简析基坑土钉支护与施工技术方案

【摘要】土钉支护在基坑开挖坡面，用机械钻孔或洛阳铲成孔，孔内放钢筋，并注浆，在坡面安装钢筋网，喷射混凝土，使土体、钢筋与喷射混凝土面板结合，成为深基坑。土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速的推广和应用。

【关键词】土钉；锚杆；经济；简便

1、土钉支护技术的优点

1.1整体考虑

能合理利用土体的自承能力，将土体作为支撑结构不可分割的一部分。

1.2施工快工程量少

材料用量和工程量少，施工速度快。土钉支护的土方开挖量和混凝土工程量较少，全部土钉连同面层钢筋网的用钢量也甚为有限，材料用量远低于桩支护和连续墙支护。土方的开挖与支护几乎是同步进行的，所以施工速度得以提高，有 的甚至可将工期缩短一半。

1.3对场地土层的适应性强

土钉支护特别适合于有一定粘性的砂土、粘土、硬塑与干塑粘土，但即使有局部的软塑粘性土层，在采取一定措施后，也可能采用土钉支护。当场地同时存在土层和不同程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。

1.4安全可靠

土钉支护施工是边开挖边支护，喷射混凝土和土体开挖面紧密接触。众多的土钉起到群体作用，个别土钉失效对整体影响不大。土钉技术有一个重要的优点，即可以根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据，修改土钉间距和长度。也能及时采取措施加固，避免出现大的事故。

1.5工程造价低，经济，防腐性能好

据国内外资料分析，土钉墙支护工程造价比其它支护类型的工程造价低1/3左右。土钉由低强度的钢材制作，一般用于临时性支护，与永久性锚杆相比，大大减少了防腐的费用。

2、土钉支护的工作机理

土钉与土体共同作用，土钉支护的作用是基于一种主动加固的机制，土钉与土体的相互作用还能改变土坡的变形和破坏形态，显著地提高了土坡的整体稳定性，一般认为，土钉复合体中作用可概括为以下几点：

2.1土钉对复合体起骨架约束作用

土钉在其加固的土体中起着箍束骨架的作用，这种箍束骨架作用是由土钉本身的刚度、强度以及在土体中分布的空间形式所决定的。它具有制约变形的作用，使复合土体成为一个整体。

2.2土钉对复合体的分担作用

在复合体内，土钉与土体共同承担外荷载和自重应力，土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度，在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，模型试验的结果表明，土钉支护在向下开挖的过程中，土体的抗剪能力早己充分发挥，然后靠土钉受力而保持稳定。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力，随着土中裂缝的开展与贯通，土体退出工作，土钉中的应力水平不断上升，直至土钉体中注浆体开裂、钢筋屈服。复合体之所以塑性变形延迟，渐进性开裂与锚钉的分担作用是密切相关的。

2.3土钉起着应力传递与扩散作用

当荷载增到一定程度，内部裂缝己发展到一定宽度，此时坡脚应力最大。这时下层锚体伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大的抗拉力。锚体通过其应力传递作用，将滑裂域内部应力传递到后边稳定土体中，并分散在较大范围的土体内，降低应力集中程度。

3、土钉支护施工工艺方法

3.1支护坡面开挖

土钉支护结构施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，开挖高度一般与土钉竖向间距相匹配，便于土钉施工。每层开挖的纵向长度，取决于交叉施工期间保持坡面稳定的坡面面积和施工流程的相互衔接，长度一般为10m。使用的开挖施工设备必须能挖出光滑规则的斜坡面，最大限度地减少对支护土层的扰动。

3.2土钉置入

土钉施工包括定位、成孔、置筋、注浆等工序，一般情况下，可借鉴土层锚杆的施工经验和规范。

3.2.1成孔

当前国内大多数采用螺旋钻、洛阳铲等干法成孔设备。对边坡加固土钉，由于往往要在脚手架上施工且钻孔长度较短，要求使用重量轻，易操作及搬运的钻机。

3.2.2置筋

在置筋前，最好采用压缩空气将孔内残留及扰动的废土清除干净。放置的钢筋一般采用螺纹钢筋，为保证钢筋在孔中的位置，在钢筋上每隔2～3m焊置一个 定位架。

3.2.3注浆

土钉注浆可采用注浆泵或砂浆泵灌注，浆液采用纯水泥浆或水泥砂浆。纯水泥浆可用42C号普通硅酸盐水泥用搅拌装置按水灰比0.45左右搅拌，水泥砂浆采用1：2至l：3的配合比用砂浆搅拌机搅拌，再采用注浆泵或灰浆泵进行常压或高压注浆。为保证土钉与周围土体紧密结合，在孔口处设置止浆塞并旋紧，使其与孔壁紧密贴合。在止浆塞上将注浆管插入注浆口，深入至孔底0.2～0.5m处，注浆管连接注浆泵，边注浆边向孔口方向拔管，直至注满为止，放松止浆塞，将注浆管与止浆塞拔出，用粘性土或水泥砂浆充填孔口。

3.3挂网与喷射混凝土

一般情况下，为了防止土体的变形和避免水土压力引起边坡垮塌，需尽快挂网与喷射混凝土。钢筋网一般采用双向φ8@200。编织钢筋网时，层与层之间的钢筋用扎丝固定。钢筋之间绑扎接头的搭接长度不小于30cm，将钢筋网挂在坡面上，然后用20cm左右长的钢筋打入坡面，约2m距离一个，外露10cm，定出混凝土喷射厚度，然后将钢筋网焊在钢筋上，距离坡面不小于3cm。

喷射混凝土目前常采用干法施工。喷射前，对搅拌机、空压机、喷射机、水管路和电缆线进行检查及试运转，清理受喷面，检查埋设好的控制喷射硅厚度的标志。喷射时，喷头与喷面垂直，保持在0.6～1.0m的距离。喷射每层时，自下而上进行喷头运动按螺旋式轨迹一圈压半圈均匀缓慢地移动。喷射时，要控制好水灰比，保持混凝土表面平整，湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。喷射完后，回弹物及时回收利用，对各种设备及管路进行清洗。

4、施工过程中若干特殊问题的处理

4.1细、粉砂层的流失坍塌处理

在石家庄某工程挖掘支护过程中，曾在-7.5m处以下遇到4～7m厚的细、粉砂及中砂层，此砂层暴露后10min左右，即纷纷下流，很快形成一道凹沟，在上部土层自重荷载作用下，极易产生坍塌。为防止细粉砂流失，施工中采取了预先欠挖，突击抢挖修整的方法，变更施工工艺，采用先喷后锚逆向施工的方法，即先立即喷射混凝土封闭，然后再打土钉锚杆。这种边挖土边喷混凝土的方法，有 效的阻止了流砂，效果很好。

4.2施工振动问题

大能量的震动，如临时道路上的重载汽车行驰、地下施工障碍物爆破、塔吊的施工运行；或较大能量的高频振动，如周边相邻构筑物打桩机械的冲击振动等，均对边壁稳定产生一定的影响。实践证明，消除振动因素，对砂土地基的支护效果起到了积极作用。

5、有关土钉的现场测试与土钉支护的施工监测情况

5.1土钉支护现场拉拔试验

土钉必须进行现场拉拔试验，包括基本试验和验收试验，前者在专门设置的非工作钉上进行，一般应进行到破坏，用来确定极限荷载，后者则在工作土钉上进行，为非破损检验。

5.2土钉支护的施工监测内容

施工监测内容应包括支护整移的量测和负筋地表、地物的变形、开裂状态观察。有条件时还宜对支护的工作状态作全面的监测。

参考文献：

[1] 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

[2] 《复合土钉墙基坑支护技术规范》（GB50739-2011）

[3] 《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）

[4] 《建筑基坑工程设计计算与施工》（中国建材工业出版社）