復合土釘墻在深基坑支護中的應用

(太原理工大學，山西太原 030024)

1 工程概況

山西大學附屬中學文體中心，位于太原市塢城路，東臨塢城路，北面為教師高層住宅，南面為富中商廈，西面為教學樓，基坑整體尺寸東西長76 m，南北寬52 m，基坑開挖深度7.50 m，周長256 m。

2 地質情況

根據地質勘查報告顯示，工程場地土自上而下分為5層:第①層雜填土:黃褐色，層底埋深1.5 m～6 m，平均厚度2.54 m，承載力80 kPa。第②層濕陷性黃土:褐黃色，層底埋深7.5 m～9.5 m，平均厚度8.28 m，承載力120 kPa。第③層粉土:黃褐色，層底埋深12.9 m ～14.9 m，平均厚度為 13.82 m，承載力 150 kPa。第④層粉土:褐黃色，層底埋深15.8 m ～17.6 m，平均厚度為16.4 m，承載力120 kPa。第⑤層粉質粘土:黃褐色，未揭穿，承載力200 kPa。根據地質勘察狀況，本工程開挖不擾動地下水，穩定地下水位介于 －11.70 m～ －12.80 m，固不考慮地下水影響。

3 支護方案的選擇

本工程的主要難點在于基坑東側1 m處為一條煤氣管道，煤氣管道以東6 m為塢城路;基坑南側3.5 m處為富中商廈，地上5層，該基礎埋深4 m;基坑西側3 m處為一排樹木;基坑北側西部2.7 m處為鍋爐房，該基礎埋深1.35 m;基坑北側東部2 m處為地下車庫，該基礎埋深6.41 m。場地狹小，施工對周圍建筑物的影響大，施工安全要求高。

結合上述難點，通過對支護形式的綜合比較，最終選用土釘墻加擋土灌注樁方案:基坑①～⑥/G土釘長度為12 m;A～G/①土釘長度為12 m;①～⑥/A土釘長度設計為9 m;A～G/⑩土釘設計長度為12 m，共600個土釘。噴射C20混凝土，上翻1500 mm;⑥～⑩/G，⑥～⑩/A局部采用混凝土灌注樁+冠梁，灌注樁有效樁長13000 mm，共40根。冠梁為900 mm×500 mm，采用C30混凝土。

4 支護結構設計要求

4.1 支護鋼筋混凝土灌注樁及冠梁

1)支護樁采用鋼筋混凝土灌注樁，機械成孔，樁長13.5 m，樁徑800 mm，樁間距為1.5 m，樁身混凝土強度等級C30，主筋保護層厚度50 mm。

2)冠梁截面尺寸900 mm×500 mm，混凝土等級C30，主筋保護層厚度35 mm。

3)灌注樁間打入1000 mm長直徑14的鋼筋，水平向、豎向間距各為2000 mm，并掛鋼絲網片，鋼絲網網格尺寸為50 mm×50 mm，噴射C20混凝土。

4.2 土釘墻

1)土釘。

土釘采用機械和人工洛陽鏟成孔，成孔孔徑不小于100 mm，土釘入射角度15°，鋼筋每隔2000 mm設置一個對中支架，土釘采用φ22鋼筋。土釘漿體采用純水泥漿，水泥采用32.5礦渣水泥，水灰比0.5～0.6，注漿水泥量嚴格按設計要求不得小于每米20 kg，注漿壓力 0.4 MPa ～0.6 MPa。

2)鋼筋混凝土面層。

鋼筋網為雙向Φ6.5@200，外壓Φ14鋼筋。保護層厚度不小于30 mm，Φ14鋼筋應與土釘焊接。噴射作業應分段進行，一次噴射厚度不小于40 mm，噴射混凝土強度等級為C20，厚度為80 mm。

3)所用鋼筋接頭都要按受力鋼筋焊接，網片點焊或綁扎成形。

鋼筋采用HPB235及HRB335。

5 施工方案

施工程序:施工準備→定位放線→降水→基坑土方開挖→基坑支護工程→基坑驗收。

5.1 土釘墻支護施工

1)施工順序。

由東向西，分層施工，基坑開挖以每個斷面土釘間距為厚度進行，逐層向下開挖，每開挖一層相應完成鋼筋土釘的施工和面層混凝土的噴射工作，直至土釘墻施工完成。根據現場土質，采用先噴后錨。

2)土釘墻施工工藝流程見圖1。

圖1 土釘墻的施工工藝流程圖

3)土釘制作、成孔。

成孔作業前，按設計位置確定孔位。孔位呈15°俯角，孔徑不小于100，成孔深度符合設計要求。土釘均采用HRB335Ф22螺紋鋼筋，在施工現場按設計長度截斷或焊接。土釘每隔2 m焊接一組Φ6.5鋼筋制作的對中支架，土釘鋼筋端部做L形土釘帽與鋼筋網片及混凝土面層連接。在基坑開挖至要求深度后設置土釘，土釘間距為1.5 m。土釘安裝完成后，再固定好鋼筋網片。

4)土釘注漿。

注漿采用BW150型注漿機進行。注漿壓力控制在0.4 MPa，使漿液充滿孔內并適度擴散到周圍土體中，注漿材料選用P.O32.5 水泥，水灰比為0.4 ～0.5，漿液應攪拌均勻，注漿充盈系數不小于1.1，隨拌隨用。漿液在初凝前用完。注漿過程中邊注漿邊拔注漿管，并要求始終將注漿管頭置于水泥漿液中。

5)噴射混凝土。

本工程采用干噴法。采用12 m3的空壓機噴射裝置用干澆工藝進行噴射。噴射混凝土的配合比為水泥∶砂∶碎石=1∶2∶2，水泥采用P.O32.5級水泥，噴射作業前，做好基層清理。在進行噴混凝土作業時，空壓機風量應大于9 m3/min，氣壓控制在0.3 MPa左右，噴頭水壓大于0.15 MPa，噴射間距控制在1 m左右，并和墻面盡量保持垂直，以保證噴射強度。開噴前先通風再給料給水，終凝前先停水停料，再停風。噴射混凝土從開挖層底部逐漸向上進行，接縫部分做成45°角。噴射第二層混凝土前，應去除第一層混凝土松散、松動的部分。面層噴射混凝土終凝2 h后噴水養護不少于3 d。噴射混凝土強度按GB 50204-2002混凝土結構工程施工質量驗收規范中對混凝土強度檢查的規定，并根據噴射混凝土的特點，取同材料、同配合比、同噴射工藝的混凝土作為一個驗收批，并要求每一個工作班內，每50 m3或小于50 m3工程量制取一組強度檢驗試塊，每組試塊不得少于3塊。

6)在施工時設置非工作釘進行抗拔試驗，面層混凝土按規范要求進行抗壓強度試驗。

5.2 灌注樁施工

工藝流程:鉆機就位→鉆孔→注泥漿→排渣→清孔→吊放鋼筋籠→二次清底→插入混凝土導管→澆筑混凝土→拔出導管。

1)支護樁定位放線。

在鉆孔灌注樁開始施工前，根據設計提供的坐標及高程控制點對樁定位放樣，并在不受施工影響的位置設置臨時控制點，放線完成后提供完整的測量資料。復核無誤后開鉆施工。同時，應對樁位點采取保護措施。

2)鉆機就位。

鉆機就位時，必須保持平穩，不發生傾斜、位移，保證鉆頭中心與樁位中心相重合，偏差不超過20 mm。

3)鉆進成孔。

鉆機的鉆桿上標有尺寸，來控制鉆孔深度。鉆桿上設有扶正器。鉆完后用測繩復測實際孔深。

4)鋼筋籠制作安放。

對鋼筋的焊接及檢驗由專人負責。鋼筋籠安放時，應確保籠子順直、牢固、不變形，入孔時應對準中心徐徐下放，避免碰撞孔壁，若遇阻礙應查明原因，酌情處理后，再繼續下入，下放到位后，安置牢固、穩定，籠頂標高允許偏差為±100 mm。

5)混凝土灌注。

安放鋼筋籠后，測量沉渣不大于15 cm方可澆筑混凝土。混凝土灌注時應對混凝土作坍落度抽檢(坍落度要求200 mm±20 mm)，每根作試塊一組。灌注中應用測繩對混凝土面進行測試，灌注中及時填寫灌注記錄表。灌注完畢后，對空樁應及時回填，確保樁頭強度和施工安全。

5.3 土釘墻施工技術措施

土釘墻施工前對周圍建筑物及地下管線等進行調查，事先制訂好防止危及周圍建筑物、道路、地下設施采取的措施以及應急預案。必要時采取針對措施，避免事故的發生。

1)從很多土釘失穩的實例看，無論施工階段還是使用階段，導致失穩的自然因素主要是軟弱土層和地表及地下水。為預防土釘墻受水浸泡失穩，所有施工場地地面均做混凝土硬化，并做臨時雨水系統排入市政管網，防止地表水對土體的浸泡。基坑四周做阻水坡，防止雨水流入基坑內。基坑內如有積水及時清除，以免影響土體穩定。

2)開挖時應分段分層作業，嚴禁超挖，盡量縮短土體暴露時間，及時在面層噴射混凝土。

3)土釘采用壓力注漿，注漿時注滿整個釘孔，以免減弱土釘的作用，影響土釘墻的穩定性。

4)基坑開挖期間禁止在坑邊堆放超過設計要求載荷的重物。

6 基坑變形監測要求及結果

本基坑安全等級為二級。為確保基坑開挖過程中的安全，按GB 50497-2009基坑工程監測技術規范規定:基坑變形允許值為0.4%，基坑邊坡變形預警值均定為25 mm，控制值定為35 mm。觀測精度要求水平誤差控制小于1.0 mm，垂直誤差控制小于1.0 mm。采用方向法進行觀測，從基坑開挖開始觀測。位移觀測點在第一步護坡做完后布置，并做好基準點的維護。土方開挖期間，要每天觀測一次，其他可每周觀測2次～3次，并做好記錄。如地面變形產生裂縫時，應增設觀測點，隨時觀測裂縫的變化。基坑開挖完成兩周后，如邊坡穩定不再繼續變形，可放大觀測周期，回填結束，觀測停止。在對基坑進行變形監測的同時，安排專職安全員對基坑周邊進行巡視，觀察地表是否有裂縫、塌陷等，一旦發現異常情況應作好記錄，觀察變化情況，及時分析發生的原因，并根據對基坑安全的影響程度制定控制措施，確保基坑的安全。

本工程自2011年10月15日開始土方開挖至2012年5月1日地下室施工完成，在此期間對原建筑物進行沉降觀測，周邊建筑物的最大沉降為3 mm。支護最大水平位移18 mm，與基坑開挖深度之比為2.4‰，小于規范要求允許值4‰的規定。并且基坑變形基本趨于穩定，說明該基坑支護工程的設計和施工是安全的。

7 結語

該工程根椐場地地質情況及周邊環境，采用了大面積土釘墻加局部灌注樁進行基坑支護。土釘支護體系成本較低。其次土釘墻施工速度快，機具簡單，在開挖后短時間內即可封閉土體，基坑邊坡變形能及時得到約束，安全性有保障，大大縮短了工期;由于該工程場地土質為黃土，因此黃土地層基坑支護選用土釘墻加灌注樁可以保證周邊建筑物的安全，其低成本和安全穩定性方面具有明顯的優勢，在太原地區類似工程基坑支護應用中其值得借鑒。