12米深基坑土钉支护技术的应用.docx
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12米深基坑土钉支护技术的应用
12米深基坑土钉支护技术的应用
宗和青
（江苏省江建集团有限公司）
提要：
本文摘要介绍了深基坑土钉支护技术的运用，阐述了从设计方案到施工中难点对策以及确保土钉墙稳定的安全测试。
一、概述
随着我国西部大开发的速度和力度加大，西宁高层建筑越来越多，建筑物基础也越建越深，对深基坑的开挖支护技术也提出新的要求，西宁在2000年以前高层较少，基础开挖深度较浅，所以基础支护多以放坡开挖或悬臂式桩支护为主，随着高层逐年增多，基坑开挖逐渐加深，且城市建筑密度日趋增大，基坑支护再以放坡开挖或悬臂式桩支护已不再经济并难以满足要求。
从而基坑支护采用土钉支护技术。
其技术给深基坑的开挖带来了巨大的经济效益和社会效益，因为该技术不需要独立的施工工期，可以随挖土方同步施工，施工速度快且经济，故在西宁地区推广较快。
本文通过西宁某工程实例，对土钉支护在西北地区，尤其是西宁的施工方法技术进行介绍。
二、工程概况
青海省电力公司调度通讯楼及住宅楼位于青海省西宁市胜利路87号，通讯楼26层，住宅楼32层，裙楼为5层，两层地下室，基坑为不规则5边形，基坑周长为415米，最长边为87米，基坑标高分别为-11.8米、-12米，由于该场地南高北低，高差为2米，支护深度为11.8米、10米两种，其中11.8米的部位长度为87米。
该基坑北侧相距三层建筑物住房约3米，西侧距新宁路约15米远，东侧距洋嘉房地产办公楼约8米，南侧情况较为复杂，南侧东段距基坑1米处为简易一层平房，中段距离基坑1.5米处为7层砖混建筑物，西段距基坑6米处为7层砖混建筑物，基坑平面及周围环境如图1所示。
图1基坑总平面图
三、场地工程地质条件
根据地勘，本拟建场地有素填土、湿陷性黄土状土、饱和黄土状土、卵石、第三系泥岩等组成。
详述土层特征如下：
①-1素填土：
红褐色、褐灰色，稍湿，松散-稍密。
厚度0.30-2.80米不等。
①-2杂填土：
仅分布于拟建场地的北面中，其成分以建筑垃圾为主。
厚度2.40-3.30米不等。
②-1湿陷性黄土状土：
上部为褐红色、中部为灰绿色、下部为褐灰色，其成分以粉土、粉质粘土为主，属中压缩性土，具湿陷性。
埋深0.20-3.30米，层厚1.10-4.00米。
②-2饱和黄土状土：
灰绿色-褐灰色，其成分以粉土、粉质粘土为主，属中压缩性土，不具湿陷性。
埋深2.50-4.00米，层厚0.40-1.60米。
③-1卵石：
中密，其成分以卵石为主占全重的51.8-70.2%，充填物为砾粒、砂粒为主。
该层埋深3.70-5.60米,厚度为0.70-4.20米。
④-1强风化泥岩：
褐红色，稍湿，硬塑-坚硬。
其成分以粘土为主，次为粉粒，还少量沙粒及碎屑矿物。
呈强风化。
该层埋深5.30-8.80米，厚度为1.70-3.70米。
④-2中风化泥岩含膏泥岩：
褐红色-灰绿色，属极软岩石。
该层埋深7.50-10.50米，控制厚度为14.8-17.40米。
场地水文地质条件：
场地有地下水揭露，初见水位和稳定水位埋深在3.50-5.25米，属孔隙性潜水，无承压。
含水层为第四系全新统冲洪积的卵石层，含水层厚度为1.20-3.45米，流向由南向北和由西向东，湟水河河水补给地下水。
根据以上土质情况的分析，地下水位上为饱和黄状土，地下水位下为卵石及第三系泥岩，采用边基坑开挖也采用土钉支护的方式进行基坑围护，经济适用并稳定可靠。
四、基坑支护及降水方案
1、基坑设计原则及依据
根据《基坑土钉支护设计规程》（SECS96:
97）、《土钉（喷锚网）支护设计与施工》及建设单位提供的拟建场地勘查报告，本着确保基坑安全稳定的条件下，尽量降低工程费用；保证工程安全，减小对周边环境的影响；施工工艺简便可行，尽量缩短施工工期。
2、基坑特点分析
该基坑主要有以下特点：
（1）基坑开挖面积大且深，开挖面积约8000平方，最大实际开挖深度为11.8米，同时由于现场场地不平整，南高北低造成基坑内各片开挖支护深度不一。
（2）基坑地处西宁主干道交汇处，且相邻建筑物等环境比较复杂。
（3）基坑地下水水位于-3.5—-5.25米处，其含水层为卵石层，厚度为1.2—3.45米，卵石层埋深为5.6-6.5米，隔水层为强风化泥岩，单独采用管井降水，无法满足基坑无水要求。
故基坑降水方式选用管井井点与泥岩顶部明排相结合的降水方式。
3、基坑支护设计
（1）基坑支护设计计算：
本基坑支护坡度按2.2m考虑，即上部7m按1:
0.1放坡，中间设宽约1m的截水沟，下部5m仍按1:
0.1放坡（见图2），计算简化为统一坡度斜面。
考虑到拟建建筑物地质条件较为平均，在设计计算上有一致性，故采用统一剖面对其进行基坑边坡稳定性计算（天然土体稳定性和加固后的土体稳定性计算），主要考虑以下几个问题：
a.基坑四周荷载取15KN/m2。
b.基坑开挖涉及各地层厚度可简化取值，土力学参数取值（见表1）。
c.计算安全等级取值为一级。
表1土力学参数表
参数
地层
γ
（KN/m3）
C
（KPa）
Φ
（°）
H
（m）
粉土
17.0
16.0
24.0
4.2
卵石
21.0
5.0
40.0
2.8
泥质页岩
20.0
28.0
30.0
5.0
计算模型采用a.基坑边坡潜在滑移面按坡脚圆弧进行分析；b.考虑土体为变形体，土钉同时受拉力和剪力作用；c.计算极限平衡条件下所需总锚固力和总不平衡力矩；d.分析基坑边壁的局部稳定性、整体稳定性和施工过程稳定性。
根据上述计算模型及土力学参数进行稳定性计算。
支护前安全稳定系数分别为0.8，不稳定；支护后安全稳定系数分别为1.2，稳定。
图2基坑支护剖面图
（2）基坑支护设计
虽然基坑的深度不统一，但是拟建场地土层分布均匀，故设计上按一个剖面设计，根据地质条件，在土层中采用密排土钉，增加侧向支护抗力，限制地表变形，考虑到地下管线一般埋深为1.5米左右，第一排土钉设计深度为1.6米，由于土层厚度为4.2米，故第二、三排设计排距为1.3米；第一排土钉按9.0米、10.0米间隔施工，以有效消除应力集中，破坏边坡深层滑移线；在基坑支护中第四排加竖向微型钢管，形成复合土钉支护，以有效防止截水沟对上部坡脚的侵蚀，在第五排采用加密土钉（间距为1.2米），以防止排水沟对下部坡肩侵蚀。
锚杆头采用单、双横筋通长连接以提高整体刚度。
（3）基坑降水设计
基坑降水方式选用管井井点与泥岩顶部明排相结合的降水方式。
（见图3、4）
图3基坑降水井平面布置图
图4降水系统剖面图
五、基坑支护施工
基坑支护工程流程如下：
（1）清理修坡：
挖掘机开挖应离边坡灰线200mm，余下部分采用人工修坡，以保证开挖过程少扰动边坡壁的原状土，一次开挖深度为锚杆的设计层间距加0.50-0.70米，正面宽度不宜超过20.0米。
（2）成孔：
按设计所确定的孔位、孔径、孔深及倾斜度成孔。
在土层上成孔采用洛阳铲，在卵石和泥岩中成孔采用CHJ-100B冲击器。
（3）注浆：
采用压力泵浆1：
1的水泥砂浆注入锚孔，注浆时先高速低压从孔底注浆，当水泥砂浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆。
注浆压力为0.6-0.8MPa。
（4）编网、焊加强筋：
支护护面网筋为Φ6.5@200×200，尔后根据设计用单、双通筋将同排锚杆头相连。
（5）喷射混凝土：
喷射砼厚度为8cm，强度为C20。
喷射砼配比为：
水泥与砂浆重量比为1：
2：
2，水灰比宜为0.4～0.45，根据地质条件的不同，增加添加剂。
六、施工中的难点及对策
在施工过程中，基坑南侧七层楼下无法按原方案施工，因为其基础埋深较深，根据前期利用洛阳铲对南侧住宅楼基础埋深的探测，约为4.0米左右，由于土层厚度为4.2米，可认为该住宅楼基础座落在卵石层上。
故在设计上作以下变动：
（1）由于住宅楼对土体的侧向压力基本上可以不予考虑，故第一、二排土钉只要施工到住宅楼边缘即可，在二、三排之间采用"人"字型斜支撑以提高短锚杆的群锚效应；
（2）第三排土钉按9.0米、8.0米间隔施工，以有效消除应力集中，破坏边坡深层滑移线；同时施工竖向微型桩与横向土钉相连，形成稳固的角支撑，达到稳定的施工安全要求；
（3）在第五排增加一排竖向微型桩。
图5南侧支护变更剖面图
七、基坑水平位移监测与分析
基坑开挖支护是一项综合性的岩土工程问题。
它既涉及土力学中典型的强度和稳定问题，又与变形问题密切相关，同时还涉及土与支护结构相互作用问题。
基坑在开挖过程中受多种因素的影响，而且是复杂多变的。
如侧向土压力、土钉内力、土体应力应变、实际土质参数、临时堆载等。
这就产生设计结果与实际状况的差别，故土钉支护监测是支护设计中的重要组成部分。
通过监测，可随时掌握基坑周边环境的变化，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。
本基坑在每个支护段中部位置设位移、沉降观测点各一个。
在支护施工阶段，每点每天监测2～3次，若发现边坡不稳定时或有险情时隔1～2h监测一次。
停止施工阶段，若边坡稳定可1～3天检测一次。
基坑开挖完毕，变形趋于稳定的情况下监测逐步停止。
监测内容包括以下监测项目：
1、基坑支护顶部水平位移监测；
2、基坑支护顶部沉降监测；
3、周边建筑物倾斜监测；
4、周边建筑物及公用设施的沉降监测；
5、目测巡视。
图6基坑位移观测点布置图
（1）位移观测结果：
表2位移观测表
点位
3
4
5
6
7
8
9
10
最大变形量（MM）
3.0
2.0
2.0
3.0
1.0
2.0
1.0
1.0
备注
基坑变形量不得大于0.003H（H=基坑高度）
（2）结果分析：
通过观测，可以得出结论，基坑为安全的。
八、土钉拉拔试验
根据土钉支护规范要求，检验土钉的受力情况，对基坑土钉进行拉拔试验，从而对基坑安全做出评定。
采用ML-seriel锚杆拉力计（M130型）进行拉拔试验，从基坑土钉中随机抽取5个点，编号为1-5号。
该土钉拉拔试验为设计强度内检验试验，不同于土钉破坏性试验，即采用加载到设计强度及停止试验的方式。
因此，根据土钉长度对1-5号点进行加载试验，试验结果均满足设计要求。
表3拉拔试验结果表
土
钉
拉
拔
试
验
技术指标
土钉设计拉拔强度（Kpa）
70
土钉孔径（mm）
100
土钉单位长度拉拔力（KN/m）
21.98
土钉单位长度拉伸量
3‰
试验情况
项目
试点1
试点2
试点3
试点4
试点5
试点6
土钉长度（m）
10
10
11
8
8
土钉拉拔力（KN）
211.8
206.9
226.6
197.0
197.0
土钉拉伸长度（mm）
8.75
17.56
13.03
15.38
10.38
土钉单位长度拉拔力（KN/m）
21.18
20.69
20.6
24.6
24.6
土钉单位长度拉伸量
0.875‰
1.76‰
1.18‰
1.92‰
1.30‰
土钉拉拔强度评定结论
该批土钉拉拔强度符合设计要求，评定为：
合格。
九、总结
采用土钉支护有如下优点：
1、造价低。
与桩等支护方式相比可节省费用30%。
2、速度快。
可边挖土边支护，基坑土方挖完，同时支护结束，不需要独立的施工时间。
3、安全可靠。
充分利用了土体的自承能力，变土体荷载为支护结构的一部分，形成网状连续梁结构，受力科学，远远优于桩支护的悬臂梁结构，能有效地控制变形。
4、不占场地。
可垂直场地红线开挖，从而解决了桩支护无法施工的问题。
5、施工灵活。
边开挖边支护，可根据开挖后的实际地质条件和施工环境，对设计进行修改。
参考文献
[1]《基坑土钉支护设计规程》
[2]《土钉（喷锚网）支护设计与施工》
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