土钉支护施工工艺.docx
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土钉支护施工工艺
复合土钉支护施工总结
一、工程概况：
安德路十五栋简易楼东区危改工程，位于北京市西城区安德路小市口，所开挖基坑
的东面及南面（一部分）紧邻混凝土道路，北面距安德路近10m，西面是现场施工道路。
基坑槽深为-8.94m，局部降板深-9.94m、-9.74m，基坑占地面积约5100m2，支护面积
2
约2700m。
建筑物外墙线与规划红线及现场围墙临近，施工场地相当狭窄。
开挖前场地情况采用复合土钉支护成型的基坑
二、工程设计指导思想：
2.1拟建场区周边环境复杂，因此设计时应充分考虑各种不利因素，确保基坑边坡
安全稳定。
2.2基坑周边场地较小，为了以后结构施工方便，基坑开挖尽可能少占地面，为此
最好是垂直开挖，本方案以基坑边壁垂直90考虑。
考虑结构施工地面有堆载，地面
承载能力以
2
2t／m考虑。
基坑西面是结构施工中主要车道，地面承载能力以
2.5t
2
／m
动载考虑。
2.3方案设计的指导思想是：
2.3.1要绝对安全；
2.3.2综合造价最优；
2.3.3工期要尽可能短；
2.3.4环保要好，减少噪音，不扰民；
2.3.5有监测依据。
2.4方案设计时，主要考虑把握以下几个环节：
2.4.1在认真察看地勘报告和周边环境的基础上，做好设计施工方案；
2.4.2做好稳定性验算；
2.4.3施工过程做好监测，监测内容包括：
边坡水平位移、垂直沉降位移。
2.4.4要有预防万一的紧急预案，在施工过程中可能会出现什么问题，而对这些问
题应如何采取对应措施。
三、方案选择：
基坑开挖支护通常的技术措施有三种：
自由放坡（1：
0.6），护坡桩＋锚杆，（复
合）土钉支护。
从安全上来讲，若设计、施工得当，三种方法都没有问题，以下主要就
这三种方案在技术、经济、工期等方面作一比较。
3.1自由放坡（1：
0.6）
由于基坑周边没有宽阔的场地放坡，因此此方案不合适。
3.2护坡桩＋锚杆
3.2.1基坑的东、南、西面环境相对复杂些，若用传统的方案，一般为护坡桩＋锚
杆。
3.2.2从经济上来讲，它的造价比较高。
按96概算计，单价为486元／平米（直
接费）；加上其它各种间接费用，单价可能为600元／平米左右。
3.2.3从工期上来讲，由于护坡桩施工和土方不能同步进行，必须把护坡桩施工完
毕且有一定强度之后才能进行土方开挖，而且开挖到一定高度，又要停下来打锚杆、做
联梁，这样一来工期就比较长，本工程至少要40天以上。
3.2.4从环保来讲，做护坡桩噪音比较大，现场泥浆较多，对环保不利。
3.3（复合）土钉支护
3.3.1基坑的北面环境相对简单一些，做土钉支护；基坑的东、南、西三面环境要
复杂些，采用复合土钉支护方案，即微桩＋土钉支护。
↑
3.3.2从技术上来讲，复合土钉支护方案若设计合理，施工得当，有时比护坡桩
＋锚杆方案更安全可靠。
复合土钉支护中，微桩的作用是能够有效地控制基坑每一层开
挖时的压缩变形，增强面层的刚度与强度，最新研究表明，微桩对边坡支护的整体稳定
性也有贡献；复合土钉支护边壁的最大位移可控制在基坑深度的千分之一以内，也就是
说本工程复合土钉支护的边壁的最大位移不超过9mm，由于边壁离楼房还有一定的距离，
因土体的蠕变，楼房边壁的位移几乎为零，可确保楼房的安全。
土钉支护中的土钉由于
压力灌浆，能有效地改善土体性能，增强其承载能力，这对路面走重载车更有效，西坡
地面走砼运输车将不会有问题。
3.3.3洛阳铲成孔凭手感能探明各种市政管线，对保护没有详图的各种市政管线非
常有利。
施工机动灵活，管线的处理见附图。
3.3.4从经济上来讲，它的造价比较低，采用土钉支护（215元/平米）及复合土钉
支护（270元/平米）综合费用比护坡桩造价要低很多。
3.3.5从工期上讲，如果东、南、西坡采用复合土钉支护，能和其它各面支护同步
进行，大大节省工期，总工期15天。
3.3.6从环保来讲，复合土钉支护和土钉支护一样，几乎没有噪音，不扰民。
综上所述，本工程选择（复合）土钉支护方案。
事实证明，采用土钉支护在东区综合楼施工中得到了认证。
四、（复合）土钉支护设计：
基坑支护设计采用土钉、土钉＋微桩复合支护，坡度：
90度。
土钉墙找平作防水，
作为建筑物外墙模。
微桩采用人工成孔。
采用土钉支护，它对保证地面施工荷载、控制基坑变形、基坑边坡的沉降及边坡
上部杂填土层的处理都起着主要作用。
特别是上部杂填土层部分，在土钉施工的注浆过程中，要采用加压注浆，使回填土层中的空隙充满水泥浆体，挤满空隙，挤走滞水，使
土体的整体性得到加强，保证施工过程中施工车辆在基坑边行走的安全。
另外它可很好地防止土层中残留滞水的渗漏。
支护中微桩的作用，则是为整个边坡的整体性提供一个可靠的保证，它对防止地面沉降、减少水平位移、防止土方开挖过程中局部出现坍塌以及抗倾覆方面都有着重要的作用。
4.1支护参数的选取
土钉支护中的土钉，一般呈梅花型分布，本工程根据现场具体情况取排、列间距为
1.5m×1.5m。
考虑施工过程中施工车辆的行走问题及施工用料的少量堆载情况，选取地面荷载20KN/㎡较合适。
在设计时，先初选参数进行较简单计算，边坡是否稳定还需进行稳定性计算校核。
初选参数为：
土钉主钢筋取Ⅱ级螺纹钢
φo=20mm
地面荷载取
q=20KN/㎡
边坡坡角
90
°
基坑深度分别为
H=9m
内摩擦角（平均）Φ=26°
粘结强度
τ=75KPa
土重度
ｒ=20KN/m3
土钉与水平线的角度
θ=0o
土钉孔径
do=100mm
土钉排距、列距
Sv=Sh=1.5m
安全系数
K=1.5
4.2计算
土钉计算公式参照CECS96：
97基坑土钉支护技术规程。
N=PSvSh
P=P1+Pq
Pq
=Kaq
P1
=0.55KｒH
Ka=tg2（45o-
/2）
式中
N---------------P1--------------Pq---------------H----------------Ka---------------θ-----------------
土钉设计内力；
土钉长度中点所处深度位置上土体自重引起的侧压力；
地表均布荷载引起的侧压力；
基坑深度；
侧压力系数；
土钉与水平方向的角度；
设计分三类支护，见附图。
根据计算，计算结果如下：
Ⅰ类支护：
如图1中东、南面（一部分）所示为第一类支护，支护段面见附图；
第一排
Φ20
L6000
B1500
第二排
Φ20
L9000
B1500
第三排
Φ20
L8000
B1500
第四排
Φ20
L6000
B1500
第五排
Φ20
L3000
B1500
微桩参数如下：
微桩孔径
Φ=150mm
微桩内置钢管直径
Φ=80mm
长度L=8500mm
Ⅱ类支护：
由于此路面是各种车辆（包括重载车）必经之路，因此必须重点保护，
其支护断面见附图；
第一排
Φ20
L8000
B1500
第二排
Φ20
L9000
B1500
第三排
Φ20
L9000
B1500
第四排
Φ20
L9000
B1500
第五排
Φ20
L4000
B1500
微桩参数如下：
微桩孔径
Φ=150mm
微桩内置钢管直径
Φ=80mm
长度L=8500mm
Ⅲ类支护：
支护断面见附图；
第一排
Φ20
L3000
B1500
第二排
Φ20
L9000
B1500
第三排
Φ20
L9000
B1500
第四排
Φ20
L8000
B1500
第五排
Φ20
L5000
B1500
L----------
土钉长度
B----------
土钉间距
4.3土钉支护面层设计
土钉支护的面层作用主要是限制土钉之间土体的变形，将土体侧向压力有效地传递
给土钉，并调整相邻土钉的受力状态。
根据全长注浆土钉的受力分析，锚头和面层受力
较小，面层厚度不必太厚。
面层参数为：
网筋φ6.5,@200×200，喷射砼厚度为
8
10cm，强度
C20。
喷射
砼配比为：
水泥
1：
砂
2：
石
2：
水
0.4。
水泥为普
425#（PO：
32.5
强度级别）,
石子为φ0.5
1.5cm的碎石或豆石，砂为
中砂。
4.4
由于注浆砂浆体强度远比土体强度高，因此土钉支护设计中砂浆体强度不是控制参
数。
土钉注浆视情况采用孔底或口部加压注浆，注浆压力为0.3MPa,对于松散地层注浆压力为0.5～1.0MPa。
注浆配比为：
水泥1：
砂0.5：
水0.45，根据现场情况添加三乙醇胺等添加剂。
五、施工组织设计：
5.1
土钉支护的设计思想和设计方案要靠正确的施工组织设计来实现，因此施工方法、施工工艺是土钉支护整个设计中的重要组成部分，是土钉支护成败的关键。
为此，我们将遵循以下几项施工原则：
（一）
工程技术人员跟随各作业班，不离施工现场，及时处理设计中无法预料但却在施工
中出现的问题。
如基坑开挖过程中会出现每层每段的实际地质情况与地勘资料提供的情
况存在局部差异；又如基坑边壁位移不收敛或位移变化速率增大等，这些都必须及时、
果断、不失时机地调整一些设计参数和施工程序及施工工艺，保证边壁的稳定。
（二）
深基坑支护是一个综合性岩土工程问题，既涉及土力学中典型的强度与稳定问题，
又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构相互作用问题，这些问题又受到工程现
场的地质、水文、环境、荷载、天气等诸多因素的影响。
因此，施工中不可避免地要出
现一些问题，这些问题的应急预案常采用同类工程的成功经验来处理，有时它比理论计
算或规范更有效。
如通过监测手段，确定其对基坑边壁稳定的影响程度，以便采用限制
边壁位移的应急方案。
如在挖土过程中，重粉质粘土地质层因挖土卸载引起的侧向变形；
细粉砂层可能出现的表层崩落等应急方案。
应急方案：
1、基坑开挖过程中，局部坍塌的处理
基坑开挖过程中，在某些重粉质粘土层，有可能土钉支护还来不及实施时，就出现小范围的坍塌，这种情况的坍塌不会对边坡构成威胁，对于这种情况的处理一般是，正常施工，只是在喷射混凝土面层之前，用碎砖头等杂物将塌空的地方添齐，再喷射混凝土，待面层强度上来时，再注浆将回填地方的空隙填满，或者在喷射混凝土面层时，直接将混凝土和沙土一齐喷射至坍塌区喷平。
下图为施工中，地下水管破裂，造成局部土方坍塌，由于及时发现，及时处理避免了更大的损失。
2、基坑开挖过程中边坡位移增大的处理
土钉支护的核心内容，体现在信息化施工即反馈设计，由施工过程中的监测工序
来完成，当边坡的位移变化速率超过警戒值时，就要采取措施，针对本工程的措施有：
将上面已施工过的土层，根据情况追加土钉，并且要加长，对于下面的土层，土
钉要缩小间距，钉体要加长，增加注浆压力，并且还可以追加微桩的密度、长度，在施
以予应力锚杆加以约束。
如果以上措施来不及实施时，立即用挖土机将土方回填，回填后再实施方案。
3、施工过程中的一些预防措施
为了防止施工过程中出现一些问题，在施工时有以下几种方式：
（1）、分层分段开挖。
（2）、坡面开挖，待土钉成孔注浆后，再用人工将坡面修齐编网喷射混凝土。
（三）
基坑支护由参加过深基坑土钉设计、计算、施工的人员组成。
并且特别要求本工
程的基坑支护设计人，担当本工程基坑支护的主要负责人。
5.2施工工序及质量要求。
5.2.1施工工序如图所示
开挖
材料库
打孔
调直切割送钉体入
注浆
制钢筋网制锚杆
编网
搅
拌
喷
射
5.2.2
5.2.2.1
土钉主筋体采用Φ20Ⅱ级螺纹钢筋和在特殊地段使用的Φ48钢管。
a、锚杆长误差：
-20cm
b、锚杆体每隔3m做对中架；
c、锚杆体（钢筋）搭焊长度≥5d
d
右图为加工成型的锚杆
分
层
分
段
循
环
5.2.2.2开挖：
土钉支护的特点是边开挖边支护。
为了保证基坑边壁在开挖过程中土体应力场和应
变场不产生过大变化，因此，对土方开挖有严格要求，挖土必须分层分段开挖。
层厚为
1.5-1.6m（即锚杆排距），段长不大于30m。
不允许超挖，不允许上层喷射砼面层和注
浆体尚未达到一定强度时就开挖下层，以免造成边壁坍塌。
5.2.2.3钻孔：
a、孔径10cm
b、孔深允许误差：
-20cm
c、打设角一般为0°~8
d
5.2.2.4注浆：
a、配比为：
水泥1：
砂0.5：
水0：
45，并加三乙醇胺0.3‰；
b、注浆压力≥0.3MPa；
c、水泥普425#、中细砂。
5.2.2.5修坡：
注浆后进行修整坡面，定点、放线确保坡面平整，应严格控制坡面到地下室墙体
距离（50mm）。
5.2.2.6编网及焊接：
a、网筋Φ6.5@200×200；Φ6.5为I
b
c、锚头"井"字型，25×25cm
5.2.2.7
钢筋网片和锚杆头焊接好以后，立即进行喷砼作业。
喷射时，喷枪距作业面控制
在1.5-2m距离，水灰比、所用材料必须符合设计要求。
喷射混凝土的程序是，混凝土喷射机将水泥砂石料、添加剂均匀通过管路，用风压送到作业面。
在作业面的枪头出口
处有一注水装置，水和水泥砂石在枪头处通过风压在向外喷射时均匀地混合在一起，喷至作业面。
a、材料：
普425#水泥、中砂、碎石或豆石（粒径小于15mm）；
b、配比：
（水泥）1：
（砂）2：
（石）2：
（水）0.4。
根据地质情况可加3%速凝剂（水泥
重量比）；对于冬季施工，按要求添加防冻剂外加剂等；
c、配料的搅拌：
上料前初步拌和，上料后水泥砂石经过喷浆机和输送料管混合，
即可达到匀拌目的；
d、砼强度C20；
e、喷射前坡面作喷射厚度标记，喷射砼面层厚度为8~10cm。
不得一次喷射完毕，
必须分层分段进行，待下一层砼强度达标后再进行上一层砼喷射，每层喷射厚
度2-3mm。
f、在坡面贴灰饼，间距1.5米，控制坡面的平整度、垂直度。
5.2.2.8开挖下层：
开挖下层土方时间与上层喷射砼面层强度、注浆强度、地质条件、边壁位移量有关，一般上层砼面层喷射24小时后方可进行下层开挖，冬季施工更应如此。
5.3位移监测：
土钉支护监测是支护设计中的重要组成部分。
通过监测，可随时掌握周边环境的变
化以及支护土体的稳定状态、安全程度和支护效果，为反馈设计和施工提供信息。
通过
信息反馈体系，可及时修改支护参数，改善施工工艺，预防事故发生。
同时，监测资料
还可作为检验和评价支护结构稳定性的依据。
由于本工程的重要性,特制定了一套监测方案，见后述。
5.4主要机械设备
空压机
1-2
台;
喷浆机1-2
台;
注浆机
1-2台;
电焊机
4
台;
搅拌机1-2
台;
料
管
若干;
洛阳铲
若干;
锚杆钻机1
台（备用）
5.5主要人员
工程经理
1
名;
工程总工
1
名;
工程师
2
名;
技术员
2
名;
施工队长
1
名;
施工付队长1
名;
钻孔班30
制锚电焊班
合计76人。
人;
4人;
注浆班10修坡编网班
人;喷浆班10
10人;后勤保障4
人;
人;
六、基坑监测方案：
边坡受力机理较为复杂，而当前的土力学理论还不能够给出精确的计算，因此目
前基坑支护的计算方法都是建立在理论分析和实际经验相结合之上，国内外有几种计算方法,各种计算方法的结果有很大的出入。
因此在深基坑支护工作中对基坑工作状态的监测就显得特别重要。
土钉支护作为一种经济可靠快速简便的基坑支护技术，已在我国深基坑工程中，得到越来越多的应用。
基坑支护中，支护的方案是否可靠，设计所选的参数是否与实际相符，相差多大,基坑支护中的结构是否工作在安全可靠的状态，特别是在城市复杂的环境中，对深基坑工作状态的监测必不可少。
它能够使我们知道基坑本身、基坑周围地上地下已有的建筑物是否会受到威胁、破坏。
通过对基坑工作状态的全面监测，从基坑的开挖开始，到地下建筑物的建造完成，能够用数据回答一切问题。
土钉支护作为基坑支护中的一种手段，同样也离不开对基坑的全方位监测。
监测在土钉支护中是一个很重要的环节，它为反馈设计提供了可靠的信息，而反馈设计又是土钉支护的核心内容，是基坑支护结构安全可靠工作的重要保证。
本工程尽管周围环境比较复杂，但基坑较浅，故我们实施了用于基坑支护的有关监测手段。
6.1监测内容具体如下（测点布置参见附图）：
6.1.1在基坑周边设立10个水平位移观察点，用以观察基坑边顶端的水平位移，
这是基坑监测中最基本的一项。
水平位移的观测可提供基坑边壁的水平变形量、变形速
率和变形分布信息，进而可分析基坑边壁的稳定性。
水平位移采用精密经纬仪按照视准
线法进行测量。
6.1.2在基坑的南侧住宅楼前和东侧设立四个水平位移和沉降观察点，用来监测
六层住宅楼和马路受基坑开挖的影响如何。
监测采用光学经纬仪和光学水准仪。
6.2测试进度计划
测试工作结合工程施工同步进行，并及时整理测试结果，分析基坑和周围建筑物的
稳定与变形情况，为设计与施工方案的调整提供参考依据。
测试的进度计划与要求简述
如下：
地面沉降与地面水平位移观测的布点工作应与基坑开挖放线工作同时进行，并在基
坑开挖前1～2天进行一次测量，建立所有测点的初始数据。
在开挖过程中根据施工进
度每开挖一层或每天观测一次。
基坑开挖完成后，根据需要可继续观测一段时间。
6.3测试人员
测试工作的好坏与人员素质也有很大关系，本分项工程测试人员力量是比较强的。
测试指导：
陈肇元（院士），陈叶青（博士后），宋二详（教授）。
测试人员：
赵长权（高级工程师）,向东平（硕士生），范建军（硕士生），田保民（技
术员）。
七、附图：
7.1护坡施工平面图
7.2土钉支护处理地下埋藏物示意图
7.3土钉结构示意图
7.4Ⅰ-Ⅰ类土钉支护断面图
7.5Ⅱ-Ⅱ类土钉支护断面图
7.6Ⅲ-Ⅲ类土钉支护断面图
7.7土钉支护封闭土方收口示意图
7.8监测点平面布置示意图
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