土钉墙是由天然土体通过土钉就地加固并与喷射混凝土面板相结合，形成一个类似重力挡土墙以来抵抗墙后土压力的一种支护结构。在工作机理上它是由高强土钉，网喷混凝土面及原状土三者共同受力，来维护基坑边坡的土体稳定。土钉墙支护技术，很好地增强土体破坏延性，改变边坡突然塌方的性质，有利于安全施工。在工艺上，采用了边开挖边支护的方法，工作面不受限制，与其它支护相比，施工速度快，工期可缩短50%以上，用料省、节约造价可达60%左右。因此它在公路交通，水利建设，建筑工程等行业中应用越来越广泛。

 

 

　　某工程建筑面积33820m2，地上十三层，地下一层，其地下室基坑采用土钉墙支护方案，基坑开挖深度为6.15m。

 

　　2.1工程地质情况。

 

　　开挖深度范围内地质特征分层描述如下：

 

　　①杂填土：灰黄色，以碎石块、粘性土等组成；松散稍密；层厚0.2～1.5m，全场分布。

 

　　②粘土：灰褐色，含铁锰质斑点，少量腐植物碎屑，可～软塑，层厚0.4～1.8m，局部缺失。

 

　　③淤泥：青灰色，含少量粉细砂，腐植物碎屑，零星贝壳残片，土性呈流塑，层厚13.0～15.4m，全场分布。

 

　　2.2设计情况

 

　　计算软件采用北京理正软件研究所“理正深基坑支护结构设计软件”F-SPWV4.33，基坑重要系数，基坑周边施工荷载=15KPa。

 

　　2.3施工要点

 

　　2.3.1土方开挖。

 

　　本工程土钉主断面处土方开挖分四个层次，第一层挖深1.3m，水平分段长度不大于12m进行跳挖，边挖边进行支护施工。第一层支护完成后再进行第二层土开挖，第二层每段开挖长度不得超过10m，挖深2m。第三层土挖深2m，第四层土挖深0.85m，每段开挖长度不超过6m。

 

　　当土方开挖至标高-6.45m处，开挖时采用“五边”法，即边挖土，边凿去工程桩上部多余桩长，边铺片石基层，边浇混凝土垫层，边砌地梁和承台砖胎模。这样既能加快工期，又保护基坑土体不长期暴露，有利于基坑稳定。

 

　　2.3.2锚杆制作。

 

　　本工程锚杆施工部位为淤泥土，机械成孔较为困难，故锚杆制作因地制宜。其制作方法：杆头采用150铁质锥形扩孔头，杆身采用48×2.5焊接钢管，在钢管外壁上钻3排梅花形直径8mm的出浆孔，沿杆长方向每300mm设一个。杆端1m处为自由段不开孔，用止浆编丝袋隔开，每孔前焊20mm长10钢筋头，在锚杆压入土体时减少淤泥土进入杆内，同时可增加握窠力，锚杆长度按设计进行断料，管与管对接时外围均布314，L=140mm单面焊接。

 

　　2.3.3锚杆注浆和砼墙施工。

 

　　本工程注浆砂浆配合比为水泥：砂：水=1：0.3：0.5，每米锚杆注浆必须大于30Kg水泥，采用低压（0.4～0.6MPa）方法注浆裹管。注浆分三段，第一段压力注浆时应用32高压管直通入管底注浆；拔出注浆管3m，进行第二段注浆，再拔出3m，进行第三段注浆，直至达到注浆量与注浆压力要求。土钉墙厚100mm，分二层施工，第一层厚70mm，在人工修整边坡后，直接喷射在泥土侧壁，之后铺设6.5@250×250双向钢筋网及14骨架钢筋，然后喷射厚30mm的第二层混凝土。

 

　　3.1支护观测及失稳处理。

 

　　3.1.1支护观测主要内容为支护结构位移的量测和肉眼观察地表开裂情况，本工程基坑周围共设23个观测点，在基坑施工中，每天观测一次，其第46次观测位移累计数据。

 

　　3.1.2由观测数据可知，最大位移发生在7#～9#点，最大水平位移达202mm，垂直位移364mm，已超出变形许可范围，同时用眼观测此段基坑周边已出现裂缝，因此作如下处理：

 

　　（1）卸掉此段基坑周边土，以减轻土体主动土压力。

 

　　（2）基坑内壁堆积砂包，以减少侧壁进步位移。

 

　　其它部位，部分位移虽然较大，但观测时，变形已基本稳定，地表无明显裂缝，坑壁无坍塌，总体稳定性良好，基坑围护是安全的，可不作处理。

 

　　3.2锚杆抗拔试验。

 

　　（1）为检测锚杆抗拔力，确保土钉墙质量，选取一组三根（编号为S1#、S2#、S3#、）锚杆进行抗拔试验。

 

　　（2）参照基坑土钉支护技术规程，CEC96：97的规定，采用以下方案进行试验。

 

　　（3）选用设备：加载设备利用上海千斤顶厂生产的QFZ450-25型的油压张拉千斤顶，一只行程为50mm的位移计观测锚头的变位情况。加载压力及位移观测由武汉岩海技术开发有限公司研制的RS-JYB静载荷测试仪显示与记录。

 

　　（4）试验方法：分五级加载，每级荷载17/16KN，要求最大加载力为84KN，试验过程中每级加载后，第0，1，6，10min测读一次变位数据，若同级荷载作用下1min与10min的位移增量小于1mm，即可施加下一级荷载；否则应保持荷载不变继续测15，30，60min的位变，若6min与60min的位移增量小于2mm，可进行下一级加载，否则即为达到极限荷载。

 

　　（5）试验成果：综合试验锚杆的荷载一位变一时间关系，汇总有关数据如下。

 

　　从试验的结果分析，本次的S1#、S2#、S3#锚杆的抗拔极限力为68KN，均未达到最大极限植84KN。

 

　　3.3位变原因分析。

 

　　根据基坑位移观测点位变偏大及抗拔试验极限承载力偏低的情况，分析其原因如下：

 

　　3.3.1设计原因。

 

　　（2）根据土体力学指标及相关数据，代以上公式，支护主断面的从上到下六根土钉的受力情况，土钉抗拉承载力计算。

 

　　（3）由计算结果可知，1#～4#锚杆满足土钉抗拉的基本要求，5#、6#锚杆的土钉抗拉设计值小于土钉受拉荷载标准值。由此原因，形成局部土钉墙观测点位移偏大，为确保基坑安全，在基坑底部增设一排120L=4m@500的松木桩，在坑壁增设二排48L=9m@1000花杆以分担部分土体侧压力。

 

　　3.3.2施工原因。

 

　　本工程锚杆制作时，锥形扩大头直径采用89，采用0.4～0.6MPa压力注浆，据监理施工记录，第一排锚杆注浆量可达到每米锚杆30Kg水泥用量，其余锚杆均未达到注浆量要求，由此可知，土钉锚固体直径亦未能达到设计要求，造成土钉实际拉拔力降低，形成基坑位移偏大。

 

　　（1）土方分层分段跳挖是土钉墙施工的一大特点，是确保支护安全的关键，施工时严禁乱挖或一挖到底。

 

　　（2）土钉锚杆每米水泥灌注量是施工中重要指标，本工程由于施工时土钉孔径太小，造成水泥灌注量不足。因此注浆时要确保水泥用量，使得土钉锚固体直径达到设计要求，以保证土钉的抗拔承载力。

 

　　（3）根据地质实际情况，应验算土钉抗拔力，以确定合理的锚杆长度和孔径，避免因土钉抗拔力不足引起基坑位移过大。