浅谈土钉墙支护技术在深基坑施工中的应用

浅谈土钉墙支护技术在深基坑施工中的应用

作 者：王 栋

【关键字】：土钉墙支护；边坡；材料；施工工艺；质量控制 【摘 要】：土钉墙技术是通过土钉技术的加固使其成为一个复合挡土结构。尽管该技术应用较为广泛，但其理论研究却落后于工程实践，特别是对于土钉支护软弱岩质边坡工程的研究则更少，因此，本文通过分析土钉墙的支护特点，针对边坡支护的机理，从施工材料及机具的准备，到施工工艺及质量控制的相关技术进行探讨，以期充分发挥土体的空间支护作用，使边坡位移和变形及时得到约束限制。 【正 文】

1、土钉墙支护的特点

1.1 土钉墙支护法，以尽可能保持、显著提高、最大限度的利用基坑边壁土体固有的力学强度，变土体荷载为支护结构体系的一部分。喷射混凝土在高压气流的作用下高速喷向土层表面，在喷层与土层之间产生一种“嵌固作用”，并随着土方的逐步开挖形成全封闭支护系统喷层与嵌固层都具有保护和加固表土层，使之避免风化和雨水冲刷、浅层坍塌、局部剥落，以及隔水防渗等作用。土钉的特殊控压注浆可使被加固介质物理力学性能大为改善并使之成为一种新的地质体，其内固段深固于滑移面之外的土体内部，其外固段同喷网面层联为一体，可

以把土壁不稳定的倾向转移到内固段及其附近并消除。钢筋网可以使喷射层具有更好的整体性和柔性，能有效的调整喷射层与土钉的内应力分布。

1.2 土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定还有以下特点：

1.2.1 形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡荷载的能力。

1.2.2. 施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。

1.2.3 随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。

1.2.4 施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。

1.2.5 土钉墙成本较其它支护结构显著降低。 1.2.6 施工噪音、振动小，不影响环境。

1.2.7 土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。

2、土钉墙边坡支护的机理

土钉墙加固与传统的护坡和挡土墙支撑机理不一样，土钉墙在一定的边坡范围内形成了一个整体加固区，由于很密的土钉锚杆的作用，滑移面不可能出现在加固区，只可能会出现与非加固区，从而使滑移面远离边坡，达到稳定边坡的目的，加固区的整体稳定，包括加固区抗倾覆与抗滑移的问题，用增加

加固区的宽度和底排土钉锚杆打成向下倾斜穿过滑移面等措施来解决，土钉墙通过下述几个方面的综合作用使边坡周边土体形成加固区。 2.1 锚固作用

密布的锚杆与砂浆柱体相结合对周围土体产生有效的锚固作用，限制了砂浆柱体周围的土体变形。

2.1.1 土钉不需要施加预应力，而是在土体发生变形后使其承受

拉力作用；

2.1.2 土钉支护在边坡中比较密集，起到了加筋的作用，提高了

土体的整体强度，为被动受力机制。由于土钉在全长范围内与土体接触，其荷载沿整个土体进行传递。 2.2 土钉浆孔对土体的挤密作用

由于土钉锚杆的密度比较大，挤密作用的影响也比较大，使加固区的土体比非加固区土体密度大。密集的土钉与土钉之间土形成复合土体，其结构类似重力式挡土墙，个别土钉的破坏不会使整个结构的功能完全丧失。 2.3 护坡作用

土钉墙的面层不是主要受力结构，其主要作用在于保持土体的局部稳定性或整体稳定。 2.4 土钉受力及规模

一般锚杆长度在10~45m之间，直径较大，锚杆所受的荷载可达400kN以上，某些预应力锚索设计荷载可达3000kN。

其端部的构造较土钉复杂；而土钉长度一般为3~15m，浆体直径100~150mm左右，一般不提供很大的承载力。单根土钉受荷一般在100kN以下，面层结构较简单，利用小尺寸垫板及挂钢筋网喷射混凝土即可满足要求。

目前国内土钉支护结构主要用在建筑深基坑边坡支护上，用于公路边坡支护的较少。这主要是因为基坑深度不大，一般不超过20m。但是山区，道路路垫边坡很高，原来的力学平衡破坏严重，产生的滑坡推力每延1米可达1000kN以上，采用土钉支护结构则难以满足要求。对于一些滑坡推力小的土石质路垫边坡，仍可采用土钉支护，既节省投资，也能缩短工期，具有明显的优势。一些缺乏稳定性的高路堤或挡土墙也可以采用土钉支护加固，但还有待于我们改进土钉支护技术，使其优点发挥在整个边坡支护中。

3、土钉墙边坡支护的施工材料及机具

3.1原材料

土钉钢筋使用前应调直、除锈；选用P32.5普通硅酸盐水泥；采用干净的中粗砂，含泥量小于3%；采用干净的砾石，粒径2~4mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。 3.2施工机具

土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用（冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲）能完成设计要求的有效机具；注浆泵选

用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续水平距离不小于60m，垂直距离不小于10m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求；搅拌方法采用现场人工搅拌或混凝土搅拌机搅拌。

4、土钉墙边坡支护的施工工艺

土钉墙的施工流程为：挖土→修理边坡→初喷→凿孔→插钢筋杆（土钉）→灌注砂浆→挂钢筋网→复喷。 4.1 开挖修理边坡

土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度（一般为1~2m），同时要保证坡角尽可能的达到设计要求，坡面平整光滑，坡角未达到设计要求的则要在开挖后，宜采用小型机具或铲锹进行切削清坡，进行专门修整。 4.2 初喷

为使挖好的坡面不产生塌方，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土材料的配合比为水泥：石子=1.5:1.5，水灰比=0.5~0.6左右。 4.3 凿孔

根据经验及现场试验，一般采用人工洛阳铲成孔，孔径、孔深、孔距、倾角必须满足设计标准，其误差符合《基坑土钉支护技术规程》的要求。如出现边坡土体含水量较大，杂填土较厚，松散砂层等情况不宜进行人工成孔时，采用钢管代替钢筋，利用机械打入土层，钢管上每隔300mm钻自径8-10mm的出

浆孔，梅花形布置，并以L30角钢呈倒刺状焊于孔边，以防打管时散落土粒堵塞出浆孔，同时增加其抗拔力，钢管前端宜作成锥形，以减少打入时的摩擦阻力。成孔过程中如遇障碍物需调整孔位时，不得影响支护安全，成孔后需要进行清孔检查，对塌孔处应及时处理。 4.4 插杆与灌浆

4.4.1 插杆：在Ф18-32mm的Ⅱ级或Ⅲ级钢筋上设置定位架，保证钢筋处于孔中心部位，支架沿钉长的间距为2-3m左右，支架的构造应不妨碍注浆时浆液的自动流动。

4.4.2 灌浆：成孔后应及时采用重力、低压（0.4-0.6Mpa）或高压（1-2Mpa）方法按配比将水泥浆或砂浆注入孔内。重力注浆以满孔为标准；压力注浆采用二次注浆法，并在钻孔口设置浆塞和排气孔；注浆导管应先插入孔底，以低压注浆，同时将导管匀速缓慢撤出，导管的出浆口应始终处在孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部逸出。导管离孔口0.5-1m时高压注满，并保持高压3-5min；采用钢管时应采用高压注浆，注满后要及时封堵；注浆时需加入早强剂和膨胀剂以提高注浆体早期强度和增大其与孔壁土体的摩擦力。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。 4.5 挂钢筋网

上道工序完工后，按设计要求进行挂网。钢筋网片用6-8mm盘条钢筋焊接或绑扎而成，网格间距150-300mm。在喷射混凝

土之前，面层内的钢筋网片应牢固固定在边壁上，保护层厚度符合规定要求。钢筋网片用插入土中的U型钢筋卡固定，在混凝土喷射下应不出现振动。 4.6 复喷

挂好钢筋网后，整个坡面复喷混凝土。

①喷射混凝土时喷射顺序应自下而上，喷头与受喷面距离宜控制在1.5m左右范围内，喷射方向垂自指向喷射面，在钢筋部位应先喷钢筋后方，然后再喷射钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙。

②为保证喷射混凝土的厚度，可用插入土内用以固定钢筋网片的钢筋作为标志加以控制。当面层厚度超过100mm时应分二次喷射，每次喷射厚度宜为50-70mm。

③继续进行下步喷射混凝土作业时，应仔细清除预留施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，为使施工缝搭接方便，每层下部300mm 处喷成45度的斜面形状（甩斜槎）。

④喷射混凝土终凝后2h，应根据当地条件，采取连续喷水养护5-7d。土钉墙支护最下一步的喷混凝土面层宜插入基坑底部以下深度不小于0.2m，在基坑顶部也宜设置宽度为1-2m的喷混凝土护顶。

5、土钉墙边坡支护的施工质量控制

5.1 原材料控制

采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类等的不合格材料；选择的外加剂不能对水泥的凝固、水化作用产生不利的影响。 5.2 施工工艺的控制

土钉孔眼的位置必须根据受喷面实际情况和设计布置。作土钉使用的钢筋，使用前须除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度不得小于设计要求的90%，安装后不得敲击、碰撞。灌浆用的砂浆或水泥浆应拌和均匀，随用随拌，孔眼在灌浆前用风吹净，灌浆时从孔底开始，连续均匀的进行。挂钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的联接必须牢固可靠。喷射混凝土配合比必须经试验确定喷射混凝上宜随拌随用。分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上，则受喷面必须用水、风清洗；喷头应与受喷面垂自其距以0.8-1.5m为宜。喷头应连续、缓慢横向移动喷射厚度应均匀。喷射混凝土施工终凝2h后及时进行湿润养护，养护时间不得少于7天。

土钉墙施工成功解决了基坑边坡的土体强度及整体稳定性问题，保证了施工的安全。此外，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比，其造价低，施工方便。因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。土钉墙施工周期短，与挖土同时进行，很少占用独立工期。

挖土与土钉支护都分层分块施工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，使边坡位移和变形及时得到约束限制。

6、安全管理及环保措施

6.1 安全管理

认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理体系，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。

施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并合理挂设各种安全标识牌。

各类房屋、库房、材料场等的消防安全距离做到符合公安消防部门的规定，室内不堆放易燃品，严格做到不在木工加工场料库等处吸烟，随时清除现场的易燃杂物，不在有火种的场所或其近堆放生产物资。

施工现场的临时用电严格按照施工现场临时用电安全技术规范的有关规范执行。电缆线路应采用三相五线接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。施工现场使用的手持照明等使用36v的安全电压。室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫，并安装漏电保护装置。

建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化、安全化。 6.2 环保措施

成立相应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中，严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护法律、法规和规章制度，加强对施工燃油 、工程材料 、设备 、废水、 生产生活垃圾、弃渣的控制和治理；遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导工作， 随时接受相关单位的监督检查。

将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工现场整洁文明。

对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠地防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求全体施工人员详细交底。

设立专用排浆沟、污水进行集中处理，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。定期清运沉淀泥沙，做好泥沙、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。

7、效益分析

本施工方法避免了地面施工产生的大量场地占用，消除了

对交通的严重影响，施工产生的振动噪音、 粉尘等公害也得到了最大限度的降低，为以后在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进类似工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

本工法与类似工程的工法相比，由于工程的地面部分小，场地易于布置，工程进度快，干扰因素少，有利于文明施工，各种资源能较好地利用，能确保周围既有设施完好无损，节约了大量工程地面场地占用等费用，产生了较好的经济效益。