基于柔性面層土釘墻的基坑綠色支護工藝

李 龍

甘肅省投置業集團有限公司 甘肅 蘭州 730046

目前，在基坑邊坡防護工程中，采用土釘支護時一般都會噴射混凝土，故也叫錨噴支護[1-2]，工藝流程包括先逐層開挖基坑土方，再依次安插一定間距的土釘（鋼筋），以達到土體加筋作用，接著在土坡上綁扎成品鋼筋網，最后噴射混凝土材料形成邊坡面層。采用這種方式進行施工，基坑回筑后的土釘材料直接被埋在土中，既不利于環保，也無法再利用，造成材料浪費。同時，混凝土消耗大、成本高，且養護時間過長、施工效率低。另外，已施工土釘長期殘留于地下，不利于后期地下空間開發[3-4]。

針對上述問題，在施工過程中對可回收土釘墻技術進行創新，研發了可回收土釘墻基坑柔性支護體系[5-6]，并在此基礎上，結合某實際項目具體施工工況，形成了基于柔性面層土釘墻的基坑綠色支護工藝。

1 可回收土釘墻工藝原理

可回收土釘墻基坑柔性支護體系由可回收土釘＋柔性面層組合而成（圖1），其中柔性面層采用防水土工膜和土工格柵。

圖1 可回收土釘墻基坑柔性支護體系示意

具體施工工藝如下：邊坡整理后，進行可回收土釘加固；先在鉆機上安裝好帶有鉆頭的首節土釘，再將鉆機固定就位并對準設計孔位實施鉆入，完成第1節土釘鉆入后連接第2節土釘，再次將其鉆入。土釘節段之間采取螺栓完成連接，以此將所有土釘鉆入直至設計長度。接著，柔性面層由基坑頂部往下依次攤鋪至基坑底部，在土釘端頭位置處放置角鋼架，起到土釘加強筋的作用，然后逐序放置托盤與螺母，托盤之間焊接連接鋼筋，固定住柔性面層。至此完成該層的土釘施工，接著再往下實施土方開挖并按前述工藝施工下層土釘，直至坡面土釘支護結束，最后在柔性面層外噴涂混凝土防火層。可回收土釘墻基坑柔性支護體系回收時，按鉆進的反方向由鉆機旋轉拔出每節土釘，柔性面層整體回收即可。回收完成后，對拔出后殘留的孔洞實施注漿充填。

2 土釘墻綠色支護特點

1）基坑支護體系由可回收土釘＋柔性面層組合而成，在基坑開挖過程中，工人能快速方便施工基坑支護體系，大大提高了支護效率。施工完成后，基坑支護體系可進行全部回收，大大減少了材料費用，減輕周邊環境污染。

2）現場應用的土釘均為標準節段，長度包括1、2、4 m。桿體尾部外凸，頭部內凹，土釘間通過承插連接并用螺栓固定，加大土釘錨固距離，提高適用范圍（圖2）。

圖2 標準節土釘

3）區別于常規的土釘桿體，可回收土釘入土時無需成孔與注漿工序，其外部帶有螺旋絲扣，可直接利用機械旋入土體。采用專用工具將土釘旋入土層，加快施工進度。

4）柔性面層相比于傳統噴射混凝土面層，只消耗少量混凝土，節約了資源，且不會產生較大的揚塵與噪聲問題，利于安全文明施工。

5）土釘面層采用防水土工膜、土工格柵互相搭配使用，能充分發揮材料各自特點。前者能避免雨水滲入邊坡土體，避免土體受水浸泡后失穩；后者具備一定的張力，能有效釋放土體產生的膨脹力，分擔土釘所受的荷載力。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

可回收土釘墻基坑柔性支護體系施工流程如圖3所示。

圖3 可回收土釘墻基坑柔性支護體系施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 基坑降水

土方開挖前按設計方案實施降水工作，要求水位降低至相應開挖土層底標高以下至少0.5 m，防止地下水突涌風險，保證基坑施工安全。

3.2.2 邊坡開挖及修整

1）按照基坑開挖專項方案進行土方開挖，采取分層開挖時，應由專人實施指揮，保證坡面按照設計的坡度修整平順，無尖銳突出物或其他雜物，便于后續坡面上鋪設柔性面層材料。

2）基坑挖深視施工現場的土質條件而定，一般為2～3 m，不得超挖。

3）考慮現場邊坡土層性質、自穩定時間以及土方外運速度等因素，綜合確定土方一次開挖長度。在地層條件良好時一次開挖長度可為18 m左右，否則應適當縮短土方一次開挖長度。

4）在現場土方開挖過程中，應注意土體類型是否與勘察方案中的一致，如出現不一致或特殊情況，應報告相應專業工程師進行分析，確保土方開挖安全順利。

3.2.3 可回收土釘施工

1）在土釘旋入施工前，應在坡面上準確定位出鉆進孔位，偏差不得大于150 mm。定位時，可采取縱橫向網格測定的方法，對照相應編號確定待施工孔位。

2）先在鉆機上安裝好帶有鉆頭的首節土釘，再將鉆機固定就位并對準設計孔位實施鉆入，鉆入角度偏差小于1°。完成首節土釘鉆入后按構造要求連接第2個標準節土釘，再次將其鉆入，以此循環，直至土釘設計長度。

3）現場應用的土釘均為標準節段，土釘之間通過承插連接并用螺栓固定。

3.2.4 混凝土壓頂施工

1）坡頂1～2 m范圍內綁扎φ6 mm@250 mm單層雙向鋼筋網，并在端部插入短鋼筋固定，再立模澆筑厚80 mm混凝土。

2）為增強柔性面層錨固強度，防水土工膜、土工格柵一端利用坡頂短鋼筋錨固，并用鋼筋網蓋壓，另一邊在坡面上圈起留待后續攤鋪。

3.2.5 柔性面層鋪設

1）修坡。面層施工前應再次對坡面進行適當修整，防止坡面鋒利塊石刺破面層，尤其對爆破開挖的巖石邊坡。

2）防水土工膜攤鋪。圈起的防水土工膜部分展開，在防水土工膜與土釘接觸處，用剪刀裁出相應大小孔洞，把防水土工膜孔洞穿入土釘與土體緊密相貼。防水土工膜鋪設應平整拉緊，采用尼龍繩對坡面的分幅復合土工膜進行縫合處理，搭接長度≥250 mm，保證形成整體。

3）土工格柵攤鋪。土工格柵鋪在防水土工膜上，并穿過土釘，土工格柵按設計邊界線進行攤鋪，直至基坑底部。土工格柵鋪設應平順張緊，搭接長度≥200 mm，搭接采用鍍鋅鐵絲綁扎連接。

3.2.6 支護體系固定

1）龍骨安裝。將角鋼架安裝在土釘端頭上，角鋼龍骨可起到加強筋作用，角鋼之間采用綴板固定，間距0.5 m。角鋼與土釘孔之間的空隙灌注M5水泥砂漿，逐序放置托盤、固定螺母（圖4），緊壓柔性面層，使得柔性面層緊密土層壓在坡面上。

圖4 角鋼龍骨安裝平面示意

2）連接鋼筋焊接。采用φ8 mm的光圓鋼筋作為連接鋼筋，焊接在相鄰2個托盤上，形成一個網狀的連接結構。

3.2.7 混凝土防火層施工

在已完成基坑支護面上噴射混凝土，厚度10 mm。

3.2.8 排水系統施工

對基坑邊坡坡頂周邊位置土體采取硬化整平處理，并于合適位置布置截水溝，避免水流沖刷坡面。為防止坡底泡水，在離開邊坡約1 m位置，于基坑坡底布設排水溝與集水井，收集積水后及時將其排出。

3.2.9 支護體系回收

1）土釘回收。基坑開挖后，實施回筑過程中，先拆卸螺母與托盤，切斷連接鋼筋，再通過鉆機將土釘反向旋出，收回的土釘可繼續用于下一項目，實現回收再利用。

2）柔性面層回收。拔出土釘后，按順序回收土工格柵及防水土工織物。

4 效益分析

本工法采用可回收土釘墻基坑柔性支護體系施工工法，既保證施工安全，又縮短項目工期，社會效益顯著。同時，相比傳統土釘墻施工方式，經濟效益分析如下：

1）傳統鋼筋混凝土面層需進行坡面初噴、鋼筋網施工、混凝土噴射、等強養護等工序，周期長，本工法采用柔性面層鋪設，縮短了混凝土噴射和養護時間，可節約工期約15%，且柔性面層工后可回收，節約材料費2%左右。

2）與普通土釘不同，本工法采用可回收土釘，其表面帶有螺紋，可直接采用機械旋入土體，不需要實施孔內注漿，只需采用專用工具將土釘旋入土層即可，大大加快了施工進度，可縮短工期約11%左右，節約材料費4%左右。

上述2個特點明顯地區別于常規方法，所產生的經濟效益可降低工程造價13%～16%。因此，本工法具有較好的社會效益與經濟效益。

5 應用工程案例

某工程位于我國西部地區，擬建建筑物包括居民樓、購物大廈以及地下停車庫等。其中地下停車庫的建筑面積約為35 000 m2。該工程的基坑挖深普遍在4～9 m之間，適合采用土釘墻支護，支護周長約1 000 m，設計使用期限為1年。本工程南邊的地下停車庫外墻邊線距離用地紅線較遠，現場施工場地較充裕，具備放坡支護條件。因此，本工程擬在基坑南側的其中某區段采取基于柔性面層土釘墻的基坑綠色支護工藝，摒棄傳統的混凝土材料形式。

在基坑開挖過程中，工人能快速施工基坑支護體系，基坑穩定可控，邊坡最大水平位移為8.98 mm，最大沉降值為7.80 mm，均在安全范圍內。施工完成后，基坑支護體系可進行全部回收，大大減少材料費用，減輕周邊環境污染。該工藝在保證基坑安全的前提下，既縮短了施工工期，也節約了支護費用，取得了良好的綜合實施效益。

6 結語

本工法基坑支護體系由可回收土釘＋柔性面層組合而成，采用的可回收土釘可根據實際需要進行加長處理，加大了可回收土釘錨固距離，提高了適用范圍。柔性面層相比于傳統噴射混凝土面層，只消耗少量混凝土，節約了資源，同時柔性面層施工污染小、速度快、造價低，不會產生揚塵與噪聲問題，在同類項目中推廣前景廣闊。