谈水泥土组合挡墙支护技术及工程应用
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摘要：水泥土挡墙支护结构系─般基坑开挖时常用的方法之一．该项技术在我国已成功应用于非软土场地基坑支护，基坑深度已突破20m，利用水泥土桩组合式土钉墙支护技术，使该项技术能够应用在不降水的高水位地层。
基坑围护形式很多,如水泥搅拌桩重力式围护结构、排桩围护结构、放坡与支护相结合等形式,但具体采用哪种支护方法,还必须根据具体工程的基坑深度、基坑平面形状、规模、地质水文情况、周围建筑物构筑物与拟建工程的位置关系、施工工期、施工方法、建设单位的投资等综合考虑决定。
1.水泥土组合挡墙支护技术
1.1水泥土组合挡墙支护结构的特点
水泥土组合挡墙支护技术是通过原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力，因而能大幅度降低支护造价，一般比桩墙式支护结构节约费用30％～60％，而且施工期短，具有显著的经济效益。土钉墙一般适应于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和微粘性砂土(N≥5的砂质土和N≥3的粘性土)，不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层和淤泥质土。
水泥土组合挡墙结构由土钉和面层两部分构成，土钉主要包括钻孔注浆土钉和打入式土钉两种形式。钻孔注浆土钉为最常用的土钉，一般采用16～32mm的Ⅱ、Ⅲ级钢筋，置于Φ70～Φ120mm钻孔中，采用强度等级不低于M10的水泥浆或水泥砂浆注入孔中形成。水泥浆水灰比一般为0.5左右，水泥砂浆配合比一般1：1～1：2，水灰比为0.38～0.45。注浆土钉设定位支架以使钢筋居中，孔口宜设置止浆塞及排气管。打入式土钉一般采用钢管等材料打人土中形成。打入式土钉一般钉长较短，施工简单快速，但不易用于密实胶结土中。当打入钢管为周围带孔的闭口钢管时，可在打入后管内注浆，增强土钉与土的粘结力，提高土钉的抗拔能力。注浆方式有低压注浆与高压喷射注浆等方式。土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍，间距为1～2m，与水平夹角一般为5°～20°，适用的土钉墙墙面坡度不宜大于1：0.1。面墙为土钉墙的重要组成部分。一般由Φ6～Φ10mm、间距150～300mm的钢筋网，强度等级不低于C20的喷射混凝土组成，面层厚度一般为80～150mm。为保证土钉与面墙的有效连接，可采用加强钢筋与土钉和分布钢筋连接，也可采用承压垫板方法连接。
土钉墙的工作机理及有关技术问题
1.2水泥土组合挡墙的工作机理
土钉墙的工作机理实质就是土钉、面墙与原状土三者共同作用机理。通过土钉、面墙与原状土体的共同作用，形成以主动制约机制为基础的复合体，具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减小土体侧向变形，增强整体稳定性的特点。因此其性状主要由土钉的的设置密度、长度、土钉抗拉和抗弯(剪)强度、土钉与土体的粘结强度、面墙刚度、土钉与面墙接合程度、原状土体性状、坡顶荷载、开挖深度等因素综合确定。
1.2土钉的抗拔及弯、剪作用
土钉在土钉墙复合体中所起的作用实际是土钉拉、剪、弯共同作用的结果。根据研究表明，土钉的抗拔能力占据主要因素，伴随着土钉抗拔承载力的发挥，土钉的抗弯、剪作用随之发挥出来，但作用有限，并且此时一般土钉已接近或达到抗拔破坏状态。因此，工程应用中为简化计算，一般不考虑土钉的弯、剪作用或作为安全储备。但笔者认为，土钉的弯、剪作用对于限制或约束土体开裂面的连续开展及变形剧增、土坡突然失稳的作用是不可低估的，应进一步开展对其作用机理的研究，使土钉墙设计方法更加合理。
1.3水泥土组合挡墙技术在软土及高水位地层中的作用
由于在软土地层应用土钉墙技术往往使得土钉设置密又长，造成支护方案不经济，并且由于软土地层徐变与流变的影响，软土地层一般不宜采用土钉墙支护技术。随着软土加固技术的发展，采用多向土钉支护及土钉墙与土体加固组合技术已使土钉墙技术成功应用于软土地层，目前国内在软土地层土钉墙支护深度已达12m。采用止水与土钉墙结合技术，使土钉墙技术在不降水的高水位地层得到成功应用，从而拓宽了土钉墙技术的应用范围。
2.工程应用实例
某小区住宅楼，裙房部分地上地下均为两层，剪力墙结构体系。基坑深度约10m，该建筑物边有四栋楼正在施工，场地狭窄，混凝土泵车、罐车往来不断。场地地下水位较深，位于基坑底以下4～5m。该工程支护结构由中国建筑科学研究院地基所负责设计和施工，根据场地地质情况，并综合考虑造价、工期和技术可行性等因素，采用土钉墙支护结构护坡。由于施工土钉墙随土方开挖分层进行，可节省工期，造价较护坡桩――锚杆方案低1／3～1／4。但是对房渣土和砂卵地基，土钉成孔有一定难度。
2.1土钉支护设计
土钉采用梅花形布置，竖向间距和水平间距为1.3m，1.2m；最下排土钉为1.5m，1.2m。
六排土钉，孔径110mm，土钉与水平倾角设为10°。第1、2排土钉长度L=9m，Φ20钢筋；第3、4排土钉长度L=12m，Φ25钢筋；第5、6排土钉长度L=6m，Φ25钢筋。混凝土面层厚度80mm，设计强度C20，分两次喷射。面层结构钢筋网片取Φ6@250mm× 250mm，钢筋网片上加水平和斜拉加强筋Φ16。注浆选用1：0.5的水泥净浆，强度大于20MPa。注浆管插至距孔底250～500mm处开始注浆。采用圆弧滑裂面条分法，取最危险滑裂面计算土钉墙整体稳定，计算结果安全系数为1.36，大于1.3。土钉抗拔局部稳定性验算，按照《建筑基坑支护技术规程》(JGJl20―99)的规定，土钉抗拔承载力设计值了。
3.施工与监测
因为土层中夹有砖头、混凝土块儿、树杆、炉渣较多，在施工第l排、第2排土钉时，常遇到障碍物难以继续成孔，当人工成孔至3～7m，在此情况下改用锚管土钉代替钢筋土钉。选用工地现场的脚手架管作原料，将管内端头制成锥形，在锚管连接处对焊，接头处拼焊3根5c6的加强筋。施工时，在锚管外端用重约40kg的铁锤加焊导向管打人。为使水泥浆液尽可能多地渗入土体中，除在锚管管壁设出浆孔外，还在出浆孔处加焊等边角钢倒刺。注浆时，注浆管插至距孔底500mm处开始注浆，注浆压力不小于0.6MΡa，孔口设止浆塞。施工中曾有几孔久注不满，采用间歇注浆法。■
参考文献
[1]YB9258-97，建筑基坑工程技术规范[S]．
[2]李文龙．水泥土组合挡墙支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008．