探討土釘支護(hù)施工技術(shù)與應(yīng)用

成寧

摘要:本文筆者根據(jù)工程實際，分別論述了土釘支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)、適用范圍、構(gòu)造等問題，并提出了自己的見解。

關(guān)鍵詞:土釘支護(hù)特點(diǎn)構(gòu)造 施工

目前,土釘支護(hù)技術(shù)在深基坑中已得到了廣泛地應(yīng)用,無論從經(jīng)濟(jì)效益、施工場地(狹小)、施工周期短等方面均比其它擋土墻更為有利,得到了巖土界人士認(rèn)同,希望土釘墻支護(hù)技術(shù)在我國會大量普及應(yīng)用并得到長足的發(fā)展。

1 土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及適用范圍

土釘支護(hù)法以盡可能提高和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)體系的一部分為其基本原理,土釘主動支護(hù)土體,并與土體共同作用,具有施工簡便、快速及時、機(jī)動靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、隨挖隨支,以及安全經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),因而在基坑中得到了廣泛地應(yīng)用,取得了顯著地社會和經(jīng)濟(jì)效益。 但是在基坑支護(hù)過程中,也發(fā)生不少地面開裂,坑壁塌方,坑地土隆失穩(wěn),鄰近地下管破裂破壞等事故,因此, 《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》(J GJ 59 —99) 將基坑施工列為一項安全檢查內(nèi)容,并要求對于較深的基坑必須進(jìn)行專項設(shè)計和支護(hù)。 目前,深基坑支護(hù)已經(jīng)有多種較為成熟的技術(shù),而土釘支護(hù)是一項比較新穎的技術(shù)。

在工作機(jī)理上,土釘墻是高強(qiáng)度土釘、網(wǎng)噴混凝土面層及原狀土三者共同受力,增強(qiáng)了土體破壞延性,很好地改變了邊坡突然塌方的性質(zhì),有利于安全施工；在工藝上,采用了邊開挖邊支護(hù)的方法,工作面不受限制,縮短了工期；在投資方面,因土釘利用了土體的自承載能力,使基坑周圍土體轉(zhuǎn)化為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分,經(jīng)濟(jì)效益可觀。

土釘墻支護(hù)一般適合于地下水位以上或經(jīng)過降排水措施后的素填土、普通性粘土、粘性的砂土和粉土等較為均勻土體邊坡。 當(dāng)場地同時存在土層和不同風(fēng)化程度巖體時,應(yīng)用土釘墻支護(hù)特別有利。 土釘墻支護(hù)應(yīng)用范圍非常廣泛,主要有: ①土體開挖時的臨時支護(hù)。 用于高層建筑等深基坑開挖,地下結(jié)構(gòu)施工開挖,土坡開挖等； ②永久擋土結(jié)構(gòu)。 這類工程一般與施工開挖時的臨時支護(hù)相結(jié)合,如隧道洞門端部擋墻和洞口兩側(cè)擋墻,橋臺擋墻等； ③現(xiàn)有擋土結(jié)構(gòu)和支護(hù)的修理、改建下?lián)岆U加固等； ④邊坡穩(wěn)定。 用于加固可能失穩(wěn)的堤坡。

2 土釘墻的構(gòu)造

土釘墻結(jié)構(gòu)由土釘和面層兩部分組成,土釘主要包括鉆孔注漿土釘和打入式土釘兩種形式。

(1) 鉆孔注漿土釘最常用的土釘,一般采用<6mm～<32mm 的鋼筋,置于<70mm～<120mm 鉆孔中,采用強(qiáng)度等級不低于M10 的水泥漿或水泥砂漿注入孔中形成。 水泥漿水灰比一般為0.5左右,水泥砂漿配合比一般1∶1～1∶2。

(2) 打入式土釘一般采用鋼管材料打入土中形成,通常釘長較短,施工簡單快速,但不易用于密實膠結(jié)土中。 當(dāng)打入鋼管為周圍帶孔的閉口鋼管時,可在打入后管內(nèi)注漿,增強(qiáng)土釘與土的粘結(jié)力,提高土釘?shù)目拱瘟Α?注漿方式有低壓注漿和高壓噴射注漿。土釘長度一般為開挖深度的0.5～1.2倍,間距為1m～2m,與水平夾角為5°～20°。適用的土釘墻墻面坡度不宜大于1∶0.1。面層為土釘墻的重要組成部分。

土釘結(jié)構(gòu)的面層雖不是結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件,但它是傳力體系的一個重要部分,也起保證各土釘之間土體的局部穩(wěn)定性,防止場地土體被侵蝕風(fēng)化的作用。 面層應(yīng)在每一階段開挖后立即設(shè)置,以限制原位土體的減少并阻止原土的力學(xué)性質(zhì),特別是抗剪強(qiáng)度的降低。 永久性的土釘工程中已大量應(yīng)用預(yù)制和現(xiàn)澆混凝土板、鋼面板作為面層,以滿足美觀和耐久性的要求。 目前常采用的面層為< 6mm～<10 mm ,間距150mm～300mm 的鋼筋網(wǎng),強(qiáng)度等級不低于C20 的噴射混凝土組成,面層厚度為80mm～150mm。

3 復(fù)合土釘墻技術(shù)及其施工的一般原則和要求

在土釘墻施工過程中,總結(jié)出一種經(jīng)過改良的復(fù)合土釘墻技術(shù),這種復(fù)合土釘墻在被加固的土體內(nèi),除了設(shè)置短而密的土釘外,還在基坑的臨空面設(shè)置有適當(dāng)寬度并插入坑底一定深度的水泥攪拌樁。由于設(shè)置了水泥攪拌樁,防止了坑底的隆起和管涌,并建立了一道止水帷幕,形成封閉的防水系統(tǒng)；其次,形成了自立高度,提高了基坑過坡開挖階段的穩(wěn)定性。復(fù)合土釘墻是基坑支護(hù)設(shè)計的一種新技術(shù),對于在類似軟弱土層中進(jìn)行支護(hù)設(shè)計起到重要的作用。

土釘墻支護(hù)作為一種擋土結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、變形和耐久性等要求。 當(dāng)土釘墻支護(hù)用于城市建筑密集地區(qū)的深基坑時,控制與限制支護(hù)的變形就變得更為重要。 深基坑開挖土釘墻支護(hù)的施工特點(diǎn)是: ①施工過程中必須自始至終與現(xiàn)場的測試監(jiān)控相結(jié)合,通過變形等測量數(shù)據(jù)和施工過程,不斷發(fā)掘現(xiàn)場地質(zhì)情況,及時指導(dǎo)下一步的施工。②要充分考慮地表徑流和地下水的影響。 如施工時滲水嚴(yán)重就不能噴射面層混凝土,容易引起塌坡和塌孔。當(dāng)?shù)叵滤牧髁枯^大,施工時應(yīng)采取專門措施降低地下水位。

4 應(yīng)用實例

某工程地下室有3層,地上由3棟30層和1棟25層組成,其地下室底板標(biāo)高為-6.5m,地面標(biāo)高為6.4m,基坑開挖深度約12.9m。該工程場地三邊臨街,一邊有建筑物,其水文、地質(zhì)情況如下:

①擬建場地原地貌單元沖洪積階地,后經(jīng)人工整平改造,場地內(nèi)地勢平坦。 ②根據(jù)鉆探揭露,場地內(nèi)分布情況有人工填土,第四系沖積層、沖洪積層及殘積層,下伏基巖為燕山晚期花崗巖。③場地第四系沖洪積中砂透水性強(qiáng),是場地內(nèi)主要的含水層,受大氣降水及地表水補(bǔ)給,水位變化四季而異,現(xiàn)地下水埋藏較深。

根據(jù)該工程所在場地的工程、水文地質(zhì)情況及周邊環(huán)境,并綜合考慮造價、工期和技術(shù)可行性等因素,決定采用土釘墻結(jié)構(gòu)護(hù)坡。 采用土釘墻比灌注樁和地下連續(xù)墻節(jié)省投資。設(shè)計參數(shù):土釘立面采用梅花形式布置,土釘豎向和水平間距均為0.2m,土釘采用32.5R 硅酸鹽水泥、水泥漿水灰比0.5 ；<48 鋼花管土釘錨固段注漿水泥用量不少于40 kg/ m ,注漿壓力不小于0.5MPa,注射器漿為水泥砂漿,強(qiáng)度不低于20MPa ；面層結(jié)構(gòu)采用<8 @200mm×200mm的鋼筋網(wǎng)片及100 厚C20 噴射混凝土組成,面層分2次噴射,每1.2m設(shè)一泄水孔。 粘土層中鋼花管土釘設(shè)計承載力14kN/m ；礫砂層中鋼花管土釘設(shè)計承載力16kN/m；人工填土層中鋼花管土釘設(shè)計承載力10kN/m。

4.1 土釘墻施工主要技術(shù)

土釘墻施工工藝:施工準(zhǔn)備→第一層開挖→成孔→安放土釘→注漿→作泄水孔鋼筋網(wǎng)焊錨頭→噴射混凝土→清理：

(1) 施工前制定施工方案,并做好測量放線機(jī)械調(diào)試、材料進(jìn)場檢驗、土釘加工

和監(jiān)控量測布點(diǎn)等準(zhǔn)備工作。

(2) 基坑降排水:基坑采用井點(diǎn)降水,距坑邊2 m 設(shè)一截排水溝。在施工過程中要使地下水位保持在開挖面以下,創(chuàng)造無水開挖的條件,對土釘墻的受力穩(wěn)定至關(guān)重要。

(3) 基坑開挖必須分層分段開挖,逐層施工土釘,分層高度在115 m 以內(nèi),分段長度在20 m 以內(nèi),開挖后及時封閉土體,施工土釘。

(4) 基坑變形監(jiān)測及應(yīng)急措施:基坑開挖前在基坑邊及鄰近建筑物布置監(jiān)測點(diǎn),監(jiān)測點(diǎn)間距一般不大于20 m ,在距基坑周邊不小于2 H( H 為基坑深度) 布置監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn),數(shù)量不少于2個,基坑開挖前進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)測量,測量至少兩次,以取得初始值?；娱_挖及支護(hù)施工期間每天監(jiān)測一次,當(dāng)監(jiān)測結(jié)果變化速率較大時,每天監(jiān)測兩次,當(dāng)有事故征兆時,應(yīng)連續(xù)監(jiān)測。支護(hù)施工結(jié)束后,地下結(jié)構(gòu)施工期間每周監(jiān)測一次,直至基坑回填土結(jié)束。

應(yīng)急措施: ①地面出現(xiàn)裂縫,順裂縫注入水泥與水玻璃混合液,防止地表水灌入增加抗壁壓力,地面水泥砂漿抹平,在裂縫外側(cè)布置鋼筋釘,增加抗拉力,穩(wěn)固變形土體；②水平位移達(dá)到報警值,采用水平或斜支撐,在地下結(jié)構(gòu)施工過程中,可采用腳手架加水平支撐,限制水平位移發(fā)展；③坡腳滑移,采用砂石草包堆疊坡腳,阻止坡腳繼續(xù)滑移；④基坑底隆起,用砂石草包等增加坑底土覆荷載,平穩(wěn)土壓力,限制隆起。

4.2 土釘?shù)脑囼?/p>

根據(jù)《基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(CECS 96197)規(guī)定,土釘支護(hù)施工必須進(jìn)行土釘?shù)默F(xiàn)場抗拔試驗,應(yīng)在專門設(shè)置的非工作釘上進(jìn)行抗拔試驗,直至破壞,以確定極限荷載,并據(jù)此估計土釘界面極限粘結(jié)強(qiáng)度,每一典型土層中,至少應(yīng)有3 個專門用于測試的工作釘。 經(jīng)實際檢測,該工程土釘實際抗拔力值均大于土釘抗拔力設(shè)計值,而且土釘位移很小,土釘外觀無明顯變化,所以,該工程土釘?shù)氖┕な菨M足設(shè)計要求的。

4.3 土釘墻施工安全管理措施

(1)制定安全生產(chǎn)責(zé)任制,明確項目經(jīng)理為項目安全生產(chǎn)第一責(zé)任人,對有關(guān)的管理、執(zhí)行和檢查人員都明確具體職責(zé),做到分工明確,各負(fù)其責(zé)。

(2)制定基坑專項施工方案,分析確定危險部位和過程,并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施,使這些危險部位和過程能得到有效控制。

(3)堅持“安全第一、預(yù)防為主”的方針,加強(qiáng)對職工的安全教育,并體現(xiàn)全面、全員、全過程的原則,確保只有經(jīng)過安全教育的人員才能上崗。

5 .結(jié)語

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,高層建筑的興起和地下空間的開發(fā)利用,基坑開挖工程日益增多。近30年來發(fā)展起來的土釘支護(hù)技術(shù)具有施工機(jī)具靈活,工藝簡單,能夠適應(yīng)比較狹小的工作場地,且投資少等特點(diǎn),受到界內(nèi)人士的廣泛重視,土釘支護(hù)技術(shù)也逐漸被推廣及使用。