浅谈某综合楼软土深基坑土钉支护施工

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关键词：深基坑土钉支护 ； 施工技术 ；质量安全控制

前言

近年来，随着我国市镇建设的发展，土地资源日趋紧张，房建工程普遍向高层或地下建筑发展，在这种情况下，建筑工程中的深基坑支护逐渐变得日趋重要。如何在深基坑支护过程中有效的进行施工质量、进度和工程成本的控制成为基坑支护过程中的重点控制内容。

作为新型的支护方法，土钉喷锚支护于九十年代初期开始在基坑支护施工中异军突起，该方法以成本低廉、工期短、施工方便及支护效果明显为特点，在短短数年里迅速普及祖国各地。在某综合楼基坑支护施工过程中，针对工程现场情况对支护质量和安全提出的要求，通过经济可行性及技术可行性分析，该工程最终决定采用土钉支护的方法进行基坑支护施工，并在施工过程中严格按照土钉支护技术规程进行质量全程控制，取得了预期的质量效果，有力的确保了基坑周边临近建筑的安全。

施工概况

综合楼建筑面积3547.45m2，全框架结构，地上四层，地下一层。其中地下室层高6.2m，施工前自然地坪标高－2.750m，基坑底部设计标高－8.050m，设计要求换填－8.050m～－10.050m标高范围内的被扰动土体，此时基坑深度将达到7.3m。

根据地质勘测报告，本工程地处断陷盆地，属高原湖泊沉积地貌。基坑从自然地坪以下2.5m～4.0m深度内为硬塑层；4.0m以下为软塑层；基坑底部为软塑淤泥质粘土，局部呈现流塑状。基坑土质取样数据表明，土体天然孔隙比共14个土样超过1，其余亦接近1，同时，常年地下水位线标高为－3.500m，土体天然含水量较高，实属于软土深基坑。

现场测量，基坑以西8m即为河道，以北2.4m处为既有六层民用砖混住宅楼，以东7.25m处为七层框架结构的人潮大酒店。基坑开挖后对上述临近建筑的安全威胁较大，这一特点决定了该工程基坑支护施工的重要性。

综上所述，软土深基坑开挖时必须采取安全可行的支护措施，以此确保施工安全顺利的进行。

三、支护方案可行性分析及方案确定

根据现场实际情况，以确保基坑临近建筑物的安全为原则，同时确保该工程后续工程的顺利进行，综合楼软土深基坑支护初拟了两套方案，其一为钻孔护壁桩支护方案，其二为土钉支护方案。

钻孔灌注桩支护方案具体为在基坑边壁北侧、东侧临近既有建筑的部位进行间距1.2m，桩径1000mm的钻孔灌注桩施工，待桩身混凝土强度达到要求后，进行基础土石方开挖，开挖时，基坑南侧、西侧进行土钉支护。

土钉支护方案具体为待方案确定后，即开始进行基础土石方开挖，同步进行基坑边壁的土钉支护施工，施工过程加强边壁变形及沉降观测，若遇到不良地质时，及时进行加强设计及处理，准备抢险方案，确保施工安全。

钻孔灌注桩支护方法作为传统支护方法，具有受力明确、易于设计，工序简化，施工经验丰富等特点。但该支护方法在支护结构上作为悬臂式支挡结构，亦在一定程度上存在受力性能欠佳，开挖过程中坑壁易产生较大变形，但周围临近建筑物时，无法完全有效的确保临近建筑的安全。同时，由于钻孔灌注桩施工造价较高，施工完毕后需等待钻孔桩桩身强度达到要求后方可进行基础土石方开挖，工期将受到一定程度的影响，从而大幅增加工程成本。

相比较而言，土钉支护方法作为新兴的支护方法，以尽可能的保持、显著提高和最大限度的利用基坑边壁土体的固有力学强度，变土体荷载为支护体系为设计原理，在支护结构上变传统施工方法的被动受力为主动受力，具有施工简便、快速及时、机动灵活、实用性强，随挖随支、安全经济等特点，在施工中不仅可以有效节约工程成本，同时亦可大量缩短工期，在经济及技术上具有较大优势。因此，该支护方法近年来在建筑工程中得到了较为普遍的应用，全国各地均有不少成功的软土深基坑土钉支护案例。

钻孔悬臂桩支护方案与土钉支护方案的技术可行性、经济可行性比较如下表：

钻孔悬臂桩支护 土钉支护

技术优势 被动受力、易于设计，工序简化，施工经验丰富 主动受力，施工简便、快速及时、机动灵活、实用性强，随挖随支、安全经济

技 术 难 度 场地条件受限，施工质量易受不明地质状况影响；成孔及水下砼灌注技术参数较难控制；临近既有建筑，成桩后桩顶无法进行有效拉结，不能形成简支结构体系，被动受力，基坑边壁变形较大，难以预测。 地下管网密集，地质条件较差，属软土基坑，坑内渗水量较大，施工工序严格，质量标注高，需动态设计，信息施工，一定程度上缺乏施工经验。

工 期 要 求 按拟定方案，本工程需在基坑北侧、东侧临近建筑处进行61棵钻孔灌注桩施工，按每天施工3棵计算，需20天的施工工期，同时，施工完毕后各钻孔桩需养护28天方可进行基础土石方开挖。

总工期共需60天左右。 按拟定方案，确定方案后即可进行基础土石方开挖，每天可完成约40m2的支护面积，30天即可完成1229m2的全部支护任务。

总工期共需30天左右

工程造价 经计算，每棵钻孔桩桩长需15m，按预算价600元/m，灌注桩就需投资55万元，加上土钉支护部分，共需投资约76万元 按现行市场价格，土钉支护工程单位造价350元/m2，共支护1229m2，共需投资约43万元。

通过经济可行性及技术可行性分析，在确保基坑支护施工安全进行的前提下，考虑对工程成本进行优化，并综合考察了全国各地软土深基坑土钉支护施工的成功案例及支护失效发生的工程事故等经验，基坑支护最终决定采用土钉支护方案。该方案同钻孔灌注桩支护方案相比，不仅较为经济，同时亦能满足整个工程的安全要求及工期要求。该方案经建设单位、设计单位、监理公司等单位的审核，同意按该方案进行基坑支护施工。

软土深基坑土钉支护施工设计计算书

地质勘测报告建议的地质参数如下：

上层：人工填土或砂粘土，硬塑状，土体重度γ=19.0KN/m3；内摩擦角φ=10°；粘聚力c=12Kpa。

中层：粘土或砂粘土，软塑状，γ=18.9KN/m3；φ=6.7°；粘聚力c=20Kpa。

底层：淤泥质粘土，局部流塑状，γ=16.5KN/m3；φ=3.6°；粘聚力c=14Kpa。

（一）、土钉长度计算

第一排土钉土体压力系数：

土体侧压力：

抗拔力：

所需土钉总长：

第二排

第三排

第四排

第五排土钉若按上述公式进行计算则会很长，但根据理论和实践看，坑底的土侧压力会大大减少，而非继续增大，因此，第五排土钉长度根据软土支护工程的经验可采用L=6m。

由于第三、第四层土体较软，在开挖面还来不及做喷锚前会塌，所以做完第二排土钉后先打入超前垂直锚杆（L=6m，@400），该垂直锚杆端头与第二排土钉端头焊牢，然后才开挖第三层土层。为了开挖后停留时间不长，每次开挖段控制在10m左右，开挖一段，支护一段，以确保支护安全。

由于已经先行打入超前垂直锚杆，故第三、第四排锚杆不必采用计算所需的长度，根据经验可采用12m左右为宜。

（二）、内部稳定性验算

（取一单位宽度土体来计算）

β=α+θ=60.35°

W=1/2(S－1.326)γ=0.5×4.95×(4.403-1.326)×19.0=144.7KN

Q=S・q0=(4.403－1.326)×20=61.54KN

T=(W+Q)sinα=(144.7+61.54)×sin48.35° =154.11KN

τR=πDL01τ/KN=(π×0.048×6.67×60)/1.2=50.29KN

TR=[(W+Q)cos48.35°+τR×sinβ/Sh]tanφ+C・H/sinα+τR×cosβ/Sh

=[(144.7+61.54)cos48.35°+50.29×sin60.35°/1.2]+20×4.95/sin48.35°+50.29×cos60.5°/1.2

=183.81KN

K=TR/T=183.81/154.11=1.19＞1.0，安全

（三）、外部稳定验算

1、抗滑稳定验算

Ea=(γH2/2+q0)Ka=(19.0×4.952+20×9)×0.79=326.09KN

K=[(γHB+q0B)tanφ+BC1]/En=[(19.0×4.95×9+20×9)tan6.7°+9×40]/326.09

=1.47＜1.5，不安全

如做喷锚时坑边不堆载q0=0，则K=2.5＞1.5，安全。

抵抗滑移的最好办法为打入校密的超前垂直锚杆，以此阻挡软土的蠕变及滑动。

2、抗倾覆验算

W=γHB=19.0×4.95×9=846.45KN

K=(WB/2+q0B/2)/(EaH/3)=(846.45×9/2+20×9/2)/(326.09×4.95/3)

=7.25＞1.5，安全

3、抗隆起验算

Cu=C+σtanφ=20+9.3×tan6.7°=21.1Kpa

W=γHB=19.0×4.95×9=846.45KN

如做喷锚时坑边不堆载q0=0，则K=1.66>1.5安全。

抵抗坑底隆起最好的措施也是打入较密的超前垂直锚杆，以此阻止软土的蠕动。

施工工艺及质量控制

（一）、工艺流程

（二）、施工工艺

1、降水、排水及防水

（1）、土方开挖过程中，应做好临时开挖基底的降水工作，使地下水位低于基底标高1m左右。

（2）、如有淤泥或渗水较强的地质状况，则需先做止水墙挡水，防止水份进入边壁内。

（3）、开挖过程中，遇到边壁内滞水量丰富，甚至涌水时，可在支护面层背部设置长度为40cm～60cm的水平导水管将砼面层后的积水排出。导水管管壁带孔，内填滤水材料或丝网。

（4）、基坑内应设置排水沟及集水坑，排水沟应离开边壁，集水坑内的积水应及时抽排。

2、锚杆制作与要求

（1）、锚杆的管体采用普通钢管，其外径为48mm，壁厚不宜小于3.5mm。

（2）、锚杆的端部应采用圆锥头形状，其大头直径应大于锚杆直径。

（3）、锚杆的管壁应设置出浆孔眼，间距约30cm，孔径8～10mm，孔上用2.5cm左右长的L25×3等边角钢焊倒刺，带孔锚杆的长度不小于3m。

3、土方开挖及修坡

（1）、土方必须分层开挖，严格做到开挖一层、喷锚一层，上一层未喷锚完毕，不得开挖下一层。

（2）、每层开挖深度按设计施工方案要求进行，并视现场土质条件决定，一般情况下按一层锚杆的垂直间距进行开挖。

（3）、开挖要到位，不得欠挖，严禁超挖。

（4）、机械开挖后，应及时对壁面进行人工修坡，以保证边壁平整、无浮土，并符合设计规定的坡角。

4、锚杆施工

（1）、锚杆用锚杆机强力打入被支护土层中，外露长度以25cm为宜。

（2）、锚杆倾角严格按设计要求的12°进行施工控制。

（3）、锚杆加长连接时，对接街头要焊牢，并在接头处绑焊3根Ф16，长15cm的钢筋，并全长满焊。

5、挂网

（1）、钢筋网所用钢筋的材质及规格应符合设计要求，铺设钢筋网前，应先调直钢筋。

（2）、钢筋网格为正方形，尺寸为20×20cm，允许偏差不得大于1cm。

（3）、根据施工作业面分层分段铺设钢筋网，可用短钢筋将网片固定在坑壁上，距避面的距离不宜小于4cm。

（4）、网片之间的搭接可采用绑扎，绑扎搭接的长度应不小于一个钢筋网格。

（5）、边壁上的钢筋网需延伸至地表面，其宽度等于翻边的宽度1.5m。

（6）、用Ф16钢筋作为加强筋，沿锚杆水平、垂直或斜线方向焊接在锚杆上压紧钢筋网片。加强筋的搭接长度应符合要求。

（7）、加强筋须向上延伸至地表面，并与地锚焊接牢固。

6、注浆

（1）、水泥使用普通硅酸盐水泥，其标号选用425号。

（2）、注浆的水灰比采用0.40～0.45，加入0.03%的三乙醇胺促进早凝，不得任意加大用水量。

（3）、采用水泥净浆压力（0.4MPa）注浆填满，可采用管口压力注浆，管口设止浆塞。

（4）、每次向管内注浆时，应记录注浆用水泥量，以确认注浆的充实程度，实际注浆量必须超过管的体积。

7、喷射砼

（1）、喷射砼的碎石最大粒径一般不宜大于15mm，标号采用C20，配合比严格按设计要求进行拌制。砼中加入3%的速凝剂，特殊情况应视地质情况增大用量比例。

（2）、混合料应搅拌均匀，颜色一致，随拌随用。

（3）、喷射时，喷头处的工作风压应保持在0.15～0.2MPa，喷头与受喷面应尽量垂直，并保持在0.8～1.2m的距离。

（4）、喷射顺序应自下而上，按螺旋式轨迹一圈压半圈均匀缓慢的移动。开始时，先送风，后开机，再给料；结束时，喷完料，再停机，必须将喷射机和输料管内的积料清除干净才能停止送风。

（5）、喷射砼时，给料须均衡连续，宜少不宜多。喷射工控制好水灰比保持砼表面平整，呈现湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。

（6）、喷射砼的搭接，水平方向一般为45°搭接，垂直方向一般以水平加强钢筋为界，至少留一个钢筋网格与下一层钢筋网片相连，其接缝应圆滑、平整。

（7）、采用两次喷砼时，初喷厚度一般为3cm，以不完全遮盖钢筋网为宜。

（8）、喷射砼凝后2小时应浇水养护，保持砼土表面湿润，养护期不少于7天。

（三）、质量标准

锚管水平、垂直间距偏差±10cm。

锚管轴线倾角偏差10%。

锚杆长度偏差±10%。

注浆压力不小于0.4MPa。

喷射砼的回弹率不应大于15%。

钢筋网喷砼必须与壁面间连接密实，钢筋网不得外露。

、质量通病及防治

锚管轴线偏移，主要时工作面不好、超挖和有障碍物，必要时应搭设工作台面，偏移较大的应会同设计人员进行处理。

1.注浆压力低或久注不满，注浆过清，注浆机挤压管间隙过大，锚管周围捣实不严密引起泄漏，久注不满时可采用间歇注浆。

2.喷射砼厚度偏差大，主要是控制点少，可增加控制点或用钢筋网做厚度标志，厚度与设计要求相比小得较多时，应进行补喷。

实施措施

针对软土深基坑支护的各种特点，进行了针对性较强的措施方案，具体如下：

（一）、针对周边建筑物过近的特点，从安全角度出发，进行了如下工作：

①、通过调查了解周边建筑的基础类型及埋深，制定详细的施工组织设计和技术交底，并在开挖后根据地质状况进行适当调整，使施组目标得到顺利实现。

②、开工前组织技术人员及作业人员进行土钉支护专项施工技术及安全讲座，并介绍紧急状况下的处理措施。

③、每间隔一小时进行边坡变形观测及沉降观测，固定测量人员、仪器、和置镜点。每天进行数据分析，及时反馈信息。

④、现场预备100m3填土，6m以上长度的钢轨15根，发生异常情况时采用钢轨桩支挡，备用土回填支顶基坑边壁的措施处理。

⑤、开挖土方时，基坑边壁预留200～300mm厚土层进行人工清坡，避免边壁土体受到扰动。

（二）、针对地质条件差，涌水量大的特点进行了如下工作。

①、技术人员现场指导机械开挖，选择合理运行路线，确保分层、定长开挖。

②、每层开挖在坑底形成顺坡，坡向坡脚500mm以外的临时性排水沟或集水坑，避免坡脚受水浸泡；同时在基坑边壁上插入泄水管，内填滤水材料，降低边壁后的水压力。基坑全面形成后，针对渗水量大的部位，就近开挖直径1m深2m以上的降水井，并沿坡脚设置一圈排水明沟，24小时值班抽水。

③、一层开挖完成后，喷射砼面层前，在距基坑边坡1.5m以外间隔2m击入地锚，并与边壁锚管、钢筋网骨架形成可靠连接，提高边坡土体的整体稳定性。

④、第二层土钉支护完成后，在开挖第三层土方前，率先击入6m长的超前垂直锚杆，并进行压力注浆，改善被动土压力区的土体力学性能，防止基底隆起及边坡滑移。

（三）、针对施工质量要求高，工序严格的特点，制定并实施了质量安全保证制度：

①建立安全检查制度；②实施24小时值班制度；③开展技术安全培训；④建立工程例会制度，每天对质量、安全及进度做出总体安排；⑤实施材料配比质检旁站制度，严把材料关、配比关；⑥建立并执行施工监测制度；⑦制定严格的质量控制标准，建立质检制度及专项质检部门；⑧建立协调组，协调技术、安全及后勤之间的工作，确保工期质量要求。

实施效果

通过优化施工方案，细化施工措施和施工工艺，我单位安全、优质、高效的完成了土钉支护的既定目标，取得了预期的效果。主要有以下几个方面：

①、在确保质量、安全的前提下，实际施工工期29天，比预定目标提前一天，为后续工程的顺利开工创造了条件。

②、采用人工清挖基底及边坡，避免了土体受到扰动，支护面积由原设计的1229减少为859.07，节约资金13万余元，赢得了各方面的好评。

③、取得了较好的质量效果。施工监测显示，基坑边坡变形最大值6mm，周边建筑最大沉降量6mm，均仅为基坑深度的1.2‰，小于《基坑土钉支护技术规程》（CECS9697）中3‰的规定，有力的保证了周边建筑的正常使用。

参考文献：

计算公式及参数选自陈肇元等主编的《土钉支护在基坑工程中的应用》；

2、 参考书为曾宪明等编著的《土钉支护设计与施工手册》第七章“软土边壁（坡）土钉支护设计与施工”。