土钉支护在深基坑护壁中的运用

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摘   要：本文对土钉支护的设计思路，施工过程，施工中的注意事项，以及对特殊情况的处理作了详细的阐述。
    关键词：土钉；土钉支护；锚头；预应力；
 
 
    某医院放疗楼工程地上两层，地下室一层，基础埋置深度为9.5m（主要是防止辐射）。本施工现场十分狭小，且基坑与部分建筑物较近，最近的部位不足1米。为了保证基坑的稳定，需对基坑进行支护。具体位置见基坑平面图。
    土钉支护用于基坑工程具有经济合理、安全可靠特点。可用于基坑直立开挖或陡坡开挖。坑的深度不宜超18米，使用期限不宜超过18个月。土钉支护适用可塑硬塑或坚硬的粘性土胶结或弱胶结包括毛细水粘结的粉土砂土和角砾填土风化岩层等。在松散砂土和夹有局部软塑流塑粘性土的土层中采用土钉支护时应在开挖前预先对开挖面上的土体进行加固如采用注浆或微型桩托换。
    一、土钉设计
    （一）地层参数
    1、1m厚杂填土。C=0Kpa，Φ=0，γ=18.6KN/m3
    2、2.7m厚黄土状粉质粘土。C=28 Kpa，Φ=30，γ=19KN/m3
    3、1.7m厚的黄土状粘土夹粉质粘土。C=55 Kpa，Φ=24，γ=19KN/m3
    4、5.1m厚的黄土状粉质粘土。C= 42 Kpa，Φ=26，γ=19KN/m3
    5、4m厚的黄土状粉质粘土夹粉土。C=58 Kpa，Φ=22，γ=19KN/m3
    （二）、设计指标
    1、坡顶设计堆载为40KN/m2 主要考虑在坡上建筑物荷载，另一种坑边离建筑物较远的坡顶堆载为20KNKN/m2，具体位置见支护平面布置图。2、设计考虑坡度87°~90°。3、基坑深度9.5m。4、土钉倾角为15o。5、土钉水平间距1500，土钉垂直间距1500（从上至下共6排）。6、孔径100。7、护壁施工与土方工程同时进行。8、侧摩阻力取120*0.8=96KPa。9、土钉局部稳定性安全系数1.2。10、内部整体稳定性安全系数1.3。11、边坡稳定保证期4个月。
    （三）、计算过程
    1、 计算模型建立如图。
    2、计算过程
    计算采用理正超级土钉设计软件计算，最后取值结果结合了本地区实际施工经验。
    3、计算结果结合本地区施工经验后的实际取值及节点图
    （1）、第一区（为离建筑物较近的部分）
    ①、土钉采用φ25及φ20钢筋具体见图示。②、土钉从上到下分为六排，第一排距地面1m，其它每1.5m一排。第一、二排长度12米，第三排长度为8.5米，第四排长度为7米，第五排长度为6.5米，第六排长为6米。图中的土钉长度均不含外露部分，加工时在图中尺寸的基础上加长150（预应力部分按结点）。③、为防止开挖过程中对建筑影响过大，本区设计采用了超前微型钢管桩，间距1米，具体要求见图示。④、坑上即为已有建筑物，建筑物内医疗不能中断，此部分的坑壁上缘有任何的变形，都会造成房子的开裂，甚至会造成安全事故，为防止在基坑作业的近3个月的时间内，基坑上部不变形，此区域采用了预应力土钉。
    （2）、其它区
    ①、土钉采用φ25及φ20钢筋具体见图示。②、土钉从上到下分为六排，第一排距地面1m，其它每1.5m一排。第一、二排长度11米，第三排长度为8.5米，第四排长度为7米，第五、六排长度为6米。
    （3）喷射面配筋
    分布筋均为φ6.5@200×200mm。土钉水平竖向用2φ14加强钢筋连接，加强筋穿过锚头里边，并与锚头焊接，焊接长度为140。
    （4）注浆、细石砼面板
    ①、注浆水灰比为0.5，压力为0.3-0.5Mpa，水泥砂浆配比为1：1~1：2，32.5R水泥。强度不低于12Mpa，3天不低于6MPa。
    ②、细石砼面板厚100，配比为水泥：砂：石子＝1：2：2，水灰比为0.4~0.45。32.5R水泥。强度不低于C20，3天不低于10MPa。
    二、施工过程
    （一）、工艺流程
    1、非预应力部分：修理边坡→造孔→钉杆安设→注浆→挂网→锚头固定→喷射细石砼
    2、预应力部分：修理边坡→造孔→钉杆安设→注浆→挂网→喷射细石砼→预应力张拉
    （二）、开挖土方及修理边坡
    土方开挖必须紧密配合土钉支护施工。土方开挖采用挖掘机分段分层开挖，严格做到开挖一层，支护一层，上一层未支护完或达不到一定的强度，不得开挖下一层，每层开挖深度以1.5m－3m为宜（在坑壁上不堆载的情况下），严禁超挖。
    机械开挖后，及时配合人工修整壁面，要求达到平整，可稍带坡度，坡度以1：0.1为宜，边坡的轴线位置要准确，严禁护壁后掏挖。必要时先喷射一层30㎜厚左右的砼，以保护开挖壁面。严格控制边壁周围积水。
    （三）、钻孔
    1、钻孔前根据设计，定出孔位，作出标记。孔径100mm。2、土钉水平方向孔距偏差不得大于50mm，竖直方向孔距偏差不得大于100mm。3、钻孔底部的偏斜尺寸不得大于杆的3%。4、孔深不得小于设计长度，也不得大于设计的1％。
    （四）、土钉制作与安放：
    1、杆体钢筋应平直，除油、除锈。
    2、如需焊接时，焊接长度10d。
    3、土钉沿轴线方向，每2m采用Φ6.5钢筋做对中支架，以保证杆体在孔中央。
    4、安放杆体时，应防止杆体的变形。注浆管随杆体一同放入。注浆管距孔底宜为50~100mm。
    5、杆体插入孔的深度不得小于杆体的95％。杆体放入后，不得随意敲击，不得悬挂重物。
    6、普通土钉外端头井字型焊接4Ф20钢筋，每根钢筋长650㎜，以增强抗拔力和固定钢筋网。（预应力部分按结点）
普通土钉锚头示意图
 

    （五）锚头施工
    1、普通锚头
    锚头采用4Ф20钢筋组成井字形，形式如图，每根钢筋长650㎜，与土钉部分焊接要牢固。
    2、预应力锚头作法如下图：
    （六）、注浆
    1、注浆液应搅拌均匀，随搅随用，应在初凝前用完。
    2、注浆时当能看到孔内的浆体时，可边注浆，边缓慢地拔出注管，且注浆管始终不得露出浆体。注浆压力不小于0.3-0.5Mpa。
    3、注浆到孔口时，应停注封孔。
    4、当浆体凝固后，不能充满锚固体时，应补注。
    5、注浆完成后，应器械清洗干净，以便下次再用。
    6、注浆时按规范做好记录。
    （七）、挂网
    1、外网与杆连接要牢固，钢筋网采用Φ6.5＠200双向钢筋，接头搭接＞300㎜，用扎丝绑扎牢固，纵向钢筋插入土中长度应＞300㎜。焊接时要有一定的搭焊长度，单面焊时为10d。
    2、网挂好后，加入加强筋。
    3、网在喷砼时不得有晃动。
    （八）喷射砼施工：
    喷射面板厚度为100mm，在工作面情况不好时可进行初喷。采用干喷法，采用32.5R 普通硅酸盐水泥，骨料为中砂和粒径为5～10㎜的碎石，砼强度＞C20，水泥：砂：石：水=1：2：2：0.5，掺速凝剂10%；喷射枪头处的工作风压保持在0.3MPa；喷头应尽量与受喷面保持垂直，减少回弹及砼流淌现象。在面板上应2000×2000间隔留置一个100×100的泄水洞，此点非常重要，但现场很多施工人员容易忽略此点，如果不留泄水洞，在有渗水时，水压将非常大，可能会给基坑造成灾害性的结果。
    （九）、预应力锚杆的张拉与锁定
    1、锚杆张拉前应对张拉设备进行标定；台坐的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直；
    2、锚固体与台座混凝土的强度均≥15Mpa时，方可进行预应力施加，施加预应力不大于锚固力的30%。具体按下面说明进行：第一排锚杆自由段为1米，预应力施加30KN。第二排自由段长度为2米，预应力施加60KN。以上要求是针对本工程的物殊性而做为的，如设计中完全依赖预应力，应参照规范执行。
    3、锚杆张拉应考虑对邻近锚杆的影响，控制应力不超过0.6fptk。
    4、锚杆锁定后，若发现有明显的预应力损失时，应进行补偿张拉。
    三、施工时应注意的几个方面
    1、施工现场设立工程技术组，全面负责整个工程中的有关技术及质量安全，及时解决施工中出现的各类问题监督各道工序质量。
    2、施工前应详细了解有关基坑周围地下管网及障碍物情况，以便及时采取相应措施，保证施工质量，且不对已有管道或电缆造成破坏。
    3、严把材料质量关，必须采用有出厂合格证或化验的钢材、水泥，并对进行有关的试验，杜绝使用不合格材料。
    4、在施工期间和施工后要做好坡面排水，坑壁附近不得有积水。
    四、施工监测
    土钉支护的施工监测至少应包括下列内容
    1、支护位移的量测。
    2、地表开裂状态位置裂宽的观察。
    3、附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察。
    4、基坑渗漏水和基坑内外的地下水位变化。
    5、在支护施工阶段每天监测不少于2次，在完成基坑开挖变形趋于稳定的情况下可适当减少监测次数，施工监测过程应持续至整个基坑回填结束支护退出工作为止。
    6、对支护位移的量测至少应有基坑边壁顶部的水平位移与垂直沉降。测点位置应选在变形最大或局部地质条件最为不利的地段测点总数不宜小于3个，测点间距不宜大于30米。当基坑附近有重要建筑物等设施时也应在相应位置设置测点，宜用精密水准仪和精密经纬仪必要时还可用测斜仪量测支护土体的水平位移，用收敛计监测位移的稳定过程等。
    7、在可能情况下宜同时测定基坑边壁不同深度位置处的水平位移，以及地表离基坑边壁不同距离处的沉降，给出地表沉降曲线。
    8、应特别加强雨天和雨后的监测以及对各种可能危及支护安全的水害来源。如场地周围生产生活排水，上下水道、贮水池罐、化粪池渗漏水。
    五、本工程实施效果
    目前此工程已近交工，坑壁顶部边缘实测位移和沉降在有建筑物的部分几乎无变化，在其它部分即没有预应力的部分，沉降和位移都不大于5mm，达到预期效果。