土釘支護技術在上海的應用

土釘支護施工技術，簡稱為“土釘墻”，即所謂噴、錨、網聯合支護——噴射混凝土、錨桿、鋼筋網聯合支護

土釘墻施工技術自20世紀70年代產生以來，因其造價較其他基坑圍護體系低，施工周期短，安全性基本滿足基坑穩定性及變形要求，在邊坡工程、基坑工程中得到廣泛的認可和應用。我國于1997年制訂了相應的規范《基坑土釘支護技術規程》。由于土釘墻對地層的依賴性很大，通常僅適用于地下水位低、自立性好的地層。在高水位的軟土地層中，因其自立性差，易產生流砂和管涌的可能，尤其上海、福州等東南沿海城市的地層為沖積地層，主要為飽和粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土等，單純的土釘墻不能滿足基坑圍護安全性。由此，近年來，經過科研人員和工程技術人員在各種基坑圍護工程中的理論設計研究和實踐分析研究，總結出一種新的土釘墻施工技術——復合型土釘墻支護，并正通過更多的工程實踐對其進行理論設計上的完善。

現行工程中常用的復合型土釘墻支護，主要是水泥土攪拌樁與土釘墻的結合應用。其原理主要是：通過水泥土攪拌樁對邊坡土體進行土體加固，解決土體自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結問題；以水平向壓密注漿及二次壓力灌注解決土體加固及土釘抗拔問題；以相對較深的攪拌樁插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題，形成防滲帷幕、超前支護及土釘等組成的復合型土釘支護。因此，復合型土釘墻適用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥質土。

然而，由于場地水文地質條件、基坑周邊建筑物特征和地下管線的復雜性，土釘墻設計施工方法也須應地制宜。近幾年來，復合型土釘墻在上海市相當多的范圍內得到推廣應用，并取得了很好的經濟效益和社會效益。上海各類地層中，已有較多成功地使用復合型土釘墻的工程實例。

本文對上海市五角場地區的基坑土釘支護設計施工作一論述。

一、上海五角場地區基坑土釘支護的特殊性

1、地質條件差

上部雜填土及粉質粘土，地下水位高，潛水豐富，即使基坑開挖很淺，邊坡一般也難以自立，必須采取支護措施。

2、地下水豐富

上部隔水層分布厚度變化較大，有時呈透鏡體分布，中部地層顆粒較細、富水、滲透性強、地下水具承壓性，多種因素導致承壓水與上層滯水貫通，形成突發性管涌事故。一般深度在5～6米以上，就會存在涌水涌砂現象。因此，必須進行管涌驗算，采取止水隔滲措施。

3、周邊環境復雜

上海五角場地區建筑物集中，許多樓房的建設涉及舊城改造，基坑開挖施工用地緊張，甚至緊貼用地紅線，周邊鄰近建筑物和地下管線對施工影響較大。同時，基坑支護的效果好壞對周圍環境產生積極或消極的作用。

根據上海五角場地區的水文地質條件，給基坑支護的設計與施工帶來了很大的困難。支護施工中隔滲與防水、降水措施，支護結構的變形控制，周邊臨近建筑物及地下設施保護是基坑支護設計和施工須考慮的問題。建議在該地區的土釘支護技術應用于6.5米以內的淺基坑支護，是既經濟又安全的。

二、土釘的設計與施工

土釘支護與設計必須考慮的問題有以下幾點：

1、認證研究水文地質條件，選擇正確的施工方案。根據基坑開挖深度，分析坑底隆起和管涌的可能性，驗算支護結構地基的穩定性。若地下水對基坑產生不利影響，則必須采取降水措施。

2、方案選定之后，根據基坑開挖深度，周圍環境特征、場地地質水文條件、土質物理力學參數γ、c、φ及地下水情況，確定土釘長度、間距、面層噴混凝土厚度，給出土釘設計承載力。然后，驗算土釘支護結構的穩定性。

3、制定完善的環境保護措施和施工應急處理方案，預防事故發生。

4、建議在上海五角場地區工程中，超過5米的基坑支護，宜采用水泥土攪拌樁超前支護，使基坑四周形成防水防滲帷幕，以減少開挖降水對周圍環境的影響。

鑒于上海五角場地區的基坑支護的特殊性，為確保工程安全，土釘施工需要作好以下工作：

1、土方開挖過程中的邊坡維護

上海五角場地區土質較差，上層滯水潛水豐富，開挖時邊坡自立高度較小。特別是結構松散、含水量大的雜填土，軟至流塑狀態的粘土、砂質粘土和粉土層，這些土層壓縮性高，土質軟，在土體自重及邊坡坡頂上外荷載作用下，極易出現坡面外鼓、坡腳外坑底地面隆起、地下水流失等土破失穩現象。為保持開挖時的邊坡穩定，減少土方開挖層次，基坑分層開挖深度取不大于土體自立高度，一般為1.0～1.2米，土質較好時可至1.5米。對于雜填土及土質較軟弱的砂質粘土，以及鄰近建筑物、道路、底下管道的區段，應采取超前加固措施，即開挖前沿開挖線外側垂直打入花式鋼管（管壁帶孔的鋼管），灌注純水泥漿；或采用水泥土攪拌樁帷幕效果更佳，使之既能起到土體加固作用，又能達到防滲效果。必須強調，土方開挖應嚴格按照設計要求，待上層支護結構達到設計強度后進行，嚴禁違反施工程序超挖。

2、局部粉土薄層的處理

在上部粘性土層，有些場區夾有靈敏度較高的粉土薄層等軟弱土層，稍微擾動往往造成該層土體的分層剝離或水土流失，導致周邊土體沉降、邊坡位移而危及鄰近建筑物、道路、市政地下管道。因此，在挖至該層上部時，應采取超前加固措施予以處理。開挖后，應及時噴射混凝土，加快施工進度，減少暴露時間。流砂、粉土地層、尚應配合欠挖、試挖手段及掛底網、快支護等施工措施。必要時，可倒序施工，即先掛網噴混凝土，后鉆孔注漿作業。

3、地下管線的保護

基坑周邊布置的市政管線，如上下管道、煤氣管道、通訊電纜及電力管線等，這些管線結構不同，對變形的要求及敏感程度也有較大差異。如果支護引起的變形（位移、沉降）超過管線所承受的限值，管線會發生斷裂而引起煤氣泄漏爆炸及上下水的外溢泄露，造成嚴重的工程質量事故和公共安全事故。因此，施工前首先要熟悉和了解地下管線的分布情況，掌握管線類型、位置、埋深（通過雷達探測），采取土壤注漿加固、設置管樁等措施予以保護，其次要加強施工控制，采用人工探測方法核實管線資料，防止成孔施工損壞管線；還要做好基坑邊坡和周圍環境的安全監測，在土方開挖前后定期進行監測，特殊情況（如大雨、暴雨）下加密監測，詳細了解基坑邊坡位移沉降情況和周圍環境的安全情況。

4、地下水的處理

首先應重視生產生活水的排放，施工中基坑周圍的積水和上下水管道滲水，對邊坡安全的危害較大。為了消除這些不利影響，土釘支護施工必須作好嚴重堵塞下水道的疏通，重視地面積水的排放，處理嚴重滲漏上下水管道的接頭，防止邊坡位移沉降牽動管道引起斷裂滲漏。土層中的地下水對施工時的邊坡穩定也有不利影響，為了減少分層開挖和支護時地下水給施工找成困難，必須預先在基坑四周或基坑內設置輕型井點抽水。

三、工程實例

上海市肺科醫院《擴建病房樓》，位于上海五角場附近，在楊浦區政民路507號，東靠船舶供應公司，南沿政明路，西毗上海海達記時公司，北臨上海財經大學。新建的病房樓在醫院內，是一幢地下一層，地上十三層，裙房一層的高層建筑。其基礎形式為片筏基礎，基礎開挖深度為6米， 基坑周長177米。

1、工程水文地質條件

（1）工程地質條件

第一層土：填土，層厚1.3米

第二層土：粉質粘土，層厚1.0米

第三層土：砂質粉土，層厚17.2米

第四層土：粉質粘土，層厚5.5米

（2）水文地質條件

場地淺層土中地下水屬潛水類型，主要補給來源為大氣降水及

地表徑流。地下水位為自然地面下0.60～0.80米。

2、基坑支護方案

根據本工程特點及土釘墻的優點，基坑邊坡采用土釘墻—攪拌樁聯合圍護，垂直開挖。

（1）土釘墻支護設計

土釘墻支護設計參數包括土釘的長度、鋼筋網密度、噴射砼厚度，其中土釘配置起關鍵作用。土釘的密度、長度、空間位置決定了復合體的剛度和穩定性。

①、土釘參數

土釘φ48×3.5國標焊接鋼管，沿坑深垂直方向間距1.0～1.2米，水平間距1.0米，土釘長度6～9～12米，土釘水平安放角6ο～10ο，最下一排夾角10ο。土釘共五排，均采用梅花布置。采用信息法施工，根據實際情況可以調整土釘參數（長度、密度），特別是遇到管線時，必須采用人工成孔，調整孔位，避開管線。

②、噴射砼

噴射砼設計強度C20，厚度100mm， 噴射砼設計配比為水泥：砂：石=1：2：2，噴射砼中添加5％早強速凝劑。

③、噴射砼配筋

鋼筋網規格為φ8＠200雙向，加強筋規格為φ16螺紋鋼。土釘前端通過井字襯墊與混凝土面層內的鋼筋網和加強筋焊接。

④、土釘注漿

土釘孔內采用全程注漿，注漿材料采用水灰比0.45～0.50水泥漿液，水泥標號為425＃普通硅酸鹽水泥。注漿壓力0.2～0.6Mpa.

（2）攪拌樁止水帷幕

在基坑開挖線外布置單排攪拌樁，直徑700mm， 有效樁長為 11.5米，集水井與電梯井部位直徑1200mm， 有效樁長分別為13.0及15.0米。攪拌樁采用水泥標號為425＃普通硅酸鹽水泥。用于加固雜填土、軟弱流砂土層，與土釘墻連成整體，形成止水帷幕。攪拌樁施工應符合《基坑工程設計規范》DBJ08-61-97規定，其定位偏差小于50mm，樁身垂直度誤差小于1％，成樁采用二噴三攪施工工藝，噴漿攪拌時提升（或下沉）速度小于0.5m/min，相鄰樁施工時間不應超過2小時，水泥摻入量為13％，水灰比為0.5。

1、土釘墻施工工藝

（1）施工工藝流程

放線→開挖→修坡→安放錨桿→編鋼筋網片→噴面層砼→注漿→開挖下一層

（2）施工工藝

①放線：用測量儀器準確定出地下室外墻軸線位置，攪拌樁內邊線即為開挖線，用木契和白灰作出開挖線標記。

②土方開挖：攪拌樁完成，基坑放線后即可開挖。邊開挖邊支護，分層開挖，分層支護，挖完亦支護完，開挖進程和土釘墻施工形成循環作業。

③噴射砼：在土方開挖、修坡之后，進行鋼筋網編焊工作，然后施工噴射混凝土，噴射厚度100mm，石子粒徑5～10mm，砼標號為C20。

④土釘制作、成孔：土釘采用φ48×3.5國標焊接鋼管，按照設計標準加工制作，采用人工方法打入設計孔深。成孔中如遇建筑基礎和管線障礙，應設法避開。

⑤土釘注漿：對于錨管注漿，注漿前先用高壓水沖洗錨管，然后從錨管底部注漿，邊注漿邊拔管，注漿要求飽滿注漿滿后要扎好止水袋。

⑥編制鋼筋網：按照設計要求編制鋼筋網及加強筋。土釘頭焊接后用φ22螺紋鋼井字壓在鋼筋網上。

2、位移沉降監測

本基坑監測內容以平面位移與垂直沉降監測為主，采取每天一次，特殊情況（如大雨、暴雨等），加密為每天兩次。主要觀察四個方面：

（1）基坑邊坡的監測

沿基坑周邊布置水平位移觀察點和沉降點，至基坑圍護結束水平位移最大為73mm，垂直沉降最大為44.7mm。一般土釘墻施工完成后2～4天即可穩定。

（2）鄰近建筑監測

東側與北側的舊病房距基坑約20米，最大沉降6.1mm。

（3）周邊管線監測

周邊管線相距基坑約10米，最大沉降13.2mm，最大位移小于10mm.

（4）周邊地下水位觀測

隨坑內降水，在基坑周邊布置水位觀測孔。根據地下水位的變化，圍護樁發揮了截水的作用。

四、結論與認識：

（1）土釘墻支護技術能適應上海軟土地基的施工。土釘支護施工作業是一循序漸進的過程，因此采用信息法施工，加強基坑的安全監測，及時提供基坑及周邊環境變化信息，對施工的順利進行非常重要。

（2）施工過程中，應加強基坑內積水的抽排，可設臨時排水溝。

（3）挖土及支護施工要分層分塊進行，分層厚度不大于1.5米，分塊厚度不大于20米，充分發揮土體的空間支護作用，并在開挖后幾小時內封閉，使土體變形及時得到約束限制。

（4）土釘墻一般與挖土同時進行，故須相互密切配合好。因較少占用獨立工期，故一般可節約施工工期。并且，土釘墻的施工費用與其他支護方案相比可節約20％左右。

土釘支護近年來快速發展，已成為一種重要的基坑支護形式，它通過水泥土攪拌樁對邊坡土體進行土體加固，解決土體自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結問題；通過在原位土體中設置金屬桿件(土釘)，分擔土體所承受的外力和自重，改善土體的受力情況；并在開挖面構筑鋼筋網噴射混凝土面層；使土釘、面層和原位土體三者構成一個整體而共同工作。土釘支護具有施工方便、性能可靠和突出的經濟特性，同時，在土釘支護的施工過程中，對周圍環境的影響很小，因此，土釘支護被廣泛應用于基坑開挖工程中。在全國許多大中城市及沿海開放城市的基本建設中，土釘支護發揮了重要作用，創造了顯著的經濟效益。