土钉墙是一种施工简便的深基坑支护方案，是高度强网喷混凝土面层、土钉及原状土三者共同受力，增大了土体延性的破坏，有效的改变了边坡突发塌方的危险，有助于施工的安全，其工艺采取了边支护边开挖的办法，工作面不会受到限制，工期有效缩短；在投资效益上，经济效益可观。

 

　　1.土钉墙结构及作用机理

 

　　土钉墙的组成是由加固土体、钢筋混凝土及土钉结合，组成一个类似重力式墙的挡土体系，利用自身的强度及刚度去承受和抵抗坑壁侧向应力，使开挖坡面牢固。土钉的设置是由成孔、插筋及注浆来完成，沿着其通长与周围土体接触，接触面的粘结摩擦力与被加固土体结合形成复合体，当坡体出现变形时，土钉将会产生被动应力，并由于其被动受拉作用对坡体有约束作用，通过混凝土面层对复合土体的变形进行约束。

 

　　土钉墙通过充分利用被加固土体自重，从而对支护结构的负载有降低效果。土钉墙本身结构轻便、柔性大、延展性良好，施工设备简单，对周围环境干扰小。与土方开挖平行作业时，不需要单独的施工场地。对于施工空间狭小，放坡难度大的工程更能显示出其独特的优越性。与其他类型的边坡支护方案相比，土钉墙工程造价更低。

 

 

　　某综合大楼为框架—剪力墙结构，地下一层，地上十九层，主楼基础东西长36m，南北宽37.2m，工程需要开挖约6m基坑，工程自然地坪标高为8.9m，坑底标高为2.94m，根据土质情况及周边环境，先后考虑了各种支护方案，水泥搅拌桩、松木桩不能满足抵抗土体压力的要求，若采用沉管灌注桩和搅拌桩相结合的方案，不但工期长，而且造价相对较高，综合比较后决定采用土钉墙支护技术。

 

　　3.设计参数

 

　　场区地质条件自上而下分别为：杂填土、可塑性粘土、硬塑状粉质性粘土、粘土4类，地下水位埋深1.9m~7.4m。

 

　　根据基坑开挖深度、工程地质条件、基坑周边环境的因素，确定该基坑采用复合土钉墙支护，基坑侧壁安全等级为一级，侧壁重要性系数为1.1.

 

　　设计依据：《岩土工程勘察报告》《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)、《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)。

 

 

　　4.1测量、降水。

 

　　先用测量仪器准确定出水池外壁轴线位置，预留工作面，用石灰标出开挖线。基坑降、排水。在土方开挖前，应提前进行降水，分层开挖时，地下水位要求低于开挖层底以下0.5m～0.8m，土钉墙顶做C20钢筋混凝土护面，并设置排水沟和集水井等排水设施。

 

　　4.2土方开挖

 

　　土方开挖一定要与土钉墙施工紧密配合，护坡面开挖必须符合设计要求，具体要求如下：

 

　　①当上层土钉砂浆及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后，才能进行下层土方开挖及下层土钉墙施工；②基坑开挖要根据设计要求由上而下分段分层进行，及时做好支护，禁止超挖；③机械开挖后应辅以人工修整坡面，坡面平整度允许误差±50mm，坡面大小和坡面平整度应达到设计求。

 

　　4.3拉杆安设

 

　　本工程使用φ28钢筋作为拉杆，拉杆应由专人制作，要求顺直。钻完后应尽快地安设拉杆，以防止钻孔坍塌。拉杆使用前要除锈，钢筋如涂有油脂，在其锚固段要仔细加以清除，以免影响与锚固体的粘结。拉杆焊接采用两根帮条焊接，帮条长度不小于4d（d—拉杆钢筋直径），一般焊缝高不小于7～8mm，焊缝宽不小于16mm。孔口附近拉杆钢筋事先涂一层防锈漆，并用两层沥青玻璃布包扎做好防锈层。为将拉杆安置于钻孔的中心，防止非锚固段产生过大的挠度和插入孔时不搅动孔壁，并保证拉杆有足够厚度的水泥浆保护层，通常在拉杆表面设置定位器。定位器的间距，在锚固段为2m左右，在非锚固段多为4～5m。插入拉杆时应将灌浆管与拉杆绑在一起同时插入孔内，放至距孔底保持50cm。

 

　　通常要求清孔后，立即插入拉杆，插入时将拉杆有定位支架的一面向下方，在插入钢筋拉杆后将套管拔出。如用凿岩机凿孔，则要在灌完浆后才插入钢筋拉杆。为保证非锚固段锚杆可以自由伸长，可采取在锚固段与非锚固段之间设置堵浆器，或在锚杆的非锚固段处不灌注水泥浆，采用干砂、碎石或低强度等级混凝土；或在每根锚杆的自由端套一根空心塑料管；或在锚杆的全长上都灌注水泥浆，但在非锚固段的锚杆上涂上润滑油脂等，以保证在该段自由变形，并保证锚杆的承载力不降低。以上各种做法可根据施工具体条件采用。在灌浆前将钻管口封闭，接上压浆管，即可进行注浆，浇注锚固体。

 

　　4.4灌浆

 

　　（1）在土层锚杆施工中灌浆是一道关键的工序，必须严格进行，并做好记录注浆前，应将孔内残留及松动的废土清除干净；灌浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路。

 

　　（2）灌浆材料用纯水泥浆，水泥采用425号普通水泥，水灰比为0.4～0.45，以适合泵送要求。为防止渗水、干缩为降低水灰比，在砂浆中掺加0.3%的木质素磺酸钙，灌浆时，灌浆管应插至距孔底250~500mm处；在孔口部位设置止浆塞及排气管，并及时补浆。

 

　　（3）灌浆方法采用一次灌浆法，即用压力泵将水泥浆经胶管（或用1根d=30mm左右的钢管作灌浆管）压入拉杆管内，再由拉杆管端注入锚孔，管端保持高于底150mm，灌注压力一般为0.4MPa左右。随着水泥浆的灌入，应逐步将灌浆管向外拔出直至孔口，在拔管过程中应保证管口始终埋在水泥浆内。压力不宜过大，以免吹散浆液。待浆液回流到孔口时，用水泥袋纸塞入孔内，再用湿粘土封堵孔口，并严密捣实，再以0.4～0.6MPa的压力进行补灌，稳压数分钟即告完成。

 

　　4.5绑扎钢筋网

 

　　钢筋网片规格一般为φ8@200，双向布置，为加强面层与土钉协调受力，使钢筋网牢固在边壁上，增加φ14mm的连系筋，焊成井字形，将土钉与井字架焊牢，接头部分要预留一定的搭接长度，锚杆端部、连系筋、三角筋应互相焊牢。

 

　　4.6喷射混凝土

 

　　喷射混凝土的主要目的是为护坡钢筋网提供足够的保护层，具体如下：①将开挖出的护坡面修理平整后，对控制喷层厚度标志要完好埋设；②通过试验确定喷射混凝土的配合比，先将水泥、砂、碎石按配合比干拌均匀后，再过筛装入喷射机，然后对第一层混凝土进行喷射。喷射混凝土应分段分片依次进行，同一段内按由下至上顺序喷射，喷射混凝土时喷头和受喷面要求保持垂直，保持在0.8m～1m左右距离，喷手应严格控制好水灰比，确保喷射面平整、湿润、光滑，无干斑流淌现象；③混凝土初喷厚度控制在3cm～5cm，喷射混凝土终凝2h后，应进行喷水养护，养护时间根据土钉面条件来确定，通常3d～7d为宜；④喷射混凝土的其他要求可参照《锚杆喷射混凝土技术规范》(GB50086-2001)。检查确认钢筋网敷设、连接符合要求后立即进行终喷混凝土到设计厚度，终喷混凝土的工艺与初喷混凝土相同。

 

　　4.7土钉施加预应力

 

　　在土钉端头焊接高强螺栓端杆，面层混凝土达到设计强度后，加钢垫板用扭力扳手扭紧螺母对土钉施加设计拉力的10%~20%的预应力。这种人为的预压应力，将提高土体的抗滑和防裂能力。

 

　　4.8施工质量控制

 

　　（1）原材料控制。施工现场所有施工材料必须满足施工设计的要求和标准，同时应具备出厂合格证及国家规定的产品质量鉴定认证报告；材料外表应整洁、坚硬，无裂缝、变形和表面凹凸等质量缺陷。

 

　　施工材料严禁含有造成威胁施工质量的泥、盐、有机物和违禁化合物等不合格物质，材料与混合外加剂不得对混凝土结构的硬结、水化和养护期间产生有害作用。

 

　　（2）施工工艺控制。通过受喷面实际情况和设计布置来确定土钉孔眼的位置。作为土钉使用的钢筋，必须提前除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度应大于设计要求的90%，安装后不可以对其进行敲击、碰撞。灌浆用的砂浆要求拌和均匀，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。

 

　　挂钢筋网前应将坡面清理平顺，使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的连接牢固可靠。喷射混凝土的配合比必须经过试验确定，喷射混凝土宜随拌随用。分层喷射混凝土时，后层混凝土应在前层混凝土终凝后方可进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须用水、风进行清洗；喷头与受喷面垂直，其间距宜为0.6~1.2m。喷头应连续、缓慢横向移动喷射，厚度均匀。在喷射混凝土施工终凝2h后应及时进行湿润养护，养护时间不得少于14天。

 

 

　　土钉支护宜在排除地下水的条件下进行施工，应采用适当的排水措施，包括地表排水、支护内部排水及基坑排水，从而避免土体浸水饱和坍塌，并减轻作用与面层上的静水压力。

 

　　（1）对基坑周围支护范围内的地表应进行修整，构筑砼面层排水沟。适当垫高靠近基坑顶部宽2-4m的地方，预防地表雨水向下渗透，并且里高外低，便于水流远离边坡。

 

　　（2）在坑底设置排水沟、集水坑，将积聚在基坑内的渗水和雨水及时排出，排水沟离开边壁0.5-1.0m。排水沟及集水坑用砖砌及砂浆抹面防止渗漏。

 

 

　　（1）施工中应对土钉位置，钻孔直径、深度及角度，插入长度，注浆配比，注浆压力及注浆量喷锚墙面厚度及强度、抗拔承载力等进行试验。

 

　　（2）土钉抗拔承载力检验，其试验数量不小于土钉总数的1%，且不小于3根，其抗拔力最小值应不小于设计抗拔力的0.9倍，试验平均值应大于设计标准值的1.25倍。

 

　　（3）喷射砼厚度应采用钻孔检测，钻孔数量为100m2墙面一组，每组不小于3点。

 

　　（4）喷射面砼强度和注浆砼强度试块留置组数应按规定留置。

 

　　（5）钢筋、水泥、砂子、石子的质量应符合相关规范的要求。

 

　　该基坑按照安全等级“一级”进行监测。为此，根据设计要求沿基坑四周布置了6个水平位移观测点和6个沉降观测点，监测周期自基坑开挖开始到地下室侧壁回填完毕。土钉墙监测控制允许值，坡顶最大水平位移50mm，设置了报警值，监测时一旦达到预警值立即按应急方案处理。目前，该基坑监测周期已结束，没有出现超过监测值的现象。

 

 

　　土钉墙支护施工，应遵循分段开挖，分段支护的原则，以防边坡失稳，重视挖土与支护的协调配合，做到边挖边支。对于超挖或支护不及时出现小范围塌方，可采用在网片内垫补碎砖或直接砌砖。基坑上部如出现严重裂纹或大变形征兆，应根据实际情况采用措施来控制变形。施工过程中应特别注意基坑上部水平位移观测。

 

　　总之，土钉墙支护虽然有较成熟的经验，仍要认真研究制定施工方案重视施工质量，只有严格按规程进行操作，严格按规范进行验收，各项措施到位，才能保证土钉墙支护质量，避免事故发生。