复合土钉墙在复杂基坑支护工程中的应用与探讨

摘要：土钉墙在基坑支护工程中已得到广泛的应用，本文就复合土钉墙加固高水位、动水位、复杂地质条件下直立开挖的深基坑实际应用实例，对复合土钉墙的设计、施工等相关问题进行探讨，阐明土钉墙在基坑支护体系中仍有用武之地，并有许多问题需进一步的完善。

关键词：土钉墙 基坑支护 应用

土钉支护是充分利用土体自身的支承能力的基础上，通过在土体中按一定的间距和长度设置土钉，并辅以钢筋网喷射混凝土面层与土体协同工作，形成的一种复合式挡土结构，弥补土体抗拉、抗剪强度低的弱点，同时改变了基坑的变形和破坏性状，提高了基坑土体的整体刚度和稳定性，确保基坑的稳定。由于土钉墙具有造价低廉、施工迅捷、支护质量高、能适用于多种地质条件等优点，已在基坑支护中得到工程界的青睐。

但是土钉系被动受力结构，往往需在基坑有一定变形的基础上其才能起作用，则在许多工程中是不允许的，其限制了土钉墙的应用，后来复合土钉墙出现后，较好地解决了这一瓶颈。同时，其在松散的砂土、软粘土及地下水丰富的土层中应用时，常因土层不能对土钉提供足够的抗拔力而难于实施。

可本文却将复合土钉墙应用于高水位、强透水、动水以及复杂地质条件下直立开挖的深基坑支护中，并取得了很好的工程效果，可以为其他工程设计、施工所借鉴。同时本工程中的一些设计、施工理念也是可以借鉴的。

一 工程概况

1、场地状况

基坑场地位于三亚市三亚湾路，基坑整体上成长方形，全长约390m，深12.75m，场地大部分地方具备一定的放坡条件，可进行一定的放坡，其南侧隔三亚路与三亚湾相望。同时，坡顶有道路和临时的堆放场。

2、地质状况

场区地层主要为第四系海相沉积层（Q4m、Q1m），现揭露的共11个工程地质层，对基坑支护设计有影响的主要是6层，现自上而下分述如下：

1） 素填土（Q4ml）：黄色、松散、稍湿～饱和，主要成分为砂土，局部夹少量碎石、水泥块等，土质不均匀，欠压实。

2） 中砂（Q4m）：黄色、松散、稍湿～饱和，级配不良，颗粒为次圆形，成分为石英质。

3） 粗砂（Q4m）：黄色、灰黄色，局部底部深灰色，饱和，稍密为主，级配良好，以中粗砂为主，颗粒为次圆形，成分为石英质。

4） 粘土（Q4m）：黄色、灰色，可塑～硬塑，切面稍光滑，局部地段混含少量粉砂。

5） 粉砂（Q4m）：浅灰色、灰色、灰白色、黄色，饱和，稍密～中密，级配不良，颗粒为次圆形，成分为石英质。

6）粉质粘土（Q4m）：黄色、灰色，硬塑，切面光滑。

3、地下水

场地地下水丰富，且埋深较浅，约在现有地面下3.3m，主要接受大气降雨及侧向径流补给，其水位变化幅度约1.0m。地下水对砼结构具微腐蚀性，对钢筋砼中的钢筋具弱腐蚀性。

二 工程特性及难点分析

1） 地下水位高，且上部有道路，故场地放坡空间有限，基坑大部分需要直立开挖，且施工空间也十分狭小，工程措施及支护结构的选择十分困难。

2） 场地内含多层水，基坑范围内有三层砂，透水能力均很强，地下水隔路与三亚湾相连，地质水是相通的，且为动水，基坑截水十分困难也十分关键。

3）场地地层呈现一层土一层砂的互层结构，也形成了透水隔水的互层现象，同时也给支护设计加大了难度。

4） 基坑开挖深，达到12.75m，约9.3m需要直立开挖，基坑开挖地层中大部分为含动水砂层，支护设计难度大。

5）设计按合理低价方式中标，要求支护工程尽可能经济合理、施工方便、快捷。

三 设计方案的选择与定夺

本工程设计多个单位进行了投标，也进行方案的比选，主要的投标方案有围护桩+内撑、围护桩+锚索以及复合土钉墙支护。围护桩+内撑的方案造价约2300万，围护桩+锚索的方案造价约1700万，而复合土钉墙的方案约980万，造价相差十分巨大，因其他两种方案工程造价太高，复合土钉墙的方案本身也可行，经论证后，最终选择了符合土钉墙的设计方案。

四 支护设计

本工程典型支护设计见图1，主要支护措施为：

1）上部按坡比为1：0.75放坡，坡高3.5m，并设2.0m的平台；坡面采用钢管锚杆+挂网喷砼进行防护。

2）下部沿基坑开挖线设置2排搅拌桩作为帷幕，进行止水；搅拌桩布置见图2。

3）搅拌桩内打设工字钢，并在搅拌桩的外侧设置锚杆、锚索进行加固。

4）坡面采用挂网喷砼进行防护。

本工程在实践中得到了充分的验证，基坑的变形、沉降、安全性等等均满足设计要求。

五 设计的新思路及实践总结

本设计虽然采用了复合土钉墙，但非常规的复合土钉墙，设计中的许多新思路和做法值得和大家探讨与分享。

1、基坑变形的控制

常规状况下，一般采用直立放坡土钉墙支护的深基坑，其变形会比较大，而本项目中是不允许基坑产生大的变形的。设计中采用了锚索和钢管锚杆复合的支护措施，钢管锚杆在砂层中有较大的锚固力，锚索在粘土中也可以得到很好的锚固力。对变形有较好的控制，同时在搅拌桩中设置了工字钢，增强了搅拌桩的刚度，实际中基坑变形很小（最大的坑顶变形12.6mm），并没有想象中的那么大。基坑的变形有时系基坑开挖导致地下水水位下降，地基土的有效应力增加，从而造成地基土产生沉降，本工程地下水与三亚湾相通且地层为强透水层，地下水损失后会很快得到补给，故不会产生大损失；而另一种变形情况是支护工程的刚度（包括锚固力）不足造成的，本工程通过锚索、钢管锚杆及工字钢进行综合控制，很好地解决了刚度不足的问题，故本工程设计很好地控制了这两个方面因素，从而控制了基坑变形。

2、锚杆、锚索施工中地下水的控制

本工程中的锚杆、锚索大部分都在地下水位内，锚杆、锚索施工时需控制地下水水位降低，否则会引起坑外地面沉降。设计中的钢管锚杆采取直接打入的方式施工，打入后及时对钢管锚杆注浆，封堵地下水和提高锚杆的锚固力，注浆液中加入早强剂。锚索则采用了套管钻进技术，也进行了及时的注浆，且锚索的锚固段是设置在粘性土层中的，避免了锚索锚固段在砂层中注浆效果差，锚固力不足的弊端。同时，对基坑的止水帷幕上出现的漏水部位及时封堵，本工程采用棉花填塞，并注水泥浆的方式进行的，效果很好。

3、水位下降引起地面沉降的控制

施工过程中难免地下水下降，从而引起地面沉降。本工程中地下水的水位在砂层中，砂层失水后，其变形是比较小的，不足以引起上部的变形，实际中得到了验证，可见也不是所有的地下水下降就能引起地面变形，尤其是密实的砂层。

4、止水帷幕并没有穿透分砂层

基坑采用了双排搅拌桩的方式进行止水，但设计中止水帷幕并没有完全穿透基坑底部的分砂层，这很不符合常规，也很少见到这样的设计。本设计所考虑的是基坑底部距离分砂层的顶部很近，同时粉砂层的上部有一层较厚的粘土层，将上部的地下水与该层隔离了，即使下部粉砂层失水也不会引起上部水位的下降；再者，粉砂层其失水也是呈现漏斗形式的，对水头较低，还不会产生管涌现象；同时，即使有部分失水，也是粉砂层中的水，不会引起较大的沉降。现场开挖后，未出现大面积的失水现象，也未出现因失水而出现沉降现象。

5、非常规的设计计算

本工程勘察报告给出的计算参数见表1，按勘察提供的参数，该设计的稳定性安全系数是小于1，根本无法满足规范要求。本设计是采用了比拟法对本工程旁边的工程进行了反算，同时也参考了临近工程的设计，故对勘察报告给出的设计参数进行了提高（括号内的数值为实际采用的计算数值），本设计才满足了规范要求。可见，设计中不一定要完全采用勘察的结果，但这需要设计担当一定的风险的，许多设计单位以及设计人员都是不敢采取的。

六 总结与分析

岩土工程设计就是个性大于共性的，同时其受设计人员的影响非常大，就本工程而言，不同的设计人员设计，其工程造价相差几千万，造成的浪费可想而知。同时本工程也是具有自身独特的特点的，不能满目地套用（现有的规范对于一级基坑已经不允许采用土钉墙进行支护设计了，也许这个设计会只能成为历史了，但是我们可以从这个设计中得到许多的启发。）。

1、工程设计不是简简单单的计算

现有规范规定对于一级基坑，圆弧滑动的整体稳定系数不小于1.35，这个安全系数是在基坑土体采用其实际参数的基础上给出的，而实际上我们现在所做的勘察中所提供的设计参数往往都会取的相对保守些，利用此参数进行计算，满足规范要求时，其安全系数往往都是比较大的，造成工程的很大浪费。因此，岩土工程设计不是简简单单的计算，满足规范要求即可，而是要具体问题具体分析，尽可能节约资源，减少浪费，尤其是临时工程。

2、类比法、反算法在岩土工程设计中是非常有必要的

岩土工程的计算方法从实质上是比较完善的，各种计算方法计算的结果相差不是很大。但对于岩土本身的特性（岩土的参数、各向异性）等等，我们还是无法准确给出或判定，造成了以参数为基础的计算就和实际有了一定的出入。但是，类似的工程设计经验我们是可以吸取的，也是可以相互对照的，用类比法、反算法来指导设计就会取得较好的结果。

3、个性问题就需要个性解决

岩土工程设计是个个性的问题，那么就需要每个设计有每个设计独特的方法，死板硬套的做法是不可取的。作为设计人员首先要知道规范给出设计的原理，应用条件，解决问题的方法等等，不能将规范、经验作为设计的万能手册来处理问题。

4、设计文件的专家审查、审图单位审查的必要性。

专家审查是对设计大方向的把握，是设计理念、方法，支护措施等选取的宏观把控，是设计的关键环节，而审图单位的审查更注重规范、细节，是对设计的进一步完善。在大的方向和细节上都进行把控的基础上，一般设计是不会出现大的问题的。

5、决策者应少参与设计的定夺

现在岩土工程设计的最终方案往往不是设计人员定夺的，而是业主的决策者定的。在市场竞争的体系下，设计人员为满足业主的要求而违背了设计自身要求，在设计中埋下了安全隐患，往往会造成严重的后果或极大的浪费，均是不可取的。