浅谈基坑支护的勘察与设计施工

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摘要：土钉墙支护是一种利用经加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法。它是由土钉、钢筋网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成。该支护结构轻型，施工操作方便，造价相对较低，是一种安全经济的深基坑边坡支护方法。本文首先分析了基坑支护的结构类型，然后从实际工程出发，详细探讨了基坑支护勘察和土钉墙支护设计的要点。

关键词：基坑支护；勘察；设计；土钉墙；排水监测

Abstract: soil nailing wall supporting is a kind of use after reinforcement in situ soil foundation pit slope soil to maintain the stability of the support method. It is made of soil nails, steel fabric shotcrete panels and reinforced after the in situ soil of three parts. The supporting structure of light, the operation is convenient, cost is relatively low, it is a kind of safe and economic of the deep foundation pit slope shoring method. This paper first analyzes the foundation pit supporting structure type, and then starting from the practical engineering, foundation pit supporting is discussed in detail the main points of the survey and soil nail wall supporting design.

Key words: foundation pit supporting, Survey; Design; Soil nailing wall; Drainage monitoring

中图分类号： TV551.4 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、工程概况

金鸡坡•滨江1号1-A#楼地下室位于江西省九江市滨江东路南侧。地下室开挖高度为4.00～6.30米。场地地势较大，现场地标高为22.40～24.73m。在基坑开挖范围内，本基坑涉及的土层主要为：

第①层杂填土:

棕红色、黄褐色、灰褐色等杂色，湿，稍密状。填料以粘性土为主，含碎石、碎砖块等建筑垃圾。土质不均，工程性差。近期堆填。分布普遍。层厚为 0.20～6.10m。平均厚度为 2.76m。

第②层黄褐色粉质粘土：

局部棕褐色，湿，硬塑，见较多铁锰质薄膜。切面较光滑，韧性中等，干强度中等，摇震无反应。局部分布。层 厚为1.00～1.10m。平均厚度为1.08m。

第③层棕红色粉质粘土：

湿，硬塑，含较多灰白色条带和较多铁锰质氧化物结核，具网纹状构造。

切面较光滑，韧性中等，干强度中等，摇震无反应。全场分布。层 厚为 9.20～17.10m。平均厚度为 13.15m。

水文地质情况：本工程勘察期间各钻孔中均遇见地下水，主要为分为上层滞水。

上层滞水，赋存于①层中，其补给来源主要为为大气降水垂直补给，透水性相对较强；②层、③层、④层和⑤层为弱透水层，其透水性、赋水性较差，为相对隔水层。本层受水量、水位受季节影响明显，水量有限。

勘察期间测得静止水位埋深在 1.30 米至 3.20 米之间，地下水位标高在 21.83 米至 23.73 米之间，水位受季节控制;年变化幅度 2.00-3.00 米。

综合勘察结果，本工程主要采用土钉墙的支护体系，安全等级为三级。

基坑勘察的要求

在本工程地基详细勘察阶段，对需要支护的工程按下列要求进行勘察工作：

（一）勘察范围

勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜在开挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时，应通过调查取得相应资料，对于软土，勘察范围尚宣扩大。

（二）勘察点的深度

基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求确定，不宜小于1倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；勘探点间距应视地层条件而定，可在15～30m内选择，地层变化较大时，应增加勘探点，查明分布规律。

（三）场地水文地质勘察应达到的要求

查明开挖范围及邻近场地地下水含水层和隔水层的层位、埋深和分布情况，查明各含水层(包括上层滞水、潜水、承压水)的补给条件和水力联系。

测量场地各含水层的渗透系数和渗透影响半径。

分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。

（四）基坑周边环境勘查应包括以下内容

1、查明影响范围内建(构)筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状；

2、查明基坑周边的各类地下设施，包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线或管道的分布和性状；

3、查明场地周围和邻近地区地表水汇流、排泻情况，地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度；

4、查明基坑四周道路的距离及车辆载重情况。

（五）提出解决问题的建议

在取得勘察资料的基础上，针对基坑特点，应提出解决下列问题的建议：

1、分析场地的地层结构和岩土的物理力学性质；

2、地下水的控制方法及计算参数，

3、施工中应进行的现场监测项目；

4、基坑开挖过程中应注意的问题及其防治措施。

三、基坑支护设计方案

（一）土钉墙的设计步骤

1、确定土钉的参数

根据土压力分布、现场抗拔试验结果或土抗剪强度，参考以往经验，确定土钉的直径和长度。

进行外部和内部稳定性计算

从外部来看，土钉墙恰似一个“挡土墙”，它必须能够承受其后部土体的推力和上部传来的荷载。从内部稳定来看，它是土钉墙本身的破坏，它包括不同开挖阶段、不同位置处沿着最危险破裂面的滑动破坏、土钉本身的强度破坏、拔出破坏以及喷射混凝土面板的破坏等。内部稳定渗及到土钉强度、长度、界面粘结力、水平和垂直间距、面板的强度以及面板与土钉的共同作用等因素。

（二）设计要点

1、坡高

通过在大量的工程实践中表明，土钉墙一般用于高度H在12m以下的基坑和边坡，常用高度为6～12m，斜面坡度一般为70º～90º。

2、土钉长度

实验表明：沿支护高度上下分布的土钉，在使用状态时内力相差甚多，一般为中间大，上部和下部偏小，所以中部的土钉所起的作用较大。但是顶部土钉对于限制地表开裂非常重要，如果顶部土钉较短，则在土钉尾部或尾部以外地表上容易出现较大开裂，这对支护的强度和稳定性可能影响不大，但却会增加整个支护的水平位移，因而在城市地区构筑土钉支护中要适当的加长顶部的土钉长度。

3、土钉密度

考虑到土钉的作用是为了使土钉与原位土体很好的复合在一起，充分地发挥原位土体的强度，因而土钉的间距显然不能过大，土钉的水平和竖向间距,Sv和Sh宜在1～2m范围以内，在饱和粘土中可小到lm，在干硬粘性土中可超过2m，土钉的竖向间距应与每步开挖深度相对应。沿面层布置的土钉密度不应低于每6m一根。

4、土钉倾角

土钉倾角一般在5°～20°之间，取决于注浆工艺及土层特征等多种因素;粒状土中的模型试验说明：增加土钉倾角使支护的位移和地表角变位增大，倾角大于20°时增大的趋势更为加剧。同时有限元分析表明，当土钉倾角为零即处于水平位置时，支护变形最小;而按照极限平衡方法作支护整体稳定性的优化分析，则给出倾角在5°～20°范围内，得到的稳定性安全系数最大，这一数据与某些有限元分析结果也是符合的。所以除非出于重力注浆的需要，或者更大的倾角有利于土钉插入下层较好的土层内，土钉的倾角不宜超过15°，一般可取5°～10°。

5、墙面钢筋网的设计

本工程采用200×200双向钢筋网片，网片搭接长度为300mm并焊接牢固。网片反铺至坡顶长度为1.0m。钢筋的混凝土保护层厚度不小于15m。详见下图。

图1墙面钢筋网的设计

土钉与面层的连接

本工程设计土钉通过L形、Ф14连接端筋与加强筋焊接连接成一体，如下图所示。

图2土钉与面层的连接图

7、喷射混凝土面层(面板)：

其厚度一般为50～150mm，常用100mm，喷射混凝土强度应在C20以上。喷射混凝土面板中常配以ф6～ф10mm钢筋网，网格尺寸150～300mm。

本工程设计墙面混凝土为90厚C20喷射混凝土。水泥：砂：石宜为1：2：2。墙面混凝土分两层施工，第一层厚30～40mm。

坡顶、坡底排水设计

设排水沟，排水沟净宽400×500，沟渠厚120，MU7.5砌体＋M5水泥砂浆砌筑，1：2水泥砂浆粉面。坡顶铺设散水坡面，散水坡面仍为90厚C20混凝土，分段设集水坑。

图3坡顶、坡底排水沟剖面图

（四）支护注意事项

根据实际情况并综合考虑支护的实际特点，在支护结构使用阶段，应严格控制坑边荷载，特别是大型运输车及其它设备的动荷载。在坡顶2米范围内设置任何形式的荷载均不得大于10kPa。在雨季施工时，必须严格及时地做好坡顶硬化及排水工作，以减少雨水下渗引起的土层密度增大、粘聚力减小而造成的对边坡安全的影响。

基坑支护施工的主要要点

（一）土钉墙支护施工流程

土钉墙施工一般按如下流程进行操作：施工准备测量放线土方开挖修理边坡初喷成孔注浆挂网复喷。

（二）施工要点

1、测量放线

根据基础施工的要求， 确定基坑边坡的下边线位置，并根据坡度大小、放出边坡的上边线。每层土方开挖完毕，并修整完边坡后，根据施工准备阶段制订的施工方案放出土钉的位置线，然后进行其它工作。

土方开挖

采用反铲挖土机，预留20～30cm人工修坡，开挖深度在锚杆孔位下50cm，开挖宽度保证锚杆成孔机械钻机的工作面。土方开挖严格按设计规定的分层开挖深度按作业顺序施工，在完成上层作业面的锚杆及喷混凝土护坡以前，不得进行下一层土方的开挖。

修理边坡

采用人工清理，为确保喷射砼面层的平整，此工序必须挂线定位。对于土层含水量较大的边坡，可在支护面层背部插入长度为400～600mm，直径不小于40mm的水平排水管包滤网，其外端伸出支护面层，间距为2m，以便将喷混凝土面层后的积水排走。

初喷

喷射砼顺序可根据地层情况“先锚后喷”，土质条件不好时采取“先喷后锚”，喷射作业时，空压机风量不宜小于9m3/min，气压0.2～0.5MPa，喷头水压不应小于0.15MPa，喷射距离控制在0.6～1.0m，通过外加速凝剂控制砼初凝和终凝时间在5～10 min。C20砼采用机械拌和，厚度控制在4cm左右，喷射作业应按到分片分段依次进行，同段应自上而下，喷射终凝后及时养护并不少于3天。

成孔

钻孔方法与土层锚杆基本相同，可用螺栓钻、冲击钻、地质钻机和工程钻机。 采用人工机械一起作用的方法，钻孔下倾角度为 15～25°，采用风钻的方法进行，成孔的尺寸允许偏差为孔深±50mm；孔径±5mm；孔距±100mm；成孔倾斜角±5%。

挂网

上道工序完工后，按设计要求将一定直径的钢筋按一定网距焊接，固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件(如槽钢等)连接在一起，以进一步加强支护强度。钢筋保护层厚度不宜小于20mm，采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。每层钢筋网之间搭接长度应不小于300mm。

复喷

喷射第二层砼操作基本同喷第一层砼，不同之处在于喷第二层砼时，应对第一层砼有松动的部分除去并湿润。第二层砼喷射厚度控制总厚度在90mm左右，同时又应将所在钢筋网盖住，并保证有足够的钢筋保护层。通过外加速凝剂控制砼初凝和终凝时间在5～10 min。

（三）基坑排水施工监测

1、监测目的

为确保基坑周边地下管线及建筑物的安全及地下室外施工顺利进行，应及时获取基坑开挖过程中支护结构和周围土体的变形信息，以求掌握基坑开挖时对环境的影响，作出安全预报，实行信息化施工，及时调整施工进度，有效控制围护结构及坑后土体变位。

监测内容及要求

（1）本工程共设置11个基坑监测点。

（2）观测时间

变形观测在基坑开挖期间每1～2天观测一次，其余时间每4～7天观测一次，直至基坑回填完毕。

（3）位移报警值

水平位移速率≥5mm/天；或累计水平位移≥25mm。达到位移报警值时均应及时通知相关人员采取防范措施。基坑排水监测图如下。

图4基坑排水监测图

参考文献

[1]葛鹏.基坑土钉支护技术[D].河海大学，2007.

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[3]徐金刚.浅谈深基坑支护的应用[J].科技咨询，2006.6.

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