某医院新建病房大楼总建筑面积32840m2，地上主楼十七层，裙房三层，地下一层，建筑总高度72.6m，框架剪力墙结构，基础最大开挖深度6.0m。该场地地质主要指标见表1，地下水位埋深-0.50m，地下室底板坐落于土层②-2上。

 

　　该工程南侧距七层病房楼最近距离22.6m，东侧距泵房4.4m，西侧为临近主干道的施工主要出入口和道路，距离小于4m，北侧距消防通道1.2m。

 

　　因基坑东、北、西三侧临近建筑物或主要通道，为防止建筑物开裂或通道缺失，据此并经专家论证，除南侧边坡采用自然放坡外，在深基坑围护最困难的东、北、西三侧边坡采用土钉墙支护结构进行基坑围护。

 

　　2土钉墙支护机理

 

　　土钉墙支护体系是一种通过“土钉”与土（或岩石）牢固结合而共同工作的主动制约机制的支挡体系。它一方面体现了土钉与土界面间阻力的发挥程度，另一方面，由于土钉与土体的刚度比相差很大，所以在土钉墙壁进入塑性变形阶段后，土钉自身作用逐渐增强，从而改善了这种复合土体塑性变形和破坏性状。

 

　　3土钉墙参数设计

 

　　3.1根据工程类比和经验，初选结构各部分尺寸。

 

　　因场地条件限制，本工程采用直立边坡加砼喷浆土钉墙支护作为基坑围护。初步选择土钉Φ20（Ⅱ级）钢筋，孔径100mm，水平倾角15°，水平和竖向间距均为1.2m，四排土钉呈梅花状布置，长度自上而下依次选择11m、13m、13m和10.5m。喷射砼面层厚度100mm，内配ф8（Ⅰ级）@200×200焊接钢筋网片，端头用长度为300mm的Φ16（Ⅱ级）钢筋做成井字压筋，分别与土钉及网片焊接连接。土钉与土体之间的界面粘结强度τ取值为60KPa。

 

　　3.2设计参数验算（仅选择最底层土钉计算，其余过程从略）

 

　　对于c/rH=20.4/19.2×6=0.177>0.05的粉质粘土

 

　　ka=tg2（45°-？覫/2）=tg2（45°-15°/2）=0.59

 

　　则：

 

　　①土体自重引起的侧压力峰压

 

　　pm=ka（1-2c/rH√ka）rH=karH-2c√ka=0.59×19.2×6-2×20.4×√0.59

 

　　=36.63KN/m2≤0.55karH=0.55×0.59×19.2×6=37.38KN/m2。

 

　　②地表均布荷载引起的侧压力：pq=kaq=0.59×40=23.60KN/m2。

 

　　③在土体自重和地表均布荷载作用下的每一土钉中所受的最大设计拉力：

 

　　N=（pm+pq）SvSh×1/cos？覫=（36.63+23.60）×1.2×1.2×1/cos15°=89.79KN。

 

　　④设计内力尚应满足（1）式，即

 

　　Fs，dN≤1.1πd2/4×fyk（1）

 

　　因：Fs，dN=1.2×89.79=107.75KN

 

　　<1.1πd2/4×fyk=1.1×3.14×0.022/4×335×103=115.71KN

 

　　故：选择直径Φ20（Ⅱ级钢）作为土钉及其水平、竖向、水平倾角等数据合适。

 

　　⑤土钉长度需满足（2）式（仅选择最底层土钉计算，其余过程从略），即

 

　　l≥l1+Fs，dN/πd0τ=6tg[90°-（45°+？覫/2）]+Fs，dN/πd0τ

 

　　=6tg37.5°+107.75/（3.14×0.1×60）=10.32m。（2）

 

　　故最底层土钉选择长度为10.50m。

 

　　3.3内部整体稳定性土钉墙支护是从上往下逐层施工。在施工阶段的稳定性往往比建成后更处于危险状态，尤其是在某一层开挖完毕而土钉尚未安装的情况下。因此，对施工期间不同开挖深度及基坑地面以下可能滑动面，按照《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）有关计算公式，采用圆弧滑动简单条分法利用微机验算边坡的内部整体稳定性。因计算过程繁杂，在此阐述忽略。

 

　　4主要施工技术措施

 

　　①边坡开挖：根据专项施工方案，边坡分层开挖、分层支护。每层开挖深度1.0m左右，开挖宽度以满足一个作业面支护作业为宜，并采用跳格开挖技术措施，以使相邻坡面喷射砼面层达到一定强度可作业为止，通常间隔时间为3～5天。

 

　　②修坡：机械开挖后，由人工铲除边坡上的松土和欠挖土体，填实超挖洞孔，进一步提高边坡的平整度。为防止作业面有较大渗水，设置临时排水孔，待边坡喷射锚作业完成后，可作为坡面泄水孔处理。

 

　　③土方挖运：采用边挖边支护边运出的施工方案。

 

　　④挂网：钢筋网的直径、间距和构造按照支护设计图纸施工，钢筋网离边壁不小于30mm，各层钢筋网之间应焊接牢固，搭接长度300mm满足规范要求。锚头是与水平加强肋和钢筋连接的关键部位，施工时应保证其面网的刚性。

 

　　⑤成孔：作业面上的土钉孔位、直径、深度、角度、间距、排距等均应符合支护设计图纸要求，使用锚杆机造孔过程产生的残泥浆应清洗干净。施工时应做好相关隐检记录。

 

　　⑥土钉及土钉端头的制作和安装：应满足支护设计图纸和钢筋焊接技术规程要求。土钉支撑架控制间距在2～3m之间。

 

　　⑦土钉注浆：采用水灰比为0.4～0.5的水泥浆，注浆管插至距孔底250～500mm处，孔口部位设置止浆塞及排气管，注浆压力0.4～0.6MPa。

 

　　⑧喷射砼：采用C20细石砼，顺序为自下而上垂直坡面喷射，且喷头与坡面距离控制在0.8m～1.0m范围。钢筋网在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不小于20mm。

 

　　⑨排水：开工前做好排水明沟以及出入口处洗车槽的污水排放沟。基坑完成后，在坡面及坡顶部翻边喷射C20细石砼100厚，其四周砖砌止水坎200高；在坑内设置临时集水井，注意及时有组织地排放基坑内的积水，减少基坑浸泡时间，降低基岩软化程度。

 

　　⑩施工质量监控：在施工中加强对各工序和各环节的技术监控，出现特殊问题应及时处理，必要时修改支护设计参数和施工方案，确保施工质量和安全。对支护结构施工及使用的原材料和半成品按照相关施工验收标准进行检验。

 

　　{11}基坑监测：为确保基坑的安全开挖，在整个施工过程中进行基坑监测，由专业的监测队伍进行全过程观测，并及时将监测资料反馈，以便及时分析处理做到信息化施工。

 

　　{12}基坑周围8m范围内堆载不得超过15Kpa，严禁重车行驶、停放。

 

 

　　①如施工中发现局部位移超过警戒值时，及时汇报设计单位，可采取加长、加密土钉或放慢挖土速度等方法控制基坑壁位移。

 

　　②如开挖至坑底，发现基底隆起或管涌现象时，应在该区域加设井点或土方回填，并及时报设计处理。

 

　　③在开挖过程中如发现位移较大，地面有水平错裂缝出现时，可暂时停止挖土或回填三合土反压，并用水泥砂浆填筑灌实裂缝。

 

　　④现场配备如草包、速凝剂等应急抢险物资。

 

　　⑤在对周围路面沉降观测过程中，如发现其沉降趋势超过警戒值，则须在路面周围适当位置设置回灌水井，以减少其下地下水位的降低速度，稳定沉降速率。

 

　　⑥现场应投入必要的抢险物资和设备，特别需配有发电机，以保证井点即使遇到停电也能迅速恢复降水。

 

 

　　整个基坑支护工程在距原建筑物较近且地质条件较差的情况下，采用土钉墙结构进行支护，首先在对工程总体的施工质量上得到保证。其次在工期方面，土钉墙施工无独立的工期要求，和土方开挖工期30天一致，相对于其它如深层水泥搅拌桩支护结构的62天计划工期，其为工程的及早建设节省了一个月的时间。再者在经济方面，土钉墙支护结构造价在30万元左右，而深层水泥搅拌桩支护结构的造价约70万元，二者比较节省了近40万元的工程费用。

 

　　实践证明，土钉墙支护技术具有及时、快速、随挖随支与基坑同步施工，且不占独立工期，占用施工场地小，边坡位移小，边坡稳定效果好，经济效益也十分明显等特点，因此，对于本工程而言，该技术的应用是成功可行的。