浅谈复合土钉支护的常见型式

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【摘 要】综述了复合土钉支护技术，多角度论述了复合土钉支护的常见形式及其应用特性。

【关键词】复合土钉；止水帷幕；微型桩

引言

随着国内经济发展和社会进步，地下空间的开发利用越来越受到重视并已取得了良好的经济和社会效益，深基坑工程在地下空间应用中占有很大比例，深基坑工程的特性决定了其支护工程的重要性，复合土钉支护是多种结构措施并用的方法，保持土钉支护优点的同时弥补了许多不足，扩大了土钉技术的应用范围。

1.简述

复合土钉支护由土钉支护发展而来。土钉支护是由被加固土体、土钉筋体及混凝土面层组成的挡土结构，而复合土钉支护则是在继承了土钉支护的优点同时突破了其应用，该技术的主要支护机理是充分利用原状土的自承能力，将本来完全靠外加固维护结构来支挡的被动土体通过土钉技术将其本身加固为一种复合的挡土结构。应用中其除利用土钉作为主要加固体外还利用其他辅助手段来加强对基坑边坡的支护，该技术主要是针对于软土、流砂、强膨胀土、厚杂填土等不良地质而言，可通过超前支护来加强土体的自稳性、强水性和喷射面层与土体的粘接问题，依靠压密注浆及二次压力灌浆来解决土体加固及土钉抗拔力等问题，并以相对较大的插入深度来解决坑底隆起、管涌及渗流等现象，最终形成由防渗帷幕、超前支护及土钉等构件组成的复合结构。

2.常见形式

2.1 土钉与止水帷幕复合支护

止水帷幕可解决基坑边壁土体的自立性及隔水性问题。当边壁土体含水量较大时，可改善混凝土面层的粘结性；并可改善原状土的力学性能，当水泥土止水帷幕置于基底以下一定深度时尚可抵抗基底隆起、管涌等。土钉与止水帷幕复合支护技术常用于基坑有较高的防渗要求时，常见做法有多种：深层搅拌法水泥土止水帷幕是利用深层搅拌机将水泥与被加固的土体均匀搅拌，形成搅拌桩体，通过水泥和软土之间的物理化学反应，使软土硬凝成具有一定强度和耐久性的水泥加固土。它具有良好的挡土防渗作用。数据显示水泥掺和量为10%的水泥土渗透系数比原状土渗透系数小两个数量级以上；高压喷射注浆法水泥土止水帷幕适于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等。又可分为单独形成止水帷幕（采用单排旋喷桩相互搭接形成）和采用摆喷法与排桩共同形成止水帷幕。该技术造价较高，但适用范围广，施工空间小，一般地层均可适用；采用素混凝土地下连续墙作止水帷幕，常采用冲水成槽，墙厚一般为200～300mm，但因造价较高而较少采用[1] 。

2.2 管钉注浆

其是在钢管上钻眼的锚管打入土层，注入水泥浆或其他的化学浆液，浆液在管体周围土层中扩散，扩散的范围随注浆的压力和不同的浆液而变化。浆液在压注凝固的过程中，形成很多浆脉，将原来松散的土粘或裂隙胶成一个整体，弥补了软土抗剪、抗拉强度不足的弱点，增强了土体的内摩擦角和粘聚力，从而大大提高了锚固体与土层之间的粘结力，保证了边坡支护的整体稳定性。

锚管的管体可采用普通钢管，其外径不宜小于48mm，壁厚根据强度要求确定。施工中可用冲击设备直接将钢管打入软土层中。在确保有一定注浆量的前提下使用锚管内端部加工成锥形尖头，沿管壁呈螺旋线型布孔，出浆孔径一般取8～10mm，间距约30cm，靠近锚管外端部1.0～3.0m 处不设孔眼。该技术既可适用于水位软低的软土支护，又可适用于造孔困难的卵石层等，还可适用以下两种情况：开挖深度不超过4.0m，地层的渗透系数较小，且周边环境对地表变形不敏感时，可放坡而无需超前支护，直接施作土钉挡墙；开挖深度4.0～5.0m，地层为渗透性较小的粉质粘土地层，基坑外降水不会引起地层显著沉降时，可采用坑外布置轻型井点管降水，土坡垂直或略带放坡，再施作土钉墙。

2.3 土钉与微型桩复合支护

该技术适用于基坑没有较高的防渗要求或地下水位较低无需进行防渗处理的情况，采用的微型桩类似于水泥土搅拌桩，但其是间隔布置而无需形成连续墙体，在布置微型桩时常采用微型桩沿基坑深度通长布设和在基坑范围内不通长布设两种形式。通长设置的微型桩常采用直径为100～300mm 的钻孔灌注桩，其长度根据经验，一般应深入坑底3m 左右为宜。微型桩用锚管并压力注浆以加固土体时，还应在锚管上预制注浆孔，且在孔外焊制倒刺，以免土体堵塞注浆孔。不通长布设微型桩又分两种型式：一种型式为每开挖一层布设一次微型桩，在上层支护完毕、下一层开挖之前，顺着边壁向下打入微型桩，长度通常是下一层开挖深度的1.5～2 倍；另一种型式是自基坑某一部位以下沿基坑通长布设微型桩，这种型式一般是地层上表面有较好的土层，没必要用通长微型桩进行超前支护的情况下使用[2]。

2.4 土钉和预应力锚杆复合支护

该技术是在复合土钉支护结构的中部或上部设置1～3 排预应力锚杆，对土体施加一定的初始背拉力，可明显减小基坑开挖面的水平位移，提高工程的安全度。对于基坑较深、地质条件、周围环境较复杂，而对基坑变形又有严格要求时，这种联合支护型式更显示出良好的综合经济效益和社会效益。预应力锚杆可采用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆，也可采用钢管预应力锚杆。锚杆的锚头必须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置承压板或喷射混凝土连梁，以保证将锚固力有效地传递到面层或土层中。复合土钉支护结构中预应力锚杆与桩锚体系中的预应力锚杆有所不同，设计荷载不宜过大，一般应小于300kN 为宜。土钉与预应力锚杆复合支护与普通土钉支护的施工步骤差别不大，预应力锚杆的施作方法按相应规范要求进行。

2.5 与超前支护结合的复合土钉支护

所采用的超前支护的形式包括竖向钢管支护、竖向花管注浆支护、一层搅拌桩止水帷幕、二重搅拌桩止水帷幕、三重搅拌桩止水帷幕等。超前支护解决了土体的自立性、隔水性以及喷射面与土体的粘结问题；超前支护以较长的插入深度解决了抗隆起、管涌和渗流等问题。如施工中坑底虽处于淤泥质粘土中，但产生管涌的可能性不大。这时可采用单排（或双排）竖向立管作为超前支护，虽然不能形成隔水帷幕，但有增加土体的自立性及防止坑底涌土的作用；而当基坑位于饱和软土层中，开挖后有发生管涌及坑底涌土的可能性，但预计水量较小，先在预定位置插入竖向花管，并注浆，形成加固土体并具有止水功能的加筋防渗帷幕；坑底处于淤泥质粘土地层，开挖后有发生管涌及坑底涌土的可能性，这时就首先施作水泥土搅拌桩组成的防渗帷幕。防渗帷幕可采用宽0.7m 的单排搅拌桩，应按抗渗要求设计水泥土桩的插入深度，按基坑底部抗隆起要求设计水泥土搅拌桩的强度；坑底处于淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土层，产生管涌及坑底隆起的可能性增大，必须施作两排水泥土搅拌桩（宽1.2m）作为防渗帷幕和超前支护。

3.结语

复合土钉支护是土钉与多种措施并用的基坑支护技术，具有支护位移小、适用范围广安全经济等诸多优点，在施工中可结合具体要求针对性的选择复合土钉支护形式，且在施工中应严格按照规范施工，并坚持动态设计、信息化施工的原则进行施工，方可保证最终施工质量，实现其应有的经济和社会效益。

参考文献：

[1] 陈肇元，崔京浩主编.土钉支护在基坑工程中的应用（第二版）[M].北京：中国建

筑工业出版社，2000：9～10.

[2] 陈仲颐，周景星，王洪瑾编著.土力学[M].北京：清华大学出版社，1994：196～197，248～250.

作者简介：

任紫瑞（1984年— ），男，现工作于郑州中核岩土工程有限公司。