土钉墙技术在深基坑工程的应用
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【摘要】结合深基坑工程的施工实例，介绍了土钉墙技术的各个施工环节。
1 工程概况
某大厦深基坑工程，总建筑面积约54500m2，地下二层，地上二十一层，地面设计标高为60m，场地自然地坪高约为58.2～60.0m，基坑底标高约为49.0m，开挖深度约为9～11m，基坑长约为160m，宽约80m，面积约10250m2。地下水水位受季节变化控制，年变幅2～3m。文中主要对土钉墙施工环节进行阐述。
2 岩土地层分布情况
根据岩土成因、类型、状态等在勘察深度范围内，自上而下可分为三大层，其中第2大层细分为2个亚层，第3大层细分为3个亚层。第①层杂填土：第四系全新统人工成因，杂色，松散～稍密，稍湿，成份为粉砂岩碎、块石。粘性土，少量建筑、生活垃圾。其中碎、块石约占30%左右。层厚0.3～4m。第②-1层粉质粘土：第四系上更新统冲洪积成因，土黄色，坚硬，白色网纹状构造发育，偶见铁锰质氧化物结核颗粒。土面略光滑，略带光泽；摇振试验无反应；韧性试验为中等；干强度试验为中等偏高。层厚0.4～5.4m。第②-2层圆砾：第四系上更新统冲洪积成因，土黄色，灰黄色，稍密，湿～饱和，颗粒次圆状为主，成分以火山岩碎屑、石黄为主。层厚0.8～2.5m。第③-1层强风化细砂岩：白垩系上统金华组，紫红色、青灰色，细砂状结构，局部为粉砂岩，粉砂状结构，岩石风化强虺，岩芯呈碎块状及细砂状。层厚0.2～0.9m。第③-2层中等风化细砂石：白垩系上统金华组，青灰色、紫红色，细砂状结构，局部夹粉砂岩，中厚层状构造，岩石软硬相间，韵律薄层、微细斜层理发育，风化裂隙发育频率为3-5条/米，裂面见铁锰质氧化物薄膜。岩芯一般长为5-15cm，少部分＜5cm或＞15cm，岩石易风化，敲击声稍哑～稍脆。采芯率为80%～90%，RQD值为50%～75%。层厚1.8～4.1m。第③-3层微风化细砂岩：白垩系统上统金华组，青灰色、紫红色，细砂状结构，局部夹粉砂岩、粗砂岩，中厚-厚层状构造，岩石软硬相间。岩石风化裂隙（节理）一般发育，频率为1-3米，节理闭合或充填方解石细脉，裂面见黑色铁锰质氧化物薄膜覆盖。岩芯一般长＞20cm，少部分呈5-15cm，岩石易风化，新鲜岩样敲击声稍脆。各孔平均采芯率TCR为85%-98%，RQD值为75%-95%。层厚3.3-11.3m。
3 土钉墙技术施工工艺
3.1 技术参数
3.1.1 土钉呈梅花形布置，采用∮48*3.0钢管或φ25钢筋作为抗拉材料，当用钢管作为土钉时管身上每隔50cm设φ8mm注浆孔，便于注入水泥浆液，孔洞从离边坡面1.5米处开始设置，直至管底。在管身孔洞靠前端侧焊上角铁切片（L30×30×50）或用钢管斜向切割下的铁片，避免泥土挤入孔洞。土钉长度分3、6m两种，打入角向下15°，遇地下障碍物时土钉位置和角度可适当调整。
3.1.2 注浆为水灰比1：0.5的纯水泥浆，注浆终止压力不小于0.5Mpa。
3.1.3 护坡：100厚C20喷射砼，内配∮6.0@200×200双向钢筋网。
3.1.4 土钉加强筋为2φ14，土钉与加强筋连接为2φ14（L=70）焊接。
3.2 施工工艺流程
本基坑支护工程设计采用放坡结合土钉墙进行支护。基坑支护设计如下：
3.2.1 剖面1-1采用2级放坡，上部杂填土，坡度为1：0.6。下部粉砂岩，坡度为1：0.3。外挂φ6.5@200×200钢筋网片、喷射厚10cmC20砼。
3.2.2 剖面2-2采用2级放坡，上部杂填土、粉质粘土，坡度为1：0.6。下部粉砂岩，坡度为1：0.3。支护为3排φ48×3.0钢管土钉，长度为3.0m，1排φ25钢筋土钉，长度为6.0m，排距、水平间距均为1.5m。外挂φ6.5@200×200钢筋网片、喷射厚10cmC20砼。
3.2.3 剖面3-3采用2级放坡，上部杂填土、粉质粘土、圆砾土，坡度为1：0.7。下部粉砂岩，坡度为1：0.3。支护为4排φ48×3.0钢管土钉，长度为3.0m，1排φ25钢筋土钉，长度为6.0m。排距、水平间距均为1.5m。外挂φ6.5@200×200钢筋网片、喷射厚10cmC20砼。
3.2.4 剖面4-4采用2级放坡，上部杂填土、粉质粘土、圆砾土，坡度为1：0.6。下部粉砂岩，坡度为1：0.3。支护为4有排φ48×3.0钢管土钉，长度分别为6.0m、6.0m、3.0m、3.0m、，1排φ25钢筋土钉，长度为6.0m。排距、水平间距均为1.5m。外挂φ6.5@200×200钢筋网片、喷射厚10cmC20砼。
3.2.5 剖面5-5采用2级放坡，上部杂填土、粉质粘土，坡度为1：0.6。下部粉砂岩，坡度为1：0.3。支护为2排φ48×3.0钢管土钉，长度为3.0m，排距、水平间距间均为1.5m，外挂φ6.5@200×200钢筋网片、喷射厚10cmC20砼。土钉墙支护施工流程图如图1所示:
3.3 施工方法
3.3.1 土钉制作。a.钢管土钉用φ48×3.0钢管加工，施工时钢管前端成扁平状封闭，在管壁上沿长度方向每隔0.5m转动90度设一个φ8mm圆孔注浆眼，便于注入水泥浆液，注浆眼从离坑壁1.5m处开始设置直至管度，圆孔靠前端侧焊上角铁切片（L30×30×50）或用钢管斜向切割下的铁片，避免泥土挤入孔洞。b.钢筋土钉采用1根φ25钢筋，沿轴线方向每隔2m设一个托架；
3.3.2 开挖基坑：边坡成形，人工修整边坡。
3.3.3 喷射混凝土；a.喷射作业段长度为施工区段长度，同一段内喷射顺序为自下而上进行，每次厚度为40mm。b.喷射时，喷头与受喷面应保持垂直，跟离宜为0.6-1.0m。c.空压机风量保持9m3/min以上，工作压力大于0.5Mpa。d.喷射混凝土终凝2小时后，洒水养护。
3.3.4 土钉打入：先土钉定位，钢管土钉按设计角度（向下15度）用凿岩机直接将钢管击入；钢筋土钉采用专业锚杆钻机成孔施工，机械成孔入施工，机械成孔入射角向下15度，成孔直径120。遇地下障碍物时土钉位置和角度可适应调整。孔距允许偏差±100mm，孔深允许偏差±50mm，成孔倾角偏差±1度。
3.3.5 钢筋网安装：在已喷射的混凝土面划出钢筋网位置线，人工绑扎钢筋，焊接2φ14加强筋和土钉端部2φ14/2φ20短钢筋。
3.3.6 土钉孔内注浆：a.注浆为32.5强度等级的纯水泥浆，水灰比0.5。b.钢筋土钉注浆：注浆前先将注浆管插入土钉管底部，用高压水冲洗钢管，然后用注浆管从土钉底部注浆，边注浆边拔注浆管，浆液到口部是压力灌浆浆终止压力不小于0.5Mpa，并维护1-2min，注浆顺序为跳孔间隔注浆方式。c.钢筋土钉注浆采用二次注浆工艺，二次注浆压力宜控制在2.5-5.0Mpa之间，注浆时间可根据注浆工艺试验确定。一次注浆管距孔底宜为100-200mm，二次注浆管采用φ25塑料管，注浆管宜与锚杆绑扎在一起，在离孔口3m至锚杆底端长度范围内每800对开φ8出浆孔，采用胶带纸包裹。d.待土钉注浆体达到设计强度的70%后再开挖下层土方，进行下道土钉施工。
3.4 技术措施
基坑临边防护措施，在基坑顶面的排水沟设置黑黄相间双色∮48*3.0钢管围护栏杆，具体做法如下：（1）立杆为∮48*3.0钢管，长度2m，其中打入地下大于0.7m，外露约1.2m，立杆间距小于2m，立杆离边坡上口大于0.6m。（2）立杆上用直角扣件链接水平横杆两道，上道离地高为1.2m左右，下道离地0.5m左右。（3）两人平横杆的基坑外侧挂密目式安全网。基坑工程施工时，危险源的分析及采取相应的措施如表1所示：
4 检查验收
基坑各分项工程检验批完成后，由项目技术负责人组织操作班组、项目质量检查员、施工员进行自行检查合格后通知监理单位组织验收。基坑工程质量验收执行标准为《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）。
5 结束语
实践表明，土钉墙技术凭借其适应性强、工程造价低、安全可靠、施工方便等特点在深基坑工程中得到越来越多的应用，可以大大拓宽传统土钉墙支护的适用范围，有效解决土体变形大、自立性不强、受地下水影响大等土钉支护的痼疾。当然，我们也应该看到，虽然土钉墙技术在深基坑工程中已经得到了较为广泛的应用，但仍然有很多不完善的地方需要继续研究。比如在现场监测手段与方案、加固机理、支护结构受力情况等方面的研究仍然存在不足的地方。这就要求我们在今后的工作中要在土钉墙作用机理、数值分析、现场监测、质量控制和管理等多方面展开科学研究，理论联系实际，采取保证的安全措施,从而有效地提高施工进度和质量。