土钉墙工法.docx
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土钉墙工法
土钉墙支护施工工法
一、前言
根据本工程基坑开挖深度大、地下水位高的特点，必须对基坑边坡进行支护，以保证在基坑开挖及基础施工期间的安全及正常运行，特选用土钉墙支护法。
土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。
土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。
土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99正式定名为土钉墙。
土钉墙是一种原位土体加筋技术，是由设置在坡体中的加筋杆件与其周围土体牢固粘结形成的复合体以及面层构成的类似重力挡土墙的支护结构。
土钉墙墙面坡度不宜大于１:
0.1，土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接。
土钉墙基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地，基坑深度不宜大于１２米。
当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。
土钉墙属于重力式支护结构。
为确保高速·奥兰花园项目地下室土方开挖护坡的施工质量，规范土钉墙施工作业程序，提高施工质量标准，保证边坡稳定，特制定本工法。
二、工法特点
土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点：
2.1形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡荷载的能力。
2.2施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加予应力所以设备简单。
2.3随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。
2.4施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。
2.5土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。
2.6施工噪音、振动小，不影响环境。
2.7土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。
三、适用范围
土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，当应用于永久性构筑物时，宜增加喷射砼面层的厚度并适当考虑其美观，目前土钉墙的应用领域主要有：
（1）托换基础
（2）基坑支挡或竖井
（3）斜坡面的挡土墙
（4）斜坡面的稳定
（5）与锚杆挡墙结合作斜面的防护
土钉墙适用的土层
钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为1～2米，在施工土钉杆、面层喷射砼期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定，因此主要适用于：
（1）有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。
（2）适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。
（3）对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般不经济。
（4）对于朔性指数Ip>20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。
（5）对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。
（6）不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想，因此也不宜采用。
（7）土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构
四、工艺原理
4.1、土钉墙的作用原理
土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超载时将会发生突发性的整体破坏。
一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。
土钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。
因此通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合土体。
不仅效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。
通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。
4.2、土钉的作用机理
14.2.1土钉对复合土体起箍束骨架作用制约土体变形并使复合土体构成一个整体。
4.2.2土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起分担作用，由于土钉有很高的抗拉抗剪强度，所以土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，土钉分担作用更为突出。
4.2.3土钉起着应力传递与扩散作用推迟开裂区域的形成和发展。
4.2.4坡面变形的约束作用，在坡面上设置的与土钉在一起的钢筋网喷射砼面板限制坡面开挖卸荷而膨胀变形，加强边界约束的作用。
五、一般要求
5.1、技术准备
5.1.1土钉墙作为基坑支护结构形式应进行承载能力极限状态的计算，包括土钉抗拉承载力土钉墙整体稳定性验算；单根土钉在园弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力计算。
5.1.2施工前要完成专项施工方案审核审批工作和对所有参与施工的人员技术交底及培训工作。
对全体施工人员进行技术交底，明确任务，树立该工程的质量第一，安全第一的责任观，确保工程的质量和进度，保证该工程优良等级。
5.1.3基坑开挖方案、以及土钉墙支护方案的采用事先要充分熟悉和掌握基坑周边的环境状态。
如基坑开挖影响范围内的原有建筑物、构筑物、道路、地下设施、各种地下光系管线、岩土体及地下水等情况以及边缘的滑塌，土体变形可能造成的危害要有充分的估计，以及必要的防护措施。
通常对场地周边的排水、截水、降低地下水位，附近建筑物的沉降观测、道路、地下管线的下沉、变形，防止管线破裂都要采取监控，防止意外事故的发生。
5.2土方开挖：
根据地下水的情况，土方开挖必须配合支护施工，故基坑开挖必须分层进行，第一步开挖优先为支护创造工作面，并根据具体情况确定开挖长度。
土方挖运施工过程中应注意基坑支护体系的安全、有步骤地开挖，严禁超挖。
5.3施工：
工作面开挖后，立即进行坡面修整，为土钉墙工序准备施工条件，各施工工序尽量平行交叉作业、保证工期。
5.3.1材料准备及检验
落实材料来源，进场材料要有质量保证书，并取样做水泥、砂试验，钢筋原材料及焊接试验。
材料和施工机械应按规定分类存放，标示清楚，防止损坏、污染。
5.3.2、施工设备组织
由于本工程施工项目工程量较大，进场设备较多，建筑场地少，所以施工设备摆放应严格按照施工现场情况及工程项目的要求布置。
严禁乱放设备和材料，以免影响其它工程项目施工。
所有施工设备进场后，均应及时报验并保持其完好率，备足备齐易损件，对易损坏设备应提前作好备用设备，以保证施工中设备均能正常使用，确保工程质量和进度，施工设备应充分满足工程需要。
施工机械应性能良好，定期进行保养和检查，确保机械正常使用，机械类型如下：
主要施工机械设备
序号
机械设备或名称
型号
数量
1
空气压缩机
XAS160DD
3
2
砼喷射机
HPC—V
3
3
钻孔机
MD—100
2
4
经纬仪
J2
1
5
水准仪
DSZ3
1
6
电焊机
BX3—400
4
7
氧焊器具
1
8
切割机
1
5.4、设备安装、调试
组织机械设备进场，做好安装、调试工作
六、工艺参数要求
6.1、土钉墙的墙面坡度不宜大于1：
0.1。
6.2、土钉孔：
用人工或机械成孔，，钻孔直径不小于100mm，水平倾角为10°--15°，依实际情况和需要调整，上下排两层间梅花型布置。
6.3、土钉参数：
材料：
土钉宜选用Ⅱ、Ⅲ级锣纹钢筋，直径16～32，土钉长度宜为开挖总深度0.5～1.2倍，土钉的间距宜为0.6～1.2m，
6.4、水泥砂浆：
锚杆孔内压力注浆，注浆材料水泥净浆或水泥砂浆，其强度不低于M10，水泥采用PO32.5级普硅水泥，中砂，水灰比0.6--0.8，注浆压力0.4-0.6MPa。
6.5、钢筋网、加强筋：
钢筋网采用I级钢筋、直径6～10，间距150～300，钢筋网搭接长度大于300。
加强筋φ12，间距同锚杆（1.2米*1.2米）,坡顶钢筋网翻边1.5米。
6.6、喷射砼：
水泥采用PO32.5级普硅水泥，喷射砼厚度为80-120mm，强度C20。
6.7、坡顶钢筋网翻边1.5米，并砌排水沟。
七、工法一般要求
7.1、土钉支护应按方案规定分层开挖深度的作业顺序施工。
在完成上层作业面的土钉与喷混凝土以前，不得进行下一层深度的土方开挖。
当基坑面积较大时，允许在距离四周边坡8-10cm的基坑中部自由开挖，但应注意与分层作业区的开挖相协调。
7.2、用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动，基坑的边壁宜采用小型机具或铲锹进行切削清坡，以保证边坡平整并符合规定的坡度。
7.3、支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立，并在限定的时间内完成支护，即及时设置土钉或喷射混凝土。
应尽量缩短边壁土体的裸露时间，对于自稳能力差的土体如同含水量的粘性土和无天然粘结力的砂土应立即进行支护。
7.4、为防止基坑边坡的裸露土体发生坍陷，对于易塌的土体可采用以下措施：
7.4.1对修整后的边壁立即喷上一层薄的砂浆或混凝土，待凝结后再进行钻孔。
7.4.2在作业面上先构筑钢筋网喷混凝土面层，而后进行钻孔并设置土钉。
7.4.3在水平方向上分小段间隔开挖。
7.4.4先将作业深度上的边壁做成斜坡，待钻孔并设置土钉后再清坡。
八、施工工艺流程及操作要点
8.1、土钉墙施工工艺流程图
见图1土钉墙施工工艺流程图
图1
土钉墙施工工艺流程图
8.2.湿喷混凝土的配合比
8.2.1水泥：
为保证喷射混凝土的凝结时间与速凝剂有较好的相容性，优先采用PO32.5级以上的普通硅酸盐水泥，所使用的水泥其性能符合国家现行标准及设计要求。
8.2.2砂：
为保证喷射混凝土的强度和减少施工操作时的粉尘，以及减少硬化时的收缩裂纹，采用坚硬而耐久的中砂或粗砂。
8.2.3碎石：
为防止喷射混凝土过程中堵管和减少回弹量，采用坚硬耐久的细石，粒径不大于10㎜。
8.2.4水：
为保证喷射混凝土正常凝结，硬化，保证强度和稳定性，喷射混凝土用水采用饮用水。
8.2.5速凝剂：
在喷射混凝土工艺中，加入速凝剂，可以使混凝土喷到受喷面后迅速凝固，从而形成垫层，减少回弹量，增大喷层厚度，同时混凝土迅速凝固后，便有了强度形成支护能力。
8.2.6配合比设计
设计配合比时，按理论配合比，水泥：
碎石：
砂=1:
2:
2.25，骨料成分和级配，若使用了碱性速凝剂，砂、石、骨料均不含有活性二氧化硅，以免产生碱骨料反应，引起混凝土开裂，为使喷射混凝土密度和在输送管道中顺畅，砂石骨料级配按国家标准控制，龄期按7天测定抗压强度，通过试验确定。
施工时根据砂、石含水率确定施工配合比。
8.3土钉墙施工方法
按土方开挖方案进行基坑放坡开挖，边开挖边进行土钉墙施工。
土钉钻孔直径为100mm，内注水泥砂浆，其强度不低于M10，土钉采用Φ22钢筋，L=8～10米；土钉间距1.2m×1.2m,梅花布置，长度等于基坑深度。
土钉墙面板为80-120mm厚C20早凝喷射混凝土，内配Φ6@200×200钢筋网。
8.3.1土钉钢筋制作：
土钉钢筋制作应严格按施工方案施工，使用前应调直并除锈去污。
土钉安装之前进行隐蔽检查验收，安放时应避免杆体扭压、弯曲。
8.3.2开挖工作面：
一层土方基本完成后进行喷射第一层砼。
工作面计划根据开挖深度分几个不同的层次进行。
8.3.3喷射第一层砼：
砼为C20，机械搅拌。
采用PO32.5普通硅酸盐水泥,水灰比为0.45,配合比参照水泥:
中砂:
碎石为1:
2:
2.5。
石子粒径为５mm～10mm，第一层砼厚度控制40mm。
喷射前应先对机械设备、风、水管路和电线进行全面检查及试运行，埋设好喷射砼厚度的标志。
喷射作业应按分段分片依次进行。
同一水平段喷射顺序应自下而上。
喷射砼终凝水后及时喷水养护３ｄ左右。
8.3.4钻孔
钻孔前采用经纬仪、水准仪、钢卷尺等进行土钉放线确定钻孔位置。
土钉布孔距允许偏差为±50mm。
成孔采用冲击钻、洛阳铲等机械。
成孔中严格按操作规程钻进。
钻孔偏斜度不大于20％，孔深允许偏差为±50mm。
终孔后，应及时安设土钉，以防止塌孔。
8.3.5注浆
注浆前，将孔内残留及松动的废土清理干净，注浆管应插至距孔底250mm～500mm，为保证注浆饱满，在孔口部位设置浆塞及排气管。
注浆开始应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路，中途停止不能超过30MIN。
注浆用水灰比各0.45的纯水泥浆,水泥采用PO32.5普通硅酸盐水泥,水泥浆结晶体强度等级不低于20MPa。
8.3.6绑扎钢筋网
钢筋网为φ6@200×200,与土钉连结牢固，保证在喷射砼时钢筋不晃动。
搭接度为大于300mm。
钢筋网安装完毕，经监理工程师验收合格后及时进行隐蔽验收。
钢筋使用应清除污锈；钢筋网宜在工作面喷射一层混凝土后铺设，钢筋与壁面的间隙，宜为30㎜；钢筋网应与锚杆连接牢固，喷射时钢筋不得晃动；
开始喷射时，应减少喷头与受喷面的距离，并调节喷射角度，以保证钢筋与壁面之间混凝土的密实性；
8.3.7喷射第二层砼
喷射第二层砼操作基本上与第一次喷射第一层砼一致。
不同之处在于喷射第二层砼时，应对第一层砼检查松散、松动部分除去并湿润。
第二层砼控制砼总厚80mm，同时，又应将所在钢筋网盖住，并保证面层25mm厚钢筋保护层。
8.3.8养护
第二层喷射完毕终凝后，应及时喷水养护，日喷水不少于3次，养护时间不少于7d。
8.4、喷射混凝土施工要点
喷射混凝土采用湿喷，湿喷混凝土是将骨料、水泥和水按设计比例拌和均匀，用湿式喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。
8.4.1喷射前准备工作
1）检查受喷面轮廓尺寸，并且修整使之符合设计要求，若有松散，清除干净。
2）作业区应有良好的通风和照明装置。
3）用高压风水（地质差不用）清洗受喷面，备好工作平台，防护用具。
4）根据喷射量添加速凝剂，并转动计量泵转盘调节好速凝剂的用量。
接好电源及风管、喷管、速凝管等。
检查喷射机的转子、振动器、计量泵及安全阀、压力表是否完好，并进行试运转。
埋设喷射混凝土厚度的标志。
5）向喷射机的料斗加入约半料斗砂浆（水泥：
砂：
水=1：
3.5：
0.45），开动主电机将电机砂浆转入转子腔和气料混合仓。
8.4.2喷射作业
严格按以下顺序操作
打开速凝剂辅助风→缓慢打开主风阀→启动速凝剂计量泵、主电机、振动器→向料斗加混凝土。
1）开机后注意观察风压，起始风压达到0.5MPa，才能开始操作，并根据喷嘴出料情况调整风压。
一般工作风压：
边墙0.3～0.5MPa。
2）混凝土拌合要充分，直径大于10㎜的粗骨料及时清除。
3）喷嘴与受喷面尽量垂直，两者的距离宜保持0.6～1.0m，对挂有钢筋网的受喷面，喷嘴略倾斜，距离也相应减少。
4）喷嘴均匀地按螺旋轨迹，分区段（一般不超过6米），自下而上，一圈压半圈，缓慢移动，每圈直径约为20㎝.若受喷面不平，先喷凹坑找平。
分层喷施时，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射时，应先用水清洗喷面表层。
5）停机前，喷射料斗中的混凝土须全部喷完，并严格按以下顺序关机：
关主电机、振动器、关速凝剂计量泵、关主风阀；利用计量泵加水清洗速凝剂管路；再将喷嘴离开受喷面，依次打开主风阀、计量泵电机、主电机，向料斗中加水清洗气料混合仓、混凝土管道，最后关主电机、关主风阀、计量泵、停速凝剂风。
6）清理喷射机表面的混凝土。
九、施工监测
施工监测包括对环境的保护监测和对工程本体的监测，及时预报施工中出现的问题，以指导施工。
施工期间应根据监测资料及时控制和调整施工进度和施工方法，确保基坑安全。
9.1监测内容如下：
9.1.1基坑支护结构水平位移，包括基坑边壁顶部的水平位移与垂直沉降；
9.1.2基坑围护结构及周围地表开裂状态的观察；
9.1.3基坑渗、漏水状况及地下水位变化；
9.1.4基坑周边各种管线的变化与破损；
9.1.5基坑周围地面超载状况；
9.1.6自然环境（台风、雨水、气温等）
9.2监测要求
9.2.1在围护结构施工前，须测得初读数。
9.2.2在基坑开挖期间，须做到一日一测。
在主体结构施工期间的观测间隔，可视测得位移变化情况放长或简短。
9.2.3测得的数据应及时上报监理、建设单位。
9.2.4报警界限：
水平位移累计值：
40mm
地面沉降累计值：
50mm
变形速率3mm/d连续三天
地下水位0.5m/d连续二天
发现异常及险情。
若测试值达到上述界限须及时上报，以引起各有关方面重视，及时处理。
十、应急保证措施
根据基坑特点结合今年来的一些施工经验，基坑可能出现一些危情，包括基坑变形过大，基底隆起，暴雨、周边污水管道破损渗漏等，针对情况采取如下应急措施：
10.1抢险准备
10.1.1人员准备：
挖机手、施工队长、技术负责人、项目经理必须24小时吃住在现场，任何一方有事必须向项目部请假。
10.1.2设备准备：
围护施工期间必须且至少有一台挖机在现场。
现场准备好应急电源、柴油发电机组（120KW以上）。
10.1.3材料准备：
土钉墙施工完成第一层开始备用抢险材料；
圆木直径100MM，长大于等于4米，不少于100根；
土包袋不得少于300个；钢板桩宽200MM，长6米不得少于30根。
现场准备充足的黄砂，放置在距离基坑100米以内。
10.2应急预案
及时有效处理渗水问题是土钉墙支护技术的关键所在，针对本工程具体情况，特制定以下各项治水措施：
10.2.1雨水或其它地面水量较多时，如上、下水管破裂等，应首先查明水源，进行修复、截断、改造或停用。
同时在地面沿坑壁四周、距坑壁1~1.5米处设置排水沟，将雨水或其它地面水引流到远离基坑的地方排出，在排水沟与坑壁之间的地面喷射钢筋砼，防止坑边地面渗水。
10.2.2当坑底渗水较严重时，出现管涌冒砂，应立即回土覆压，对其采用降水后进行开挖。
10.2.3当坑壁含水量较高、并出现渗水或涌水现象时，在喷护前，在锚杆上方20~40CM处设置长度3~5米的引流管。
10.2.4地面裂缝：
地面一旦出现裂缝，顺裂缝注入水泥与水玻璃混合液，地面用水泥砂浆抹平，同时在裂缝外侧布置土钉，增加抗拉力，稳固变形土体。
现场备足草包，塑料布，钢管等应急物质，以便能及时抢险。
10.2.5水平位移过大：
观察地面的位移和地面裂缝，当基坑壁水平位移达到报警值，采用水平支撑或斜支撑，限制水平位移。
10.2.6坡脚滑移：
坡体加撑，坡脚增打木桩（钢板桩）或采用石子草包堆叠坡脚，阻止坡脚继续滑移。
10.2.7当基坑位移监测数值超过速率或总体警戒值时，立即采取应急措施，在有条件的地段的坡顶立即采取挖土卸荷，卸土宽度3米，深度2米。
同时坑内坡脚堆填土，以减少坡顶荷载，降低基坑相对深度，改变坡体应力分布，达到基坑坡土稳定的目的，并增加监测次数，确定其加固定的位移值是否正常。
十一、安全生产与文明施工
11.1、安全生产措施
11.1.1、文明施工目标，按市有关文明生产规定要求执行，排除一切污染。
贯彻“安全第一，预防为主”的方针，以项目经理为第一安全负责人。
11.1.2、设专职安全员，负责工地安全管理工作。
由施工员负责监督日常安全工作，各工种、各班组设立兼职安全员，由项目经理、施工员、专职安全员，组成安全委员会，检查督促项目的安全生产。
11.1.3、工人进场前由安全员进行安全教育，进场后施工人员必须认真执行“安全管理制度”和“安全生产责任制”遵守《安全生产纪律》，定期召开安全工作会议，进行安全检查活动，开展安全工作评比活动，杜绝安全隐患，由安全员做好安全日记。
开工前由项目部组织进行工作安全检查，合格后方能开工。
11.1.4、施工现场设置安全警示牌，施工人员必须穿工作服，劳保鞋、戴安全帽上班。
11.1.5、机电设备必须专人操作，认真执行规程，杜绝人身、机械、生产安全事故，特种工种必须持证上岗。
11.1.6、现场电缆必须安全布设，各种电控制箱必须安装二级漏电保护装置，电器、电路必须断电修理，并挂上警示牌，电工应定期检查电器、电路的安全性。
11.1.7、机械设备应由机修人员修理，杜绝机械安全事故隐患。
11.1.8、机班长要定期检查各机具的安全性，若有问题要及时维修、调换、不允许超负荷运行。
11.1.9、现场必须配备消防器材，电路控制系统必须有防雨淋设施。
11.2、文明施工措施
项目经理到各级管理人员必须将文明施工及治安、卫生等工作列入重要的工作职责，协调好与外界各有关单位的关系，共同做好工地文明工地施工。
11.2.1、由项目经理负责督促检查工地文明施工，设场地管理员，做好现场文明施工的实施及检查工作，做好文明施工记录。
11.2.2、施工现场安排场地施工人员经常清理，保证场地清洁。
材料设备堆放要整齐。
11.2.3、经常保养、清洁施工设备，保证设备的清洁和完好。
11.2.4、工地食堂：
炊事员要有健康证，并穿戴整齐，食品做到生熟分开，有除尘装置，安排好施工人员的食宿等生活、卫生设施。
11.2.5、施工人员着装整齐。
施工管理人员戴黄色安全帽。
11.2.6、现场建立治安、卫生管理小组，施工人员要遵守治安、卫生等各种规章制度。
11.2.7、工地厕所配冲洗水源，并派专人冲洗打扫。
11.2.8、车辆进出现场要有专人清洁轮胎，严禁污泥带出工地，不污染环境。
11.2.9、工地设有电热水炉、医药箱，保证有清洁水源使用（严禁喝生水）保证施工人员的身体健康。
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