土釘墻支護(hù)技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用

王起敬

摘 要：土釘墻支護(hù)是通過(guò)土釘技術(shù)的加固使其成為一個(gè)復(fù)合擋土結(jié)構(gòu)。盡管該技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，但其理論研究卻落后于工程實(shí)踐，特別是對(duì)于土釘支護(hù)軟弱巖質(zhì)邊坡工程的研究則更少，因此，本文通過(guò)分析土釘墻支護(hù)的特點(diǎn)，針對(duì)邊坡支護(hù)的機(jī)理，從施工材料及機(jī)具的準(zhǔn)備，到施工工藝及質(zhì)量控制的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討，以期充分發(fā)揮土體的空間支護(hù)作用，使邊坡位移和變形及時(shí)得到約束限制。

關(guān)鍵字：土釘墻支護(hù)；邊坡；材料；施工工藝、質(zhì)量控制

1 土釘墻支護(hù)的特點(diǎn)

土釘墻支護(hù)法，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學(xué)強(qiáng)度，變土體荷載為支護(hù)結(jié)構(gòu)體系一部分。噴射混凝土在高壓氣流的作用下高速?lài)娤蛲翆颖砻?，在噴層與土層間產(chǎn)生“嵌固效應(yīng)”，并隨開(kāi)挖逐步形成全封閉支護(hù)系統(tǒng)；噴層與嵌固層同具有保護(hù)和加固表層土，使之避免風(fēng)化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落，以及隔水防滲等作用。土釘?shù)奶厥饪貕鹤{可使被加固介質(zhì)物理力學(xué)性能大為改善并使之成為一種新地質(zhì)體，其內(nèi)固段深固于滑移面之外的土體內(nèi)部，其外固端同噴網(wǎng)面層聯(lián)為-體，可把邊壁不穩(wěn)定的傾向轉(zhuǎn)移到內(nèi)固段及其附近并消除。鋼筋網(wǎng)可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調(diào)整噴層與土釘內(nèi)應(yīng)力分布。

2 土釘墻邊坡支護(hù)的機(jī)理

土釘墻加固與傳統(tǒng)的護(hù)坡和擋土墻支撐機(jī)理不一樣，土釘墻在邊坡的一定范圍內(nèi)形成了一個(gè)加固區(qū)，由于很密的土釘錨桿的作用，滑移面不可能出現(xiàn)在加固區(qū)，只能產(chǎn)生于非加固區(qū)，從而使滑移面遠(yuǎn)離邊坡，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的，加固區(qū)的整體穩(wěn)定，包括加固區(qū)抗傾覆與抗滑移問(wèn)題，用增加加固區(qū)的寬度和底排土錨桿打成向下傾斜穿過(guò)滑移面等措施來(lái)解決，土釘墻通過(guò)下述幾個(gè)方面的綜合作用使邊坡周邊土體形成加固區(qū)。

2.1 錨固作用

密布的錨桿與砂漿柱體相結(jié)合對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生有效的錨固作用，限制了砂漿柱體周?chē)耐馏w變形。①土釘不需要施加預(yù)應(yīng)力，而是在土體發(fā)生變形后使其承受拉力工作；②土釘支護(hù)在邊坡中比較密集，起到了加筋的作用，提高了土的強(qiáng)度，為被動(dòng)受力機(jī)制。由于土釘在全長(zhǎng)范圍內(nèi)與土體接觸，其荷載傳遞沿整個(gè)土體進(jìn)行。

2.2 土釘漿孔對(duì)土體的擠密作用

由于土釘錨桿的密度比較大，擠密作用的影響也較大，使加固區(qū)的土體比非加固區(qū)土體密度大。密集的土釘與土釘之間土形成復(fù)合土體，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似重力式擋土墻，個(gè)別土釘?shù)钠茐牟粫?huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)的功能完全喪失。

2.3 護(hù)坡作用

土釘墻的面層不是主要受力結(jié)構(gòu)，其主要作用在于保持土體的局部穩(wěn)定性。在公路邊坡治理中，土釘墻的面層還起到防止沖刷、防止雨水滲入坡體影響邊坡穩(wěn)定性的重要作用。

2.4 土釘受力及規(guī)模

一般錨桿長(zhǎng)度在15～45m之間，直徑較大，錨桿所承受的荷載可達(dá)400kN以上，某些預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)荷載更可達(dá)3000kN。其端部的構(gòu)造較土釘復(fù)雜，以防止面層沖切破壞；而土釘長(zhǎng)度一般為3～10m，漿體直徑100 mm左右，一般不提供很大的承載力。單根土釘受荷一般在100kN以下，面層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，利用小尺寸墊板及掛網(wǎng)噴射混凝土即可滿(mǎn)足要求。

目前國(guó)內(nèi)土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)主要用在建筑基坑支護(hù)上，用于公路邊坡支護(hù)的較少。這主要是因?yàn)榛由疃炔淮?，一般不超過(guò)20m。但是山區(qū)，道路路塹邊坡很高，原來(lái)的力學(xué)平衡破壞嚴(yán)重，產(chǎn)生的滑坡推力每延米可達(dá)1000kN以上，采用土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)則難以滿(mǎn)足要求。對(duì)于一些滑坡推力小的土石質(zhì)路塹邊坡，仍可采用土釘支護(hù)，既節(jié)省投資，也能縮短工期，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。一些缺乏穩(wěn)定性的高路堤或擋土墻也可以采用土釘支護(hù)加固，但還有待于我們改進(jìn)土釘支護(hù)技術(shù)，使其優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮在整個(gè)邊坡支護(hù)中。

3 土釘墻邊坡支護(hù)的施工材料及機(jī)具

3.1 原材料

土釘鋼筋使用前應(yīng)拉直、除銹、涂油；選用P·032.5普通硅酸鹽水泥；采用干凈的中粗砂，含泥量小于5％；采用干凈的圓礫，粒徑2～4 mm；使用速凝劑，應(yīng)做與水泥相容性試驗(yàn)及水泥漿凝結(jié)效果試驗(yàn)。

3.2 施工機(jī)具

土釘成孔機(jī)具根據(jù)土質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件選用(沖擊鉆、螺旋鉆、風(fēng)槍或洛陽(yáng)鏟等)能完成設(shè)計(jì)要求的有效機(jī)具；注漿泵選用孔口壓力大于0.1MPa的泥漿泵；混凝土噴射機(jī)應(yīng)密封良好，輸送連續(xù)均勻，輸送水平距離不小于60m，垂直距離不小于10m；空壓機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足噴射機(jī)工作壓和耗風(fēng)量的要求；攪拌方法采用現(xiàn)場(chǎng)人工拌和或混凝土攪拌機(jī)攪拌。

4 土釘墻邊坡支護(hù)的施工工藝

土釘墻的施工流程為：挖土→整理坡面→初噴→打孔眼→插桿→灌注→掛網(wǎng)→復(fù)噴。

4.1 開(kāi)挖整理坡面

土釘支護(hù)是分層進(jìn)行的，因此挖土深度不能超過(guò)設(shè)計(jì)深度，同時(shí)要保證坡角達(dá)到設(shè)計(jì)要求的78°～80°，坡面平整光滑，坡角未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的則要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)修整。

4.2 初噴

為使挖好的坡面不產(chǎn)生垮塌，凡挖好的坡面需立即進(jìn)行混凝土噴射，以使表層固結(jié)。其混凝土材料的配合比為水泥：石子=1.5:1.5，水灰比=0.5～0.6。

4.3 鉆孔

采用人工機(jī)械一起作用的方法，鉆孔下傾角度為15°～25°，采用風(fēng)鉆的方法進(jìn)行，人工挖工用的是洛陽(yáng)鏟，兩人一組。

4.4 插桿與灌漿

成孔后按設(shè)計(jì)要求插入直徑中22mm加筋桿，加筋桿每1.5m焊接直徑110mm的扶正環(huán)，起導(dǎo)正作用。在插筋的同時(shí)，用加筋桿將注漿管(直徑1.5in)帶進(jìn)離孔底0.3m的地方，然后進(jìn)行灌注，注漿材料的配合比為水泥：砂子=1:2。水灰比=0.4～0.5?？變?nèi)一定要灌滿(mǎn)，不能形成空洞和孔隙。

4.5 掛網(wǎng)

上道工序完工后，按設(shè)計(jì)要求，將直徑中6mm的鋼筋，按30cm×30cm的網(wǎng)距焊接，固定于坡面之上；同時(shí)，在危險(xiǎn)坡上的土釘之間用金屬件(如槽鋼等)連接在一起，以進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。

4.6 復(fù)噴

掛網(wǎng)后，整個(gè)坡面復(fù)噴混凝土，其噴射厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 土釘墻邊坡支護(hù)的施工質(zhì)量控制

5.1 原材料控制

采購(gòu)的各種材料必須滿(mǎn)足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，必須選擇清潔、堅(jiān)硬、耐久的材料，禁止使用含有達(dá)到有害量的廢物、泥、鹽類(lèi)、有機(jī)物等的不合格材料；選擇的混合劑不能對(duì)水泥的凝固、水化作用產(chǎn)生有害的影響。

5.2 施工工藝控制

土釘孔眼的位置必須根據(jù)受?chē)娒鎸?shí)際情況和設(shè)計(jì)布置。作土釘用的鋼筋，使用前須除銹矯直，安裝位置距孔眼中心，鋼筋插入深度不得小于設(shè)計(jì)要求的90%，安裝后不得敲擊、碰撞。灌漿用的砂漿應(yīng)拌和均勻，隨用隨拌，孔眼在灌漿前用風(fēng)吹凈，灌漿時(shí)從孔底開(kāi)始，連續(xù)均勻的進(jìn)行。掛鋼筋網(wǎng)前必須將坡面清理平順使鋼筋網(wǎng)緊靠坡面鋼筋網(wǎng)與土釘?shù)穆?lián)接必須牢固可靠。噴射混凝上的配合比必須經(jīng)試驗(yàn)確定噴射混凝上宜隨拌隨用。分層噴射混凝土?xí)r后層混凝土應(yīng)在前層混凝土終凝后進(jìn)行，如超終凝1小時(shí)以上時(shí)，則受?chē)娒姹仨氂盟?、風(fēng)清洗；噴頭應(yīng)與受?chē)娒娲棺云溟g距以0.6-1.2m為宜。噴頭應(yīng)連續(xù)、緩慢橫向移動(dòng)噴射厚度應(yīng)均勻。噴射混凝土施工終凝2h后及時(shí)進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于l4天。

結(jié)束語(yǔ)

土釘墻施工成功解決了基坑邊坡的強(qiáng)度及穩(wěn)定性問(wèn)題，保證了施工的安全。此外，由于土釘墻能充分利用土體的自承能力的特點(diǎn)，與噴錨支護(hù)相比，其造價(jià)低，施工方便。因此在條件允許的情況下，采用土釘墻支護(hù)，可以大大節(jié)省投資。土釘墻施工周期短，與挖土同時(shí)進(jìn)行，很少占用獨(dú)立工期。挖土與土釘支護(hù)都分層分塊施工，充分發(fā)揮土體的空間支護(hù)作用，并在開(kāi)挖后幾個(gè)小時(shí)內(nèi)封閉，使邊坡位移和變形及時(shí)得到約束限制。

參考文獻(xiàn)

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