软土地基土钉墙基坑支护设计与施工

【摘 要】该工程位于珠三角腹地，土质软弱，地下水位较高。采用土钉墙 + 水泥搅拌桩的复合支护方法，成功地达到了止水、支护的目的，是同类地质环境下较经济可行的基坑支护方法。

【关键词】土钉墙；水泥搅拌桩；注浆；动态

某工程位于佛山市禅城区某中路西侧，是一座综合性商住楼，地上由八幢11～13层不等的塔楼组成，地下一层，总建筑面积36500m2，地下室底板面标高-4.80m。基坑东侧与中路相距3m；南侧与路相距8.5m；西侧与某酒楼相距8m；北侧与住宅小区相距10m。基坑开挖范围东西宽99m , 南北长79.1m，基坑底标高-6.50m；场地地面标高-0.2m，实际挖深6.30m，西侧局部挖深7.4m，开挖土方量为38000m3。如图1所示。

1 工程地质和水文条件

拟建场地地处珠江三角洲平原腹地，周边地势平坦，上覆第四系土层，成因为海陆交互沉积相，下伏基岩为第三系。地基土按其工程地质性质自上而下为：①人工填土：分布于整个场地表层，层厚度0.90～2.60m，松散状，稍涅；②粉砂：层厚1.0～2.50m，松散、饱和；③淤泥质土：分布于整个场地，层厚3.0～5.0m，流塑，属高压缩性土层；④粉质粘土：层厚0.90～3.0m，呈软塑～可塑，属高压缩性土层；⑤粉细砂：分布广，层厚1.20～3. 50，松散，饱和；⑥淤泥质土：分布广，层厚0.90～3.50 m，流塑，属高压缩性土层。

拟建场地实测地下水位埋深1.20m～1.60m，地下水类型为第四系孔隙潜水及风化基岩的裂隙水，本场地多为弱透水层，局部为强透水层，含水量比较丰富，地下水靠大气降水及地表水补给，排泄方式为蒸发及向下渗透。

2 止水及支护方案

2.1 截水帷幕

不允许降水影响周边的建筑、市政道路以及地下管线，决定沿地下室四周做一道Φ550＠300，长9.5m的深层水泥搅拌桩止水，桩端进入④土层l.5m 以上，并在围蔽范围内设5个Φ600降水井，井深8.5m；在围蔽范围外设3个Φ600观察井，井深8.5m，观察坑内降水对周边的影响。水泥搅拌桩材料选用32.5R 普通硅酸盐水泥作为固化剂，根据地质资料分析，本工程土的加权平均湿密度为ρ=1900kg/m3，Φ550水泥搅拌桩每米土体的的体积V=0.2375 m3，水泥掺入量取54～68kg。

开挖至-6.50米设计标高，坑内仍干燥无水，表明本方法止水非常成功。

2.2 支护方案

根据地质条件和场地环境的综合分折，同时考虑到支护工程应在满足安全的前提下最大限度降低费用的原则，通过对几种支护方案的对比分折，最终选定了复合土钉支护方案（土钉墙+水泥搅拌桩）。具体如图2所示。

3 截水帷幕施工

3.1 截水帷幕的止水效果关系到土钉施工能否顺利进行，以及周边马路、地下管线及邻近建筑物的安全，因此，必须保证水泥搅拌桩的桩身施工质量和互相搭接的宽度。深层水泥搅拌桩机的钻杆是否垂直地面是施工质量的关键。每桩开钻前施工员用2m长平水尺紧靠钻杆机架两个互相垂直的平面，观察水准泡位置居中后方可开钻，钻至设计深度后用平水尺检查钻杆是否仍然垂直，并依实际偏差情况，适当调整下一支桩的间距，以确保桩间的有效搭接宽度。经开挖复核，成桩交线均匀垂直，垂直偏差均小于0.5%。

3.2 送浆操作应按变掺量工艺要求连续送浆，并要求单储浆筒内的水泥浆在单桩成桩结束时用完。贮浆筒内水泥浆应经常搅动，防止送浆浓度不均。以保证单桩成桩质量，同时可保证所有桩之间的质量均匀。

3.3 钻头以0.8m/min提升速度再重复搅拌一次，保证加固深度范围内每1m土层得到充分搅拌。

4 锚杆支技护及土方施工

4.1 工艺流程：挖土修整坡面钻孔置锚杆注浆放置钢筋网片焊钉头喷混凝土下一层土开挖。此循环到设计标高为止。

4.2 锚杆支护按分层开挖深度及工艺流程顺序施工，并严格控制开挖速度，使锚杆支护充分发挥效力。本工程采用跳跃方式逐段开挖，即每挖作业面宽15～20m，留下10～12m宽留土，再向前挖作业面宽15～20m，每次开挖高度为两排锚杆的间距深度。在上层作业面的锚杆支护与喷混凝土完成4天后方可进行下一层开挖。

4.3 原设计要求用锚杆钻机钻Φ110孔，由于各种原因采用自制的土钻成Φ110孔。土钻由电动机、变速箱、钻头、道轨及支架组成。用自制带水平尺的量角器控制倾角，成功地使西边第二排锚杆在Φ1000污水管管底250mm通过。

4.4 钻孔后要进行清孔检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土要立即处理。成孔后应及时安设锚杆支护钢筋并注浆。当在某土层不能成孔时，可用中Φ48钢管代替等长钢筋作锚杆支护，直接用高频振动锤或风镐头将其打入土层中。施工过程中在人工填土土层有少量成不了孔，共38支，即采用以上的替代方法。

4.5 锚杆支护钢筋置入孔中前，应先设置定位支架，以保证钢筋处于钻孔的中心部位，支架沿钉长的间距约为1.5m，支架的构造应不妨碍注浆时的浆液自由流动。

4.6 注浆质量是保证土钉抗拔承载力的关键。本工程采用一次压力注浆工艺，注浆管应插至距孔底250～400mm处，注浆时缓慢向外拔出，孔口设置止浆塞，注满后保持压力3～5min，结束注浆。

4.7 根据储浆筒的直径计算出储浆筒每厘米深的水泥浆体积，同时计算各排每一个钉孔所需的浆体体积，再换算成在储浆筒内所需的深度，并安排专人监测记录，确保注入孔内浆体的充盈系数大于1。注浆前，用比重计检查水泥浆的比重是否≥1.81，使得水泥浆的水灰比为0.5，确保锚杆的质量及抗拔能力。

4.8 土钉端部应与加强筋、钢筋网互相焊接固定。各钢筋的位置由里向外是：钢筋网、水平加强筋、土钉端部锁定筋。如图3所示。

4.9 采用PR-5型混凝土喷射机，喷射厚度100mm，顺序自下而上，即从开挖层底部开始向上喷。混凝土强度等级为C20，粗料直径不大于10mm。

5 土钉现场测试

每个土层设置3支与工作土钉相同，长度6m，距孔口留1m长的非粘结段的专用测

试的非工作钉，注浆4天后做抗拔试验直至破坏。根据试验得出极限荷载，计算出界面粘结强度实测值，试验平均值要大于设计标准值的1.2倍，否则应修改设计。现场测试结果都大于设计值，考虑到基坑周边地面的实际荷载比设计考虑的15KN/稍大，故不作调整。测试结果如下：

6 基坑变形监测

6.1 为保证支护结构的安全可靠应对支护结构进行现场动态监测，开挖阶段每天观测1次，支护结构完成后，每星期观测1次，直到回填完成为止。基坑顶部侧向位移与当时挖深度之比≤5；基坑顶部垂直沉降变形≤40mm；警戒值20mm，极限值为40 mm。

6.2 基坑支护结构顶部＠15m布置一个观测点，共计24个。用水准仪、经伟仪进行垂直沉降和水平位移变形观测。实测最大沉降和水平位移均在西侧，最大沉降为0.4mm，水平位移为10mm，远低于设计及相关规范要求。周边建筑物及马路水平位移及沉降变形均为零，地面无下陷、开裂等现象。

7 结语

7.1 土钉+水泥搅拌桩复合土钉墙能比较好解决地下水丰富的软土地基基坑支护，并能减少降水对基坑本身及周边环境的影响。

7.2 通过对基坑水平位移及沉降的监测，对土钉支护实施信息化施工，既有利于土钉墙的安全运行，又有利于土钉基坑支护结构的动态设计。

7.3 土钉支护施工要做到分层分段开挖，及时支护，严禁超挖。基坑水平位移随施工日期的延续而增加，土体一开挖，位移增幅较明显，基坑开挖完成后逐渐趋于稳定，但仍有增加。

7.4 施工周期较短，本基坑施工时间仅62天，为投资方缩短投资周期赢得了时间。

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