随着我国经济的高速增长，城市化的发展出现了人口增长与土地使用相矛盾的问题。高层建筑物日益向高空中发展，向地下空间发展，深基坑的支护结构设计下是这种情况下的产物，深基坑支护结构常见的形式有五种：地下排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙和放坡等。在基坑施工过程中，由于未按土质情况设置安全边坡和做好固壁支撑，导致坑壁坍塌事故比例增大。因此，《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）将基坑施工列为一项安全检查内容，并要求对于较深的基坑必须进行专项设计和支护。目前，深基坑支护已经有多种较为成熟的技术，土钉墙支护是其中一种比较新颖的技术。下面主要介绍土钉墙支护技术在深基坑支护结构中的应用。

 

　　土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，它是将土钉安设或打入基坑边坡土体内，土钉与土体空间排列形成空间骨架，起约束土体变形的作用，并与土体共同承担外荷载；在土体进入塑性状态后应力重分布，土钉分担应力增加。该项技术形成于20世纪70年代，20世纪90年代以来，我国有不少工程专家和学者对该项技术进行了深入的研究和应用，证实它是一种技术可行、安全可靠、经济效益可观的技术，并已将其成功地应用于非软土场地基坑支护。

 

　　在工作机理上，土钉墙是高强度土钉、网喷混凝土面层及原状土三者共同受力，增强了土体破坏延性，很好地改变了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，缩短了工期；在投资方面，因土钉利用了土体的自承载能力，使基坑周围土体转化为支护结构的一部分，经济效益可观。

 

　　土钉墙支护一般适合于地下水位以上或经过降排水措施后的素填土、普通粘性土、粘性的砂土和粉土等较均匀土体边坡。近年来，该项技术在东南沿海地区的基坑开挖中得到迅速的发展，不仅在砂性土的基坑开挖中广泛应用，而且在填土和软弱土层中也得到成功应用。利用水泥土桩组合式土钉墙支护技术，使该项技术能够应用在下降水的高水位地层。当场地同时存在土层和不同风化程度岩体时，应用土钉墙支护特别有利。

 

 

　　某工程，框架结构，占地面积2800m2，建筑面积5600m2，地下带一层车库，其西侧与原有职工宿舍相邻。

 

　　该基坑开挖深度范围内，以粉细砂为主，地下水位较深(对该工程没有影响)，本工程基坑支护设计必须满足以下条件：

 

　　2.1保护边坡的安全与稳定

 

　　2.2保证边坡的位移不得危及周围建筑物和道路的安全及正常使用

 

　　2.3经济、快捷

 

　　根据以上情况，经济技术及经济分析、多方案比较后，在确保工程自身及相邻建筑安全的前提下，决定采用土钉墙进行基坑支护较为经济，合理。因为其工期短，比桩墙式支护结构可节约费用30%～60%。

 

　　3.土钉墙支护结构设计

 

　　3.1支护条件

 

　　基坑开挖深度7.1m，未见地下水，地面均布荷载q。=20kPa，基坑边坡角度75°。

 

　　粉土层：h=2.5mc=20kPa<18°r=19kN/m3

 

　　粉细砂：h=4.3mc=6kPa<32°r=20kN/m3

 

　　根据土质情况确定土与锚固体间的摩阻力为40kPa。

 

　　3.2土钉作用机理

 

　　土钉支护方法是逐层开挖基坑，逐层在边坡上以一定倾角将土钉(钢管)打入土体内，之后向钢管内注浆，由于注浆时需施加压力(一般在015MPa～018MPa)，浆液在压力作用下，从钢管壁的小孔(预先设置注浆孔)内渗出，沿土体裂隙及毛细孔扩散，与土体粘结形成土钉体，随后在坡面挂钢筋网，并与土钉连接，最后在坡面上喷射混凝工。高强度土钉、原状土体与喷射混凝土面板层相结合，形成一个“复合结构”，可以充分利用原状土的自支撑能力，使土体整体抗剪强度提高、位移减小、实现加固、支挡和稳定的作用。

 

　　3.3支护设计

 

　　支护设计根据施工现场条件和施工经验进行：

 

　　3.3.1土钉抗拉强度验算

 

　　3.3.2抗拔力验算

 

　　3.3.3稳定性验算

 

　　通过对支护结构的内部和外部整体稳定性计算，得出整体稳定安全系数、抗滑移安全系数、抗隆起安全系数均满足规范要求。

 

　　3.4土钉墙整体稳定性验算

 

　　土钉加固形成的复合土体，使其在土钉加固范围内形成一个“土钉墙”它的作用机理类似重力式挡墙，因此，采用重力式挡墙的稳定性分析方法对土钉墙进行分析。求得其抗滑移安全系数为2.4>1.3(满足要求)；抗倾覆安全系数为10.8>1.5(满足要求)。

 

 

　　4.1土钉及土钉墙施工

 

　　土钉为钻孔注浆型，采用梅花布置。土钉墙支护与基坑开挖同步进行，即基坑开挖完成土钉支护结束。对于刚开挖的基坑要先护坡，后成孔。

 

　　由于土层主要为粉细砂，其自稳能力差，土钉成孔难度大，所以，在成孔过程中要避免对周围土体的扰动，成孔后要缩短注浆时间，并在水泥浆液中添加减水剂，以提高锚固体的早期强度，待土钉锚固体强度达到设计强度70%以上时，方可挂钢筋网，喷射混凝土。具体操作流程如下：

 

　　4.1.1施工前应查清基坑周边地下管线的情况，核实地下管线的走向、位置与本次施工方案有无冲突，及时变更设计，成孔时避开，保护地下管线。

 

　　4.1.2基础加固。基坑东面的6层住宅，因与本基坑间距较小，并且基底标高为地平面以下4m，所以在土钉施工前应先对此基础进行加固，根据实际情况，采用基础托换加固，此项工作完成后方可进行下道工序的开始。

 

　　4.1.3根据土钉支护施工特点，基坑采取分层、分段开挖，逐层、逐段交替作业进行施工，不允许超挖。遇到突发事件，及时采取措施，避免更大事故的发生。

 

　　4.1.4为保证基坑支护结构在开挖、支护和基础施工期间的安全与稳定，在基坑边坡顶、建筑物四周设置位移观测点，在每层开挖及支护后进行观测，同时注意基坑四周的裂缝观察，通过数据显示，基坑最大位移3mm，建筑物安全稳定。

 

　　4.2质量控制

 

　　4.2.1注浆控制

 

　　注浆质量是保证土钉抗拔强度的关键，所以，将注浆管插至距孔底250～500mm处，采用逐渐加压、间歇的方式注浆。

 

　　4.2.2混凝土面层控制

 

　　混凝土面层为非主要受力构件，可按构造设置，所以其厚度取80mm，设计强度C20，分两层喷射。面层结构钢筋网片取<6@250×250，并在土钉端部与井字型钢筋(<-20，L=40mm)互相焊接。

 

 

　　目前，基坑支护的方法很多，如地下连续墙、护壁桩、预应力锚杆、土钉墙等，其中，土钉墙是一种较为经济实用的支护型式，合理的设计、正确的施工，将会取得良好的经济效益。本工程中应用土钉墙施工技术，在保证安全的前提下，做到了工期最快、质量最好、造价最小，有效地解决了本工程场地狭窄的问题。