結構自身的強度和剛度承受其后側向土壓力，防止土體發生整體性破壞。土釘支護就是基于一種主動加固的機制。土釘是與土體共同作用成為土釘墻，形成能夠大大提高原狀土強度和剛度的復合土體，改變了土體的變形和破壞形態，明顯提高了土體的整體穩定性。

土釘墻的工作性能可總結為：墻體變形小，墻體頂部最大水平位移與支護深度之比一般不大于3%；土釘所受拉力分布不均勻，一般呈中間大兩邊小的規律，在邊坡滑動面處受力最大；土釘分布較密集時土釘墻的工作性能與重力式擋土墻類似。

3、土釘支護的設計過程簡析

土釘支護施工設計應包括下述內容：土釘參數的設計（土釘的長度、間距及布置、孔徑、傾角、鋼筋直徑等），土釘墻體內、外穩定性分析等。在設計計算時，必須考慮基坑邊坡的實際情況：基坑周邊建筑物及市政設施類型、地層結構及特征、邊坡穩定時段、邊坡坡比及高度等因素。

要充分了解現場原狀土的物理、力學性能，其中最重要的是選定各地層的粘聚力及內摩擦角（c、Φ）的值，做好上述基本工作，是設計計算的前提。若沒有所需參數，可先參考相同地質條件的其它場地資料進行設計（設計時可適當增大安全系數取值），再在施工中根據實際情況及時修改設計。

4、設計與施工相互反饋

在施工中經常遇到設計條件不符或無法按設計施工的情況，必須立即分析解決，必要時可變更設計?？傊?，設計必須能夠指導施工，施工應及時給設計反饋施工信息，土釘支護的設計必須考慮施工實際。

二、土釘支護的施工方法

1、基坑開挖

土釘支護要分層進行，每層開挖的最大高度取決于土體的整體穩定性能及土釘豎向間距的大小，以便于安全、快速的施工。濟南地區一般不大于 2.5m。每層開挖的縱向長度，取決于交叉施工期間保持邊坡穩定的坡面面積和施工流程的相互銜接。在濟南地區一般取 20-30m。所用開挖設備必須最大限度的減少對支護土層的擾動。坡體表面松的部分在支護之前必須予以清除。開挖過程中必須遵循完成上層支護以后方可開挖下層作業面的原則，以控制邊坡變形及保持邊坡穩定，確保安全施工。在實際施工中因違反該原則造成邊坡失穩的事故經常發生，應予以重視。

2、噴射混凝土面層

根據地層的性質，確定噴射混凝土面層的施工時間。一般情況下，為了防止坡面土體松弛和崩解，必須盡快施工噴射混凝土面層。對于土體較松散和含水量較大或坡體有滲水情況的地層，必須在土釘施工之前完成，最好在作業面具備后幾個小時內完成。噴射混凝土強度等級應不低于C15。由于噴射混凝土強度受很多因素影響而變化較大，在設計、施工中必須引起重視。水泥含量為最佳值時，能提高噴射混凝土早期和極限強度，當水泥用量超過這一標準時，噴射混凝土瞬凝之后一旦受到擾動，其早期和極限強度均會降低，目前常用的配合比為：水泥：石屑：砂=1：2：1；為了使噴射混凝土速凝快硬，減少回彈損失，防止混凝土因重力作用引起脫落，常在混凝土干拌料中加入一定量的速凝劑。但必須注意速凝劑的摻量在一定范圍內（一般為水泥用量的2.5-4%）才有利于提高早期強度，后期強度損失也較小。若速凝劑摻量進一步加大，則噴射混凝土的早期極性及極限強度都會有所降低；噴射混凝土骨料含水量也會影響其強度，最佳含水率為5%。如含水率低于3%，骨料不能充分被水泥包裹，從而噴射時回彈較多，硬化后混凝土密實性較差。當骨料含水率高于7%時，材料有成團結球的趨勢，噴射口處的料流不均勻，并容易引起堵管，且引起水泥預水化，造成較低的早期極性和強度；噴射條件直接影響混凝土的強度；噴射手的技術水平是控制噴射混凝土質量的一個重要因素，技術不佳會因裹入回彈或對水控制不當而造成產品的強度及均質性降低。

混凝土面層中應配備一定數量的鋼筋網，鋼筋網能對面層起加強作用，并對調整面層應力有著重要意義。在編制鋼筋網時應注意使鋼筋網與土體坡面保持一定距離，不小于2.5cm，并保持鋼筋網沿坡面縱向連接，使其整體性良好。

3、土釘支護施工

土釘支護施工包括定位、成孔、置筋、注漿和焊接錨頭等工序。當土層整體性較差或含水量較大時，成孔后應迅速放置鋼筋，且要在鋼筋上須每隔2-3m焊置一個定位架，以保證鋼筋位于孔中心，然后盡快注入漿液，以防止塌孔造成置筋困難和注漿效果不好。

為了保證漿體的密實，必須采用自孔底向外壓力注漿法注入一定配合比拌和均勻的水泥砂漿或純水泥漿液。在注漿時，隨著漿液注入，應逐漸的將注漿管向外拔出直至孔口，這樣可將孔內的水和氣排出，以保證注漿質量。一次注入漿體初凝后再進行二次補充注漿，以補充一次注入漿液因凝結失水所減少的部分。二次注漿是在孔內預設二次注漿管，漿液常為純水泥漿。

待孔內漿體達到一定強度后，可以焊接錨頭。土釘錨頭形式多樣，但必須與土釘焊接牢固，并于鋼筋網連接，使其與噴射混凝土面板成為一體。

4、加強排水措施控制基底水位

因基坑底部地下水位較低或進行人工降水將地下水位降了下去，所以進行土釘支護的基坑，基坑邊坡含水量較少。水體的入滲或地下水位上升會使土體含水量增大，土體學參數c、Φ值降低，進一步降低土體和土釘之間的界面粘結力了，而且土體含水量的增大使側向土壓力明顯增大，致使土釘墻位移增大、安全系數降低，對保持基坑邊坡穩定是很不利的。

由于噴射混凝土的水泥含量較大，水灰比小，砂率高，且粗骨料粒徑較小等原因，致使具有較高的抗滲性，因此，防止水體滲入主要是在坡頂，而非坡面。應在坡頂設置排水溝，并在坡頂一定范圍內用混凝土或砂漿護面，以防止地表水滲入。若仍存在不可阻擋的入滲水源（如地下水管線的滲漏等），則應在噴射混凝土面層中適當位置設置排水管，并在坡底設置排水溝和集水井，以排出坡內水體并及時排走。

5、密切監測，及時做好記錄與分析

對于土釘支護工程，監測工作是非常必要的，最為直觀和重要的監測是土釘墻頂的水平位移和垂直位移。若出現位移突變和跳躍點應立即停止開挖施工，分析變形原因并進行處理，而后方可繼續進行施工。做好施工期間的監測工作，可以達到信息化施工的目的，對于保證工程質量和安全施工均有重要意義。

三、結束語

綜上所述，土釘支護具有其他支護形式所不具備的許多優點，近幾年在國內得到了廣泛的推廣。在設計與施工中應首先明確土釘的作用機理和工作性能，然后再進行嚴格的分析計算，以保證施工質量。

TU128

1674-3954（2011）03-0252-01