复合土钉墙支护方法探究及工程应用

【摘 要】本文介绍了几种常见复合土钉墙的机理，及其适用条件和优点，缺点，并以北京顺义马坡的具体工程来阐述其中一种常见的土钉墙结合预应力锚杆的复合支护方法的应用和监测，为我们以后的工程实践提供一定的借鉴意义。

【关键词】基坑工程；复合土钉墙；预应力锚杆

[Abstract] This paper introduced the mechanism of several kinds of composite soil nailing wall， and its applicable conditions and advantages， disadvantages，and with concrete engineering of Beijing Shunyi Ma Po to elaborate a commonsoil nail wall with prestressed anchor composite supporting methods andmonitoring， provides a reference for us to engineering practice.

[Keywords] foundation pit engineering；composite soil nailed wall；prestressed anchor

1.复合土钉墙

土钉墙施工技术自20世纪70年代产生以来，因其造价较其他基坑围护体系低， 施工周期短， 安全性基本满足基坑稳定性及变形要求， 在基坑工程中得到广泛的认可和应用。由于土钉墙对地层的依赖性很大， 通常仅适用于地下水位低、自立性好的地层。在高水位的软土地层中， 因其自立性差， 易产生流砂和管涌， 其应用受到了一定的限制。近年来， 经过工程技术人员在各种基坑围护工程中的理论设计研究和实践分析研究， 总结出一种新的土钉墙施工技术――复合型土钉墙支护， 其原理主要是： 通过水泥土搅拌桩对边坡土体进行土体加固， 解决土体自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题； 以相对较深的搅拌桩插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流问题。因此， 复合型土钉支护技术能适用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥质土等较复杂地层。

2.复合土钉墙的常见形式[1][2][3]

复合土钉墙是常规土钉墙、预应力锚杆、止水帷幕这三种支护体系相互结合的产物， 有以下三种基本形式。

2.1土钉与预应力锚杆复合支护

对于基坑周围变形要求比较严格的情况，常采用土钉与锚杆复合式支护技术， 可以有效地控制基坑变形， 大大提高基坑边坡的稳定性，应用非常广泛。预应力锚杆一般施作在基坑顶部的第1～ 2排， 对主动区土体施加初始拉力， 限制基坑的位移， 把土压力荷载传递到深部的稳定地层中， 调动深部稳定地层的潜能， 土钉支护体系、锚杆、深部稳定土层紧密联系在一起， 共同承受荷载，使基坑边壁稳定并减小位移。土钉与锚杆二者结合可以有效地提高土体的力学强度， 比之单独土钉支护或锚杆更有效， 是复合土钉支护常用而有效的形式。

预应力锚杆的有效锚固段将拉应力荷载向远离滑移面以外的稳定土体中传递，以有效减少土体变形。锚杆或土钉正常工作时，在某一状态下，需要为保持土体稳定而提供的最小拉力称为真值。当锚杆锁定值小于真值时，锚杆对土钉的影响不大；当锚杆锁定值大于真值时锚杆承担了一部分本来应该由土钉承担的荷载，导致土钉受力减小，相当于上下排土钉受力不太合理的土钉墙。锚杆设计参数类似于土钉墙支护，一般成孔130 或150 mm ，钢筋采用Φ18～36HRB335 级螺纹钢，倾角15°～35°，沿钢筋每隔2.0 m 设置对中支架，上、下排垂直间距不宜小于2.5 m ，水平间距取决于支护结构的高度和每根锚杆所能承受的拉力，通常为2.0～3.0 m，长度由自由段和锚固段组成，自由段应超过破裂面1.0 m以上，有效锚固长度由计算求得，但其最小长度不宜小于4.0 m，最大不宜大于10.0 m。腰梁常采用两根背靠背的槽钢。注浆压力为0.4～0.6 MPa，水灰比常为1 ∶0.5。土钉的极限承载力一般为100 ～200 kN，锚杆设计承载力不宜超过2 ～3 倍土钉极限承载力，一般为100 ～300 kN，锁定力一般为设计值的70% ～85% ，并且不小于100 kN 。为了更好的控制基坑变形，锚杆设置在基坑中上部，不宜设置在第一排或基坑底部。

但是这种复合支护方式要求面层和自由段的土体应有足够的抗压强度， 因此在软土、砂土等不良地质土层中， 预应力达不到设计值， 不宜使用该种支护方式

2.2土钉与微型桩复合支护

基坑开挖前，在开挖线外侧垂直打入钢管， 在钢管内高压注入水泥浆，形成沿基坑开挖线以一定间距分布的一组微型桩。基坑开挖过程中，按照土钉施工方法， 分层开挖， 分步设置土钉与喷射混凝土面层，并与微型桩联成一个整体。这种支护方式适用于土质松散， 自立性差的土体。对于限制基坑的变形、增加边坡的稳定性是十分有利的， 但不能起到止水隔水的作用。

2.3土钉与止水帷幕复合支护

当基坑有防渗要求，防止因基坑外地下水位下降过大而引起地面沉降过大时，可以采用土钉与止水帷幕复合支护形式。基坑开挖前，先采用深层搅拌法或高压喷射注浆法形成水泥土止水帷幕，然后再分层开挖施工土钉和喷射混凝土面层。止水帷幕的作用在于阻止基坑开挖后土体渗水， 保证开挖面土体局部的自立性，减少基坑底部的隆起。这种形式适用于软弱土层。

3.工程概况

拟建场地位于顺义区马坡镇西马坡村，东南侧为马坡立交，西侧为京密路，北侧为白马路，交通便利。拟建建筑物包括10栋住宅楼、地下车库、热力点、开闭站、公厕等。其中B1、B2、B3、B4、B6、B7号住宅楼地上18层，地下2层，单栋总高度52.2m；B8、B9、B10号住宅楼地上18层，地下1层，单栋总高度52.2m；B5号住宅楼地上15层，地下2层，总高度43.5m；B14号地下车库，地下2层。

3.1拟建场地基坑周边条件

拟建建筑周边规划的道路，场地开阔，因车库和住宅基坑开挖较深，需采取支护措施。

3.2拟建场地岩土工程条件

整个场地地基土层上部为人工填土层，其下为新近沉积、一般第四纪沉积的粘性土、粉土、砂土，场地土层物理参数如下表所示。

表1 土层物理参数

层厚/m 重度g（kN/m3） 粘聚力c/kpa 内摩擦角φ/°

素填土 0.3～3.1 19.8 15 24.4

粘质粉土 0.4～6.0 19.8 11 26.2

粉质粘土 0.5～8.5 19.7 20 12.6

细中砂 2.9～10.3 20.0 0 32

粉质粘土 0.6～7.7 19.7 15 26.9

3.3工程分析

本工程场地土体强度良好，且从经济角度与施工周期来看，采用土钉与预应力锚杆支护为最佳方式。

3.4 支护设计

本工程支护分为几个剖面，本文截取其中1―1剖面进行分析，基坑深度为11.40m，边坡按照1：0.35放坡，土钉共计7排。土钉距地面为1.50m，水平间距为1.50m。土钉长度（含弯钩）为：7.0m、9.0m、15.0m、12.0m、9.0m、7.0m、6.0m。其中第三排为预应力锚杆，采用1束1860钢绞线，其余各排采用1Φ22钢筋作为中心拉杆。孔径110mm，倾角均为120，注浆材料采用水灰比为0.5的水泥浆，水泥浆强度等级应大于15MPa。喷锚面层为φ6.5@250mm×250mm钢筋网，利用1Φ14作为横向压筋，喷射80mm厚的C20细石混凝土。

3.5土钉设计参数

表2 土钉设计参数值

土钉

编号 深度（m） 长度

（m） 倾角（0） 孔径

（mm） 水平间距（m） 垂直间距（m） 芯杆规格

1 1.50 7.00 12 110 1.50 1.50 Φ22

2 3.00 9.00

3 4.50 15.00 1-1860

4 6.00 12.00 Φ22

5 7.50 9.00

6 9.00 7.00

7 11.50 6.00

各土钉端头均弯“L”形与面板拉筋紧固连接。

槽边边缘的土钉墙面板应在基槽上口处向外翻边为0.80m，翻边反坡0.01：1。

4.监测

方案实施过程中应由建设方委托具有相应资质的第三方对基坑工程实施现场监测，监测单位应严格实施监测方案，及时分析、处理监测数据，并将监测结果和评价及时向委托方及相关单位作信息反馈。当监测数据达到监测报警值时必须立即通报委托方及相关单位。

4.1监测结果

经过科学有效的长期监测，发现最大累计位移和累计沉降均在控制范围内，没有出现异常值，说明支护方案满足了安全要求。

5.结语

5.1 本文总结了常见的几种复合土钉墙的优缺点和适用条件，在日常工作实践中要加以区别对待。

5.2通过前期工作的准备和分析，得出土钉与预应力锚杆复合支护的技术为此次工程的最优方案。本文以某一个具体的实例来阐述土钉与预应力锚杆的相结合的方法，为其他的工程提供一定的借鉴意义。

5.3在实际工程应用中 ，根据地质条件的复杂程度，周边荷载的影响情况等多方面的问题，为达到经济合理，安全可靠施工便捷的目的，往往采用土钉支护与多种形式相结合的复合土钉支护方法。

参考文献：

[1] 陈肇元， 崔京浩. 土钉支护在基坑工程中的应用[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2000： 64-65.

[2] 刘学军， 陈正大. 复合土钉支护技术及其作用机理研究[J]. 中国科技信息， 2006， 15（21）： 66-68.

[3] 刘国彬， 王卫东. 基坑工程手册[M]. 2 版. 北京： 中国建筑工业出版社， 2009.

[4] 《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）.

[5] 北京市地方标准《建筑基坑支护技术规程》（DB11/489-2007）.

[6] 《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）.