淺談土釘墻支護(hù)技術(shù)在呂四船閘工程中的應(yīng)用

宋前軍 郭茜

淺談土釘墻支護(hù)技術(shù)在呂四船閘工程中的應(yīng)用

宋前軍 郭茜

一、工程概況

呂四船閘位于江蘇省啟東市呂四鎮(zhèn)，此次技術(shù)改造是保持原船閘中心線不變，拆除原有的老船閘及附屬設(shè)施，在原址新建船閘，改造規(guī)模為12m×150m×3.3m，內(nèi)容包括：拆除老船閘，新建上下閘首、閘室、上下游導(dǎo)航墻、引航道泊岸墻、閘門、啟閉機(jī)及相關(guān)臨時(shí)工程等。工期15個(gè)月。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)良。

在船閘下游右側(cè)導(dǎo)航墻處，有建好的大橋及民房，其與導(dǎo)航墻、下閘首之間的距離相當(dāng)小，如果不采取保護(hù)措施而貿(mào)然開挖，將給大橋及民房帶來極大的安全隱患，失事后果不堪設(shè)想。為此，項(xiàng)目部綜合考慮安全、成本、工期、技術(shù)可行性等要求，決定采用土釘墻支護(hù)技術(shù)對邊坡進(jìn)行保護(hù)，支護(hù)面積為5681m2。

二、土釘墻工作機(jī)理

土釘墻支護(hù)技術(shù)是一種原位土體加固技術(shù)，土釘墻由原位土、設(shè)置在土中的土釘與噴射混凝土面層組成。通過土釘、面墻與原狀土三者共同作用，形成以主動制約機(jī)制為基礎(chǔ)的復(fù)合體，從而明顯提高邊坡土體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗變形能力，增強(qiáng)復(fù)合體的整體穩(wěn)定性，具有造價(jià)低、工期短等特點(diǎn)。

三、土釘支護(hù)主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)呂四船閘基坑周圍現(xiàn)狀和坑深要求，土釘墻劃分6個(gè)典型剖面。坡高分別為：8.5m、8.5m、9.7m、9.7m、8.3m、8.3m。坡比皆為1∶0.3。土釘為注漿土釘，采用梅花形布置，間距為1.5m。共布置六排土釘，第1、2排土釘長度為L=9.0m，III級φ20螺紋鋼，第3、4排土釘長度L=12.0m，III級φ25螺紋鋼，第5、6排土釘長度為L=7.0m，III級φ25螺紋鋼。

混凝土面層厚度為10cm，混凝土強(qiáng)度為C20。面層結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)片為φ8@250mm×250mm，加強(qiáng)筋為φ16，間距2000mm。

孔徑為110mm，土釘與水平傾角為10°，注漿選用1∶0.5的水泥凈漿，強(qiáng)度20MPa。采用常壓灌注，水泥為P.C42.5，水灰比0.45。

四、主要施工工藝

1.工藝流程

工藝流程如圖1所示。

2.施工準(zhǔn)備

（1）施工組織

土釘墻施工專業(yè)性較強(qiáng)，項(xiàng)目部組織內(nèi)容主要包括：選擇專業(yè)施工隊(duì)伍；迅速組織土釘墻施工機(jī)械進(jìn)場；及時(shí)編制材料計(jì)劃、組織材料進(jìn)場；妥善協(xié)調(diào)處理對外交通、當(dāng)?shù)卮迕竦年P(guān)系，化解地方矛盾。

（2）技術(shù)準(zhǔn)備

項(xiàng)目部組織土釘墻施工人員學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)文件，進(jìn)行圖紙會審，理解設(shè)計(jì)意圖，準(zhǔn)確掌握土釘墻施工細(xì)節(jié)和施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目部組織編制土釘墻專項(xiàng)施工方案并對相關(guān)人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底。明確施工操作要點(diǎn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全注意事項(xiàng)。對可能出現(xiàn)問題的部位和工序，提出針對性措施。

設(shè)置土釘墻開挖線、水準(zhǔn)點(diǎn)、周圍建筑物變形觀測點(diǎn)，并加以妥善保護(hù)。

（3）現(xiàn)場準(zhǔn)備

地上、地下各種障礙物的調(diào)查、拆除；現(xiàn)場平整；測量放線；供水、供電、照明、管線敷設(shè)；臨時(shí)道路、房屋施工等。

3.施工降排水

為了避免被加固土體處于飽和狀態(tài)并減輕作用于面層的靜水壓力，便于邊坡開挖，保證土釘墻邊坡的穩(wěn)定，施工前首先進(jìn)行排水系統(tǒng)施工，以便排除地表水、基坑水和支護(hù)土釘墻內(nèi)部水。

4.土方開挖

開挖前，首先測量復(fù)核控制點(diǎn)并形成控制網(wǎng)，開挖范圍內(nèi)控制點(diǎn)引測到機(jī)械活動區(qū)域外并加以保護(hù)。然后測放出開挖區(qū)上下口線。同時(shí)準(zhǔn)備一定數(shù)量的材料，包括砂袋、鋼管以及適量包裝水泥等，作為回填土開挖工作面緊急堆壓使用。

土釘墻邊坡開挖時(shí)，按分層分段分區(qū)、自上而下進(jìn)行。垂直方向上分為6步開挖，每步開挖至土釘孔位下50cm處，即第一步開挖至第一排孔下50cm處，第二步開挖至第二排孔下50cm處，依此類推。水平方向上從端頭順序開挖，開挖長度為20m。

開挖過程中，開挖機(jī)械不得碰撞已支護(hù)的土釘結(jié)構(gòu)、墻壁土體和降水設(shè)施。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)土體側(cè)向變形較大且超出設(shè)計(jì)控制范圍時(shí)，立即暫時(shí)中止開挖，采取措施進(jìn)行處理。雨季施工時(shí)，基坑做到及時(shí)排水，用彩條布保護(hù)開挖面。

當(dāng)土釘墻邊坡開挖至設(shè)計(jì)深度后，如果支護(hù)下部發(fā)生坑內(nèi)位移，立即在坑內(nèi)側(cè)堆土或拋石，并同時(shí)在支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)卸載，待穩(wěn)定后，采用打設(shè)錨桿或在坑底注漿加固。

當(dāng)用機(jī)械進(jìn)行土方開挖后，預(yù)留20～30cm，采用掛線法進(jìn)行人工修坡，以達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的坡度，保證噴射混凝土面層的厚度和平整度。嚴(yán)禁坡壁出現(xiàn)超挖或造成邊壁土體松動。

圖1 土釘墻工藝流程流程圖

開挖過程中，如遇到土質(zhì)與原設(shè)計(jì)有異常情況時(shí)，及時(shí)向設(shè)計(jì)單位進(jìn)行反饋。在完成上一層作業(yè)面土釘噴漿與噴射面層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以前，不進(jìn)行下一層的開挖。土方開挖后24h內(nèi)完成土釘放置及混凝土噴射施工。

5.測放孔位

測量人員按設(shè)計(jì)圖紙要求，用全站儀測放出各土釘孔的點(diǎn)位，然后用Φ10長30cm的鋼筋進(jìn)行編號標(biāo)記。

6.成孔

采用螺旋鉆機(jī)成孔。成孔時(shí)，將螺旋鉆機(jī)垂直置于操作平臺上，采用分次鉆進(jìn)方法。對于不適合機(jī)械成孔的土層，采用人工洛陽鏟成孔，孔徑、孔深、孔距、傾角滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

如出現(xiàn)邊坡土體含水量較大、松散砂層等情況不宜進(jìn)行人工成孔時(shí)，可采用鋼套管代替鋼筋，利用機(jī)械打入土層。鋼管直徑為48mm，壁厚2.5mm，鋼套管上可每隔300mm鉆直徑8～10mm的出漿孔，梅花形布置，并以＜30°角鋼呈倒刺狀焊于孔邊，以防打管時(shí)散落土粒堵塞出漿孔，同時(shí)增加其抗拔力，鋼管前端做成錐形，以減少打入時(shí)的摩擦阻力。成孔過程中如遇障礙物需調(diào)整孔位時(shí)，以不影響支護(hù)安全為原則進(jìn)行。

7.土釘制作、安放

土釘制作前，對鋼筋進(jìn)行除銹、除油污、調(diào)直等處理。土釘主筋按設(shè)計(jì)長度加200mm下料，外端設(shè)90°、長度為200mm的彎勾，主筋每隔2000mm焊對中支架，防止主筋偏離中心；支架的構(gòu)造不能妨礙注漿時(shí)漿液的自由流動。土釘制作完成后，在鋼筋外加環(huán)狀塑料保護(hù)層或涂多層防腐涂料加以成品保護(hù)。

安放土釘時(shí)，將注漿管與主筋捆綁在一起，注漿管離孔底0.5m左右。

8.造漿、注漿

（1）采用攪拌機(jī)制純水泥漿，水泥型號為P.C42.5，水灰比為W/C=0.5。

（2）采用重力、低壓（0.4～0.6MPa）方法按配比將水泥漿注入孔內(nèi)。重力注漿以滿孔為止，但需1～2次補(bǔ)漿；采用壓力注漿時(shí)，注漿泵的規(guī)格、壓力和輸漿量符合設(shè)計(jì)要求。為了保證注漿質(zhì)量，采用二次注漿法，并在鉆孔口設(shè)置止?jié){塞和排氣孔。

（3）注漿時(shí)，將導(dǎo)管緩慢拔出，出漿口應(yīng)始終處于孔中漿體表面之下，保證孔中氣體能全部排出。注滿后及時(shí)封堵，讓壓力緩慢擴(kuò)散。

（4）注漿開始或中途停止超過30min時(shí)，應(yīng)用水或稀水泥漿潤滑注漿泵及其管路。

9.掛網(wǎng)

（1）掛網(wǎng)鋼筋使用前應(yīng)調(diào)直、除銹、除油。

（2）鋼筋網(wǎng)片用直徑8mm盤條鋼筋焊接或綁扎而成，網(wǎng)格尺寸250mm。在噴射第一層混凝土之后，將面層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片固定在邊壁上，保護(hù)層厚度不小于30mm。

（3）鋼筋網(wǎng)片與土釘和橫豎壓筋連接牢固，借助于井字架與土釘外端的彎勾焊接成一個(gè)整體，使其在混凝土噴射下不出現(xiàn)振動。鋪設(shè)時(shí)，上下兩層之間的塔接長度不小于300mm。搭接時(shí)上下左右一根對一根相應(yīng)搭接綁扎，搭接長度不小于300mm，并不少于兩點(diǎn)點(diǎn)焊。橫豎壓筋要雙面滿焊，不得有氣孔、咬肉等現(xiàn)象。

（4）加強(qiáng)筋采用直徑為16mm螺紋鋼，按2000mm間距布置，與網(wǎng)片及土釘端頭焊接連接。布置時(shí)，保護(hù)層厚度不小于30mm。

10.噴射混凝土

噴射面層混凝土順序采用“先噴后錨再噴”的二次噴射法，即在邊坡人工修好后，首先進(jìn)行噴第一層混凝土，然后掛網(wǎng)錨固，接著進(jìn)行第二次混凝土噴射作業(yè)。這樣不僅能保證邊坡的穩(wěn)定，而且可以保證保護(hù)層厚度和土釘墻的施工質(zhì)量。

11.養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土終凝后2h，連續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)7d左右。

五、質(zhì)量控制措施

1.原材料檢驗(yàn)

土釘墻支護(hù)施工所用原材料（水泥、砂石、混凝土外加劑、鋼筋等）在施工前按規(guī)范要求進(jìn)行檢測試驗(yàn)，符合要求后方可進(jìn)行施工。

2.嚴(yán)格控制成孔質(zhì)量

其中孔位允許偏差為≤150mm，鉆孔傾角允許偏差為≤3°，孔徑允許偏差為（+20mm，-5mm），孔深允許偏差為（+200mm，-50mm）。

3.注漿強(qiáng)度及噴射混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)

水泥漿用70mm×70mm×70mm立方體試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測定其強(qiáng)度；噴射混凝土強(qiáng)度用邊長100mm立方體試塊進(jìn)行測定。制作試塊時(shí)，將試模底面緊貼邊壁，從側(cè)向噴入混凝土，每批至少取3組試件，強(qiáng)度等級不低于C20，3d強(qiáng)度不低于10MPa。

4.噴射混凝土厚度檢驗(yàn)

采用鑿孔法或用混凝土厚度標(biāo)志檢查。檢查數(shù)量為每100m2取一組，每組不少于3個(gè)點(diǎn)，其合格條件為：全部檢查處厚度平均值應(yīng)大于設(shè)計(jì)厚度值，最小厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度的80%。

5.土釘抗拔力試驗(yàn)

施工中，留3根非工程土釘進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，其孔徑注漿材料等參數(shù)及施工方法與工程土釘完全相同，在注漿體強(qiáng)度不低于6MPa時(shí)檢驗(yàn)土釘?shù)目拱瘟κ欠駶M足設(shè)計(jì)要求，加荷至設(shè)計(jì)抗拔力的1.5倍，觀察其抗拔力和變形，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)采取措施或向設(shè)計(jì)單位反饋。

六、施工監(jiān)測

為了掌握土釘墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、周圍建筑物的變形情況，保證施工人員安全，施工前，須制定施工監(jiān)測專項(xiàng)方案。在土釘墻前沿、大橋橋臺及民房墻角處設(shè)置沉降、位移監(jiān)測點(diǎn)，按計(jì)劃進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，當(dāng)觀測值達(dá)預(yù)警值時(shí)，及時(shí)報(bào)警，采取措施。監(jiān)測內(nèi)容主要包括：土釘墻坡頂水平位移、坡頂沉降；大橋、民房位移和沉降；大橋及民房原有的裂縫位置、數(shù)量、長度、寬度、深度等發(fā)育情況。

通過上述各項(xiàng)措施的實(shí)施，既有效地解決了呂四船閘土釘墻支護(hù)穩(wěn)定性和變形問題，又保護(hù)了周圍建筑物，最終為呂四船閘主體順利施工創(chuàng)造了有利條件，實(shí)踐證明土釘墻支護(hù)技術(shù)在呂四船閘得到了成功運(yùn)用■

（作者單位：江蘇淮陰水利建設(shè)有限公司223300淮安水利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司223001）