土釘墻支護技術在某市政工程中的應用

摘 要：新城的修建和舊城的改造工程越來越多，但不管是新城的修建還是舊城的改造，施工條件都比較復雜，特別是基坑支護方面，必須要求技術過硬，才能有效地保障周圍環(huán)境不受影響。文章結(jié)合了某市政工程，在該工程條件十分復雜，即處于軟弱地質(zhì)區(qū)，附近又涉及原有交通線路和農(nóng)田、醫(yī)院、學校和居民區(qū)的情況下，采用了土釘墻支護技術，合理布置工作區(qū)，及時有效地對基坑開挖面進行清理、噴混和打孔等一系列工序，保證了基坑的穩(wěn)定和周圍建筑的安全；通過設計坡頂排水系統(tǒng)、坑內(nèi)排水系統(tǒng)和臨邊維護設置，既能夠及時排出坑內(nèi)積水，又保證了周圍生態(tài)和農(nóng)田需水的穩(wěn)定。

關鍵詞：基坑；土釘墻；支護技術；排水系統(tǒng)

中圖分類號：F062.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-4428（2018）06-0146-03

一、 引言

基坑支護是為了保證地下結(jié)構(gòu)的施工和周邊環(huán)境的安全而對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋和保護措施。常見的基坑支護形式有很多種，主要包括排樁支護（樁撐、樁錨、排樁懸臂）、地下連續(xù)墻支護（地連墻+支撐）、水泥擋土墻、土釘墻（噴錨支護）、鋼筋混凝土排樁等，或以上多種方式的組合。基坑支護工程是個臨時工程，因此設計安全儲備可以相對小一些，但其與地區(qū)性關聯(lián)較大。在軟土和高地下水位或者在場地較復雜的條件下開挖基坑，很容易產(chǎn)生土體滑移、樁體變位、支擋結(jié)構(gòu)嚴重漏水、基坑失穩(wěn)及坑底隆起和流土等災害，這對周邊建筑和地下管線會造成極大的安全威脅。

基坑支護的計算方法包括三種，分別是彈性抗力法、靜力平衡法和有限元法，一般的計算順序為：首先確定支護結(jié)構(gòu)，其次是選擇合理的計算模型，最后是根據(jù)計算理論對選擇的計算模型進行設計計算。

基坑支護在設計時應遵循幾大原則，根據(jù)《建筑基坑支護技術規(guī)程》規(guī)定，一般情況下，基坑支護設計應遵循的原則有：①根據(jù)不同的安全等級及破壞后的后果選擇相應的重要性系數(shù)；②依據(jù)承載能力和正常使用能力極限狀態(tài)設計要求，基坑支護結(jié)構(gòu)的設計應依據(jù)相應規(guī)程來計算和驗算；③基坑支護結(jié)構(gòu)設計分為正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)；④基坑支護結(jié)構(gòu)設計應根據(jù)設計原則來選用極限狀態(tài)的設計表達式；⑤當水文地質(zhì)條件比較復雜時，需根據(jù)實際情況作出相應的施工方案和措施；⑥基坑支護結(jié)構(gòu)的設計需考慮結(jié)構(gòu)的水平變形、豎直變形和地下水變化對周圍環(huán)境的影響等。

二、 工程概況

該工程屬于成都天府新區(qū)市政主干道工程，本工程包括了橋梁工程、管廊工程、箱涵工程、隧道工程等，且其中管廊工程、雨污水工程及下穿隧道工程的基坑開挖深度較深，因此基坑的開挖支護是本工程的主要難點。除此之外，本工程是舊路擴建工程，沿線地質(zhì)條件極差，多屬于軟弱地基，而且該地區(qū)降雨量較大，交叉路線較多，沿線不僅有基礎農(nóng)田，還有學校、醫(yī)院以及小區(qū)，這些都為基坑的開挖技術提出了新的挑戰(zhàn)。

本工程基坑的施工和一般基坑的開挖施工不同之處，在于該工程不僅要克服軟弱地基、強降雨等不良條件，還不能因為基坑施工后影響沿線農(nóng)田的繼續(xù)使用，最重要的是要保證附近已建工程包括已有線路、學校、醫(yī)院以及居民小區(qū)的正常運營和安全。在如此復雜的環(huán)境下研究深基坑的開挖施工技術，具有一定的意義，不僅可以為該工程提供及時有效的指導，還可以為以后同類型的工程提供參考，畢竟市政工程難免會遇到如此復雜的深基坑開挖項目。

（一）工程特點

本工程屬于舊路擴建工程，且具有施工工期短、遷改量大、地下管線多、離居民區(qū)近、工程建設標準高、施工作業(yè)面窄等特點。具體表現(xiàn)在工程線路經(jīng)過學校、衛(wèi)生院、居民居住區(qū)以及大片基本農(nóng)田區(qū)域，且工程的大部分位于國道范圍內(nèi)，具有交叉路口多，交通流量大的特點。除此之外，該工程鄰近水源保護區(qū)，需控制其對周圍環(huán)境造成的影響，保證施工過程中沿線景觀不被破壞，河流農(nóng)田不受污染。與其他地區(qū)的同類型工程相比，本工程還存在一個特點，該工程所在區(qū)域雨季較長，且降雨量較大。

（二）工程難點

該工程涵蓋了橋梁工程、管廊工程、箱涵工程、隧道工程等，且其中管廊工程、雨污水工程及下穿隧道工程的基坑開挖深度較深。除此之外，在益州大道、福州路橋段、南寧路橋段均涉及魚塘和農(nóng)田，地質(zhì)條件較惡劣，多為軟弱地基，對基坑的開挖施工提供了一定難度。該工程涉及大量的地下管線包括已有建筑的給排水、通信、光纜、燃氣等管線，對基坑的開挖都帶來了不利。沿線已有工程和居民的安全也為基坑的開挖提供了相應的難度，由于該工程沿線經(jīng)過了學校區(qū)、居民區(qū)等，再加之地質(zhì)條件本身就很差，既要保證工程的順利開展，又要保證保證附近建筑物和居民的安全，就需要在施工技術上做足文章。另外，由于附近交通量較大，交通導行方案特別復雜，無法對國道進行斷道施工，這同樣為軟弱地質(zhì)條件下的深基坑開挖提升了不小的難度。

鑒于本工程的不良地質(zhì)條件，大量地下管線的埋設，以及附近交通錯綜復雜，且學校、醫(yī)院、居民小區(qū)均離施工地較近等情況，本工程施工對技術要求將會特別高。因此，本文的研究不僅會對該工程的順利開展提供現(xiàn)實可行的指導意義，而且會對以后同類型工程的實施具有一定的參考意義。

三、 土釘墻支護方案

土釘墻是由天然土體通過土釘墻就地加固并與噴射砼面板相結(jié)合，形成一個類似重力擋墻以此來抵抗墻后的土壓力，從而保持開挖面穩(wěn)定，這個土擋墻就稱為土釘墻。

（一）基坑開挖

在進行土釘墻基坑支護前，需對周圍巖土體進行開挖和清理，在這之前，還應對周圍情況進行排查，主要包括查明施工現(xiàn)場的地下管線埋置方向及地下構(gòu)筑物的情況，落實土方施工機械設備及現(xiàn)場安全和施工管理人員，熟悉基坑開挖圖紙，察看施工現(xiàn)場及周圍環(huán)境，確定最佳的運行路線等。

在開挖方面，設置了基坑內(nèi)馬道，采取后退式開挖方式，運土車停置在挖掘機后側(cè)或左右側(cè)裝土。合理布置現(xiàn)場道路和出入口，做到四通八達，合理規(guī)劃卸土場地，優(yōu)化運土路線，安排好作業(yè)時間，做好車輛分流，減少道路擁擠。土方挖運分層標高根據(jù)各工序施工要求合理安排。距離基坑邊坡5m為土釘施工區(qū)，在土釘?shù)墓ぷ鲄^(qū)內(nèi)，每層挖至相應土釘下0.5m處，進行錨桿施工；最后挖至距基底300mm處，由總承包單位進行人工清槽。土方收尾坡道處設置外坡道，做回填處理。除此之外，在開挖過程中還應注意以下事項：

1. 該階段土方及土釘墻施工全面展開，工程量較大，工序多，機械設備多，是按期完成任務的決戰(zhàn)階段。要解決好工作面與日產(chǎn)量、工序間工作面相互制約的矛盾，各工序間需采用交叉流水作業(yè)。每個工作面都要采用定機械設備、定日產(chǎn)量、定工期等三定措施，確保工程順利進行。

2. 本工程的施工關鍵是土方運輸，因此要合理布置現(xiàn)場道路和出入口，合理規(guī)劃卸土場地優(yōu)化運土路線，安排好作業(yè)時間，做好車輛分流，減少道路擁擠，行車路線盡量用循環(huán)路。

3. 盡量采用反鏟挖土，充分利用挖土半徑，提高效率，盡量抓緊時間，趕前不趕后，保證按期完成任務。

4. 嚴格按開挖線進行開挖，嚴禁超挖，測量工作隨時配合。

5. 清土與挖土應與別的工序緊密配合，不可超前或滯后。

6. 開挖前應做好沿途交通環(huán)衛(wèi)工作，并交納其費用，辦理好證件，在取得有關部門的同意后，方可進行施工，以保證工程的順利進行。

當然，土方施工技術方面，也有相應的技術要求，包括機挖土槽底預留20cm人工配合清槽，不得擾動老土；各層間標高允許偏差±150 mm；挖土機嚴禁碰撞土釘、錨桿；測量員隨時測量，保證基底標高和基坑線。

（二）支護施工工藝

土釘墻的支護施工工藝簡單來說有五個步驟，依次是：①按設計要求開挖工作面，修整邊坡；②安設土釘；③鋪設并固定鋼筋網(wǎng)及水平壓筋；④噴射混凝土面層；⑤根據(jù)施工過程，穿插設置坡頂和坡腳排水措施（必要時）。圖1是施工工藝流程圖：

圖1 施工步驟圖

雖然土釘墻的支護流程可以用簡單的五個步驟進行概括，但是在具體施工過程中，需要注意的遠不止如此，具體來說可以分為八個階段，每個階段的內(nèi)容和注意事項如下：

1. 需要對坡面進行修整，使其坡度大小和坡面平整度達到設計要求。

2. 土釘成孔后應及時安放土釘鋼筋、注漿，以防塌孔；注漿前應驗收土釘質(zhì)量，并清除孔內(nèi)殘留土；注漿時，注漿管插至距孔底0.3—0.5m處，孔口采用水泥袋封堵，采取0.3Mpa壓力注漿，孔滿為止；做好成孔和注漿記錄。

3. 按設計要求加工和鋪設鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格鋼筋可采取綁扎，網(wǎng)塊搭接長度不應小于200mm。鋼筋網(wǎng)與坡面間距不小于30mm，鋼筋網(wǎng)與土釘交接處采取焊接與加強筋連接牢固；噴射混凝土時不晃動。

4. 面層混凝土強度等級為C20，混凝土用料計量要準確，拌合應均勻，隨拌隨用。

5. 噴射混凝土應分段、分片、分層依次進行，同一段噴射順序應自下而上，段落與片之間做成斜面以使混凝土連成整體。噴射混凝土前應對機械設備、風、水管路和電路進行全面檢查試運轉(zhuǎn)；并清理受噴面、埋設控制噴射厚度的標志；噴射時，噴頭與受噴面應垂直，宜保持1.0—1.5m距離，控制好水灰比，保持混凝土噴射面平整，濕潤光澤、無干斑和滑移流淌現(xiàn)象。

6. 噴射混凝土終凝后2小時，根據(jù)天氣情況選擇自然或覆蓋養(yǎng)護5～7天。

7. 待上部土釘漿體和面層強度達到設計標準的75%以上時方可進行下步土（石）方開挖。

8. 預應力錨桿施工。

錨桿成孔采用普通錨桿鉆機螺旋鉆進結(jié)合跟管鉆進成孔工藝，錨桿注漿采用泵送水泥漿微壓注漿結(jié)合二次壓力注漿工藝。確保拉力達到設計要求，技術要求如下：

（1）對陽角部位，預應力錨桿成孔方向可適當調(diào)整，以防止錨桿相交。其余錨桿鉆孔應滿足如下要求：首先是孔位偏差應不大于100mm，其次是孔深不大于設計長度的30mm，再者是孔徑允許偏差±5mm，鉆孔偏斜度應控制在1°。

（2）錨桿的組裝

錨桿的組裝包含了四個方面：首先是鋼絞線應除油污、除銹；其次是沿桿體軸線方向每隔2m設置一個隔離架；然后是桿體自由段應用塑料管包裹，管口應密封并有鉛絲綁扎，自由段長度5m，剩余部分為錨固長度，鋼絞線下料長度為設計長度加上預留長度，預留長度一般為1.0—1.5m；最后是在注漿時，注漿漿液攪拌均勻，隨攪隨用，漿液保證在初凝前用完，并嚴防石塊和雜物等混入，錨孔內(nèi)的漿液為水泥漿，配合比通過試驗配制。

（3）錨桿的張拉與鎖定

錨桿的張拉和鎖定是支護的重要工序，在張拉和鎖定過程中要保證以下幾點：①錨桿張拉前，應對張拉設備進行標定；②錨固體與臺座砼強度均大于15Mpa時，方可進行張拉；③錨桿張拉順序應考慮臨近錨桿的相互影響；④錨桿張拉荷載分級及觀測時間、錨桿鎖定應嚴格按照規(guī)范進行；⑤錨桿的抗拉力按照計算書中的設計值100KN進行控制。

（三）基坑排水系統(tǒng)

基坑的排水主要分為三部分，即坡頂排水系統(tǒng)、基坑內(nèi)排水系統(tǒng)和基坑臨邊維護設置。在本工程中，這三部分的布置如下：

1. 坡頂排水系統(tǒng)

在距護坡鋼筋網(wǎng)翻邊邊緣15cm的位置設置一道截水溝尺寸：20cm×20cm，用于把護坡外側(cè)的水流引到外面，避免外圍水進入基坑。截水溝設置在護坡兩側(cè)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在最低點處與基坑外側(cè)排水系統(tǒng)相連接或者將水引入污水管道，將水排走。如果坡頂外空間距離小于1m，則考慮將外側(cè)水引入基坑內(nèi)，然后集中排出。

2. 基坑內(nèi)排水系統(tǒng)

基坑開挖完后，沿著管廊的縱坡方向，根據(jù)圖紙給出的集水坑位置，開挖集水坑，將基坑內(nèi)的水集中排到集水坑，統(tǒng)一排出。如果排水出口距集水井太遠，就將集水坑內(nèi)的水抽到基坑邊坡上的截水溝里，將水排出。基坑內(nèi)排水采用明排方式，保證地下水位低于基礎底面以下50cm。

3. 基坑臨邊維護設置

在基坑邊緣緊鄰護坡支護做圍擋設置，下方用頁巖磚砌筑高×寬=30cm×25cm臺座，砌筑過程中，將豎向鋼管預埋進臺座里，外露高度120cm，間距200cm，然后用水泥砂漿抹平。再在上面搭設水平鋼管架，然后掛上密目安全網(wǎng)，安全網(wǎng)要結(jié)實、美觀、整齊一致。水平鋼管3根，間距60cm。所有防護鋼管用40cm長紅白相間的油漆粉刷。

四、 結(jié)論

本工程很好地將土釘墻支護技術進行了應用，并且根據(jù)具體情況對某些原始的方法進行了相應的調(diào)整和優(yōu)化，最終取得了很好的效果。開挖基坑過程中，通過對土釘工作區(qū)的合理布置，充分利用定機械設備、定日產(chǎn)量和定工期的三定原則，使得工程得以順利有序地開展；在土釘墻支護方面，嚴格及時地按照相應的標準進行初噴、打孔、拉網(wǎng)等工序，保證了基坑開挖后周圍巖土體的穩(wěn)定，保證了原有交通的順暢和原有建筑的不受破壞；對于基坑的排水方面，通過設計坡頂排水系統(tǒng)、坑內(nèi)排水系統(tǒng)和臨邊維護設置，既保證了坑內(nèi)積水的及時排出，又保證了附近生態(tài)和農(nóng)田用水不受破壞。

參考文獻：

[1]陳建國，胡文發(fā).深基坑支護技術的現(xiàn)狀及其應用前景[J].城市道橋與防洪，2011，1（23）：91-95.

[2]陳志輝，謝清香，韋啟昌.預應力錨桿與SMW工法組合在某基坑支護中的應用[J].施工技術，2009，9（38）：83-85.

[3]徐希萍，楊永卿.深基坑支護技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].福建建筑，2008，2（58）：34-36.

[4]鐘世鳴.深基坑支護施工技術在建筑工程中的應用分析[J].江西建材，2015，3（52）：79.

[5]劉斌，袁守文.深基坑支護方案設計及優(yōu)化[J].施工技術，2011，12（40）：21-23.

作者簡介：

湯正廣，揚州鼎力建設發(fā)展有限公司。