CFG桩常见质量问题处理绝密.docx
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CFG桩常见质量问题处理绝密
5土钉墙与复合土钉墙
中冶集团深圳分院--杨志银
5.1一般规定
5.1.1土钉墙是一种原位加固土基坑支护技术，它由原位土体、设置在土中的土钉和喷射砼面层组成。
5.1.2土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑开挖支护；土钉墙适用于开挖深度为5～12米的基坑支护。
5.1.3土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土；不应用于没有临时自稳能力的饱和软弱土层和淤泥。
5.1.4复合土钉墙是由土钉墙和止水帷幕、微型桩、预应力锚杆等组合形成的基坑支护技术。
5.1.5复合土钉墙常用类型有下列三种：
第一种由土钉墙和止水帷幕及预应力锚杆组合而成，如图5.1.5（a）所示；第二种由土钉墙和微型桩及预应力锚杆组合而成，如图5.1.5（b）所示；第三种由土钉墙、止水帷幕、微型桩和预应力锚杆组合而成，如图5.1.5（c）所示。
图5.1.5（a）土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆
图5.1.5（b）土钉墙＋微型桩＋预应力锚杆
图5.1.5（c）土钉墙＋止水帷幕＋微型桩+预应力锚杆
5.1.6复合土钉墙适用于各种施工环境和多种地质条件的基坑支护。
5.1.7复合土钉墙不宜用于以下条件的基坑支护：
（1）基坑垂直深度超过15米且无放坡条件的深基坑；
（2）基坑开挖深度大于20米的基坑；
（3）基坑计算范围内埋藏地层有厚层软土（淤泥）的基坑；
（4）场地内有动水作用的地层。
5.1.8土钉墙和复合土钉墙应用于对变形有严格要求的深基坑支护时，应进行变形预测分析，并经专门论证后方可采用。
5.2设计
5.2.1土钉墙和复合土钉墙设计内容应包括下列内容：
5.2.1.1确定土钉墙的平面和剖面尺寸及分段施工高度；
5.2.1.2确定土钉的布置方式和间距；
5.2.1.3确定土钉墙结构各组成部分的尺寸和材料参数；
5.2.1.4注浆体强度和注浆方式设计；
5.2.1.5喷射混凝土面层设计及土钉与面层连接的构造设计；
5.2.1.6支护体系整体稳定性分析；
5.2.1.7土钉强度与抗拔力验算；
5.2.1.8变形预测分析；
5.2.1.9现场监测和质量控制设计；
5.2.1.10施工图设计及其说明。
除了满足上述要求外，复合土钉墙的设计还应包括下列内容：
（）根据地质条件和环境条件选择合理的复合土钉墙类型；
（）确定锚杆类型并进行锚固体设计（长度、直径、形状等）；
（）确定锚杆布置形式和安设角度及锚杆结构；
（）确定锚杆设计轴向拉力及锁定拉力值；
（）确定锚杆自由段长度和锚固段长度；
（）确定止水帷幕采用的形式（搅拌桩或旋喷桩等）；
（）确定止水帷幕的平面布置形式、剖面尺寸及施工参数；
（）确定微型桩平面布置形式、剖面尺寸、直径及骨架（钢筋笼、型钢、钢管等）的结构尺寸；（）预应力锚杆抗拔力验算；
（）锚杆注浆体强度设计和施工技术要求；
（）冠梁和腰梁的设计；
（）锚杆检验和监测要求。
在土钉墙和复合土钉墙的设计中，单根土钉受拉荷载标准值可按下面的计算简图和公式计算：
（－）
（－）
式中Tjk——第j根土钉受拉荷载标准值（kN）；
α——土钉的倾角（°）；
Sxj——土钉的水平间距（m）；
Sxj——土钉的垂直间距（m）；
p——土钉长度中点所处深度位置的侧压力（kPa）；
pl——土钉长度中点所处深度位置上由土体自重引起的侧压力（kPa），据图5.2.2-1求出；
pq——地表均布荷载引起的侧压力（kPa）；
ζ——坡面倾斜时荷载折减系数，根据5.2.3条确定。
图中自重引起的侧压力值pm计算如下：
对于c/γ/H≤0.05的砂土和粉土：
pm=0.55ka
对c/γ/H＞0.05的一般粘性土：
pm=
≤0.55ka
图中地表均布荷载引起的侧压力值pq计算如下：
pq=kaq
式中ka——主动土压力系数，ka＝tg2
；
——土的重度（kN/m3）;
H——基坑深度（m）。
当有地下水及其它地面、地下荷载作用时，应按本规范第三章方法考虑由此产生的侧向压力。
5.2.3荷载折减系数ζ可按下式计算：
（5.2.3－1）
式中β——土钉墙坡面与水平面的夹角。
5.2.4单根土钉抗拉承载力计算应满足下列要求：
5.2.4.1在面层侧压力作用下，土钉杆体强度应满足下式要求：
1.5γ0Tjk≤Agfyk（5.2.4－1）
式中:
Ag——土钉杆体面积（m2）；
——钢筋抗拉强度标准值（kN/m2）。
其余符号同前。
土钉墙内部潜在滑动面之后有效锚固段应满足下式要求：
图土钉抗拉承载力计算简图
1.5γ0Tjk≤Tuj（5.2.4－2）
对于基坑侧壁安全等级为二级以上的土钉抗拉承载力设计值应通过试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按下式（图）计算：
式中
——土钉抗拔力设计值（kN）；
dnj——第j根土钉锚固体直径；
qsik——土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，可参考表5.2.4.2确定；
li——第j根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为
。
土钉和锚杆与土层之间粘结强度经验值表5.2.4.2
土的名称
土的状态
qsik（kPa）
预应力锚杆
成孔注浆土钉
（按成孔直径计算时）
打入钢管土钉
（按钢管直径计算时）
填土
20～30
20～30
25～35
淤泥质土
20～30
15～20
25～30
粘性土
软塑
可塑
硬塑
坚硬
20～40
40～60
60～80
80～100
20～30
30～45
45～60
60～80
20～35
35～50
50～65
65～80
粉土
40～90
40～80
50～90
砂性土
松散
稍密
中密
密实
60～90
90～120
120～150
150～200
30～50
50～70
70～90
90～120
50～65
65～80
80～100
100～120
5.2.5土钉墙设计应进行整体稳定性分析，并应考虑施工期间不同开挖深度和完成后不同标高（包括开挖面以下一定深度）等多种工况，分析时可采用简化圆弧滑裂面条分法，其计算简图和验算公式如下：
图5.2.5－1土钉墙稳定性分析计算简图
（5.2.5－1）
式中
Ks——土钉墙整体稳定安全系数；
ci——土体的粘聚力（kPa）；
i——土体的内摩擦角（º）；
Li——土条滑动面弧长（m）；
Wi——土条重量（kN）；
TNj——土钉的设计抗拉力（kN）；
S——土钉的水平间距（m）；
ι——滑动面某处切线与水平面之间的夹角（º）；
i——土钉与水平面之间的夹角（º）；
——折减系数，根据经验取0.5。
每种验算情况中，须通过试算确定最危险滑裂面，即计算中Ksmin对应的滑裂面为预测最危险的滑裂面。
在设计中应满足：
Ksmin＞[Ks]
式中:
[Ks]——容许稳定性安全系数，二级支护结构取1.3，三级支护结构取1.2。
在施工阶段验算时，容许安全系数可乘以折减系数0.9。
5.2.6复合土钉墙的整体稳定性分析可采用圆弧滑裂面计算，计算中应考虑止水帷幕、微型桩、预应力锚杆等的作用，验算工况与土钉墙要求相同，其计算简图和验算公式如下：
图5.2.6－1复合土钉墙稳定性分析计算简图
（5.2.6－1）
式中Kp——复合土钉墙整体稳定安全系数；
s——搅拌桩、微型桩的抗剪强度设计值（kPa）；
As——搅拌桩、微型桩的面积（m2）；
PNj——预应力锚杆设计承载力（kN）；
SL——搅拌桩、微型桩的间距（m）；
Sm——预应力锚杆的水平间距（m）；
——折减系数，根据预应力水平在0.5~1.0之间选取。
其余符号同前。
在复合土钉墙设计中应满足：
Kpmin＞[Kp]
式中：
[Kp]——容许稳定性安全系数，一级支护结构取1.4，二级支护结构取1.3，三级支护结构取1.2。
在施工阶段验算时，容许安全系数可乘以折减系数0.9。
在土钉墙和复合土钉墙整体稳定分析时，土体破裂面上每一土钉设计抗拉力Tnj按下列公式计算，并取其中的最小值：
按土钉杆体受拉屈服条件Tnj＝Agfyk
按土钉体受拉拔出条件Tnj＝πdnjΣqsiklni
对于靠近基坑支护底部的土钉，尚应考虑滑裂面内侧土体和喷射砼面层脱离土钉滑出的可能，其土钉设计拉力应满足下列条件：
Tnj≦πdnj（l-ln）qsik+Tl
式中ln——第j根土钉在圆弧滑裂面外伸入稳定土体内的长度。
Tl——土钉端部与面层连接的极限抗拔力；
其余符号意义同前。
当基坑底存在软土可能有坑底土隆起条件时，应按本规范第章进行基坑底抗隆起稳定性验算。
喷射砼面层和腰梁可按下列原则进行设计：
、某一标高处土钉和锚杆之间喷射砼面层和腰梁所受水平荷载可按条侧压力分布图计算；
、喷射砼面层可近似按长宽分别为、受均布荷载的双向四边简支板进行设计；
、土钉和面层的连接应能承受土钉端部受拉荷载Tjk的作用，验算土钉与喷射砼中面层连接及拔出强度，第j根土钉受拉荷载标准值Tjk可按条计算；
、某一标高处与喷射砼面层连接成整体的锚杆腰梁可按承受均布荷载的连续梁计算。
土钉墙和复合土钉墙应用于对变形有严格要求的深基坑支护时，应进行变形分析，变形分析（土钉墙和复合土钉墙水平位移）可采用有限元数值计算方法结合可靠的经验进行计算。
构造
土钉墙的构造要求应符合下列规定：
土钉墙墙面坡度应在技术和经济比较的基础上确定，宜采用坡度：
；
土钉必须与面层有效连接在一起，应设置承压板和加强钢筋等构造措施；
土钉长度不宜小于，土钉间距宜为～，土钉与水平面夹角宜为～；
土钉孔注浆材料宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不宜低于；
常用的土钉包括钻孔注浆型土钉和打入注浆型钢管土钉：
钻孔注浆型土钉由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆组成；
土钉钢筋宜用级以上螺纹钢筋，钢筋直径宜为～；
钻孔直径宜为～；
沿土钉长每隔～米应设置对中定位支架，以保证土钉钢筋周围有足够的浆体保护层；
打入注浆型钢管土钉适用于不易成孔的砂层或软土中；
5.3.2.6钢管土钉宜采用外径不小于48mm，壁厚不小于3mm的钢花管，沿土钉长每隔0.2～0.8米设置倒刺和对开孔，对开孔孔径宜为10mm左右；
5.3.2.7钢管土钉内端头宜制成锥形；
5.3.2.8钢管土钉接长宜对接焊接，接头处应拚焊不少于3根φ16的加强筋。
喷射砼面层的构造要求应符合以下规定：
喷射砼面层厚度宜为～，喷射砼设计强度等级不低于；
喷射砼面层中应配以钢筋网，钢筋网可采用级钢筋，钢筋直径宜为～，钢筋网间距宜为～；钢筋网搭接长度应大于；
喷射砼面层与土钉钢筋（钢管）的连接，应在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短钢筋，并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强钢筋相互焊接；对于重要的工程或支护面层受有较大的侧压时，宜将土钉做成螺纹端，通过螺母、钢垫板与面层连接。
图土钉与面层连接构造
图土钉与面层连接构造图
复合土钉墙的构造要求除了满足以上相关要求外还应符合条、条、条的规定；
预应力锚杆的构造要求应符合以下规定：
复合土钉墙中预应力锚杆设计荷载不宜过大，一般宜小于300kN；
锚杆自由段长度不宜小于；
锚杆自由段长度应超过潜在破裂斜面；
锚杆杆体外露长度应满足台座（腰梁）布置和张拉锁定的要求；
锚具型号、尺寸的选取应保持锚杆预应力值的恒定；
腰梁、台座的尺寸和构造应具有足够的强度和刚度，不得产生有害变形；
锚索隔离架（定位架）沿锚索长度方向每隔～设一个，且能确保锚固段的保护层不少于；
锚杆锚头必须与喷射砼面层连接可靠，可设置承压板和喷射砼连梁；
图锚杆与面层和腰梁连接构造
图锚杆与面层和腰梁连接构造
5.3.5.9复合土钉墙中预应力锚杆可采用钢绞线锚杆、钢管锚杆和自进式锚杆。
微型桩常采用钻孔灌注桩，其构造要求如下：
5.3.6.1微型桩的直径一般为200~300mm；
5.3.6.2微型桩伸入基坑底面宜大于2m；
5.3.6.3微型桩应配置钢筋笼或型钢，配置型钢时，宜选用16~22号工字钢；
5.3.6.4微型桩桩顶上宜设置连梁，将桩连接在一起，连梁上可设置预应力锚杆或土钉。
止水帷幕的构造宜符合下列规定：
5.3.7.1止水帷幕宜采用相互搭接的深层搅拌桩或者高压旋喷桩，伸入基坑底部宜大于2m，并需要穿过强透水层，进入相对不透水层宜大于1m。
5.3.7.2深层搅拌桩直径宜采用500~600mm，间距400~450mm；
5.3.7.3深层搅拌桩水泥掺入量宜采用12～15％，桩身水泥土强度宜大于1MPa；
5.3.7.4当土质较差及水量较大时，可采用两排或多排搅拌桩形成止水帷幕并加固土体；
5.3.7.5在深层搅拌桩施工难以搅动的地层和搅拌深度不能达到情况，可采用高压旋喷桩作为止水帷幕；
5.3.7.6高压旋喷桩直径一般为600~1000mm，搭接100~200mm，也可做成相互搭接的定喷或摆喷止水帷幕；
5.3.7.7复合土钉墙中的止水帷幕，除做止水功能外，常有加固地层和稳定开挖面的作用，对搅拌桩或旋喷桩的强度有一定要求，其水泥掺量也较常规的搅拌桩或者旋喷桩为高，并应选用早强型水泥品种，桩身强度一般可达到1~3MPa。
5.3.8土钉墙和复合土钉墙顶面应做砼护面，护面宽度宜大于1m；在坡顶、坡底应分别设置排水明沟，积水经三级沉淀后排入市政管网；在坡面上可根据地下水的实际情况，设置一定数量泄水孔。
5.4施工与检测
5.4.1土钉墙的施工流程如图5.4.1－1所示：
图5.4.1－1土钉墙施工流程图
复合土钉墙的施工流程如图5.4.1－2所示：
图5.4.1－2复合土钉墙施工流程图
5.4.2基坑开挖应按设计要求分段分层进行，在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度允许误差宜为±20mm或按设计要求进行。
5.4.3土钉施工应符合下列规定：
5.4.3.1土钉的原材料应符合下列规定：
（1）土钉钢筋使用前应调直、除锈、除油；
（2）注浆材料宜用1：
0.5的水泥净浆或水泥砂浆，水泥砂浆配合比宜为1：
1～1：
2，水灰比宜为0.4～0.5；
（3）水泥砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。
5.4.3.2注浆作业应遵守下列规定：
（1）注浆前，应将孔内残留及松动的废土清除干净；注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；
（2）注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm；为保证注浆饱满，在孔口部位宜设置止浆塞及排气管；
（3）采用钢管土钉时，注浆压力不宜小于0.6MPa，且应增加稳压时间；若久注不满，在排除水泥浆渗入地下管道或冒出地表等情况外，可采用间歇注浆法；
5.4.3.3土钉成孔机具可采用螺旋钻、冲击钻、地质钻、洛阳铲等。
5.4.3.4土钉成孔应符合下列规定：
（1）土钉孔深允许偏差为±50mm；
（2）土钉孔径允许偏差为±5mm；
（3）土钉钢筋保护层厚度不宜小于20mm；
（4）土钉布置孔距允许偏差为±100mm；
（5）土钉钻孔完成后，应及时安设土钉，以防止塌孔。
喷射砼施工应符合下列规定：
喷射砼的原材料应满足下列规定：
（）宜优先选用普通硅酸盐水泥，强度不宜低于；
（）应采用干净的中、粗砂，含水量宜为％～7％；
（3）宜采用干净的砾石，粒径不宜大于15mm；
（4）使用速凝剂前，应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验。
5.4.4.2喷射砼施工机具的选用应符合下列规定：
（1）砼喷射机应密封性能良好，输料连续均匀，允许输送骨料最大粒径为25mm，输送水平距离不宜小于100m，垂直距离不宜小于30m；
（2）选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求，一般应不小于9m3/min；
（3）混合料的搅拌宜采用强制式搅拌机；
（4）输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并应有良好的耐磨性能；
（5）供水设施应保证喷头处足够的水压，即水压应大于0.2MPa。
5.4.4.3混合料的配比与拌制应符合下列规定：
（1）水泥与砂石之重量比宜为1：
4～1：
4.5，砂率宜为45％～55％，水灰比宜为0.4～0.45；
（2）原材料称量允许偏差，水泥和速凝剂为±2％，砂石材料为±5％；
（3）混合料应拌和均匀，搅拌机搅拌时间不少于2min；
（4）混合料宜随拌随用，不掺速凝剂时，存放时间不应超过2h；掺速凝剂时，存放时间不应超过20min。
5.4.4.4喷射砼作业前，应对机械设备、风、水管路和电线进行全面的检查及试运转，清理受喷面，埋设好控制喷射砼厚度的标志。
5.4.4.5喷射砼作业应符合下列规定：
（1）喷射作业应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度宜为40～70mm；
（2）喷射时，喷头与受喷面应垂直，宜保持0.6～1.0m的距离；喷射手应控制好水灰比，保持砼表面平整、呈湿润光泽、无干斑或滑移流淌现象；
（3）喷射砼的回弹率不应大于15％；
（4）喷射砼终凝2h后，应喷水养护，养护时间，根据气温环境等条件，一般为3～7d。
5.4.4.6喷射砼中钢筋网铺设应遵守下列规定：
（1）钢筋使用前应调直并清除污锈；
（2）钢筋网宜在喷射一层砼后铺设，钢筋与坡面的间隙应大于20mm；
（3）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被砼覆盖后铺设；
（4）钢筋网应与土钉或其它锚定装置连接牢固，喷射砼时钢筋不得晃动。
5.4.5预应力锚杆施工应符合下列规定：
5.4.5.1锚杆施工前，在设计交底和现场勘察的基础上，应编制完整的施工组织方案，施工前应认真检查原材料品种、型号、规格及锚杆各部件的质量，并应具有原材料主要技术性能的检验报告。
5.4.5.2锚杆钻孔应符合下列规定：
（1）钻孔前，根据设计要求定出孔位，做出标记；
（2）孔距水平方向允许偏差为±100mm，垂直方向允许偏差为±50mm；
（3）钻孔倾斜度允许偏差为3％；
（4）孔深应超过锚杆设计长度0.5～1.0m；
（5）湿式钻孔终孔后应供水清孔，直至留出清水为止，并立即插入锚杆和灌浆。
5.4.5.3钻孔设备可用专门锚杆钻机、地质钻机或螺旋钻机，钻机应根据土质和锚杆孔参数（深度、直径等）选取。
5.4.5.4如遇易塌孔土层，可带护壁套管钻进；不宜采用泥浆护壁。
5.4.5.5锚杆制作应按施工图进行，并应符合以下规定：
（1）严格按设计长度下料，锚筋的长度允许误差为50mm；
（2）组装前应清除钢材表面的油污和膜锈；
（3）II级和Ⅲ级钢筋接长宜采用双面搭接焊，焊接长度不应小于8d（d为钢筋直径）；锚筋接长或锚筋与螺杆焊接都必须按设计要求使用焊条；精轧螺纹钢筋可采用定型套筒连接；
（4）锚杆自由段应裹以塑料布或套筒，并扎牢。
5.4.5.6锚杆的插放应符合下列规定：
（1）锚筋插放之前应检查锚筋质量，确保符合设计要求；
（2）插放锚杆时，应避免钢筋扭压和弯曲；
（3）注浆管宜与锚筋一起放入钻孔，注浆管内端距孔底宜为50～100mm，二次注浆管的出浆孔和端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内；
（4）钢筋插入孔内深度不应小于锚杆长度的95％，亦不得超深，以免外露长度不足。
5.4.5.7注浆所用的水泥浆体材料应符合下列规定：
（1）水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可使用抗硫酸盐水泥；
（2）细骨料应使用粒径小于2mm的中、细砂，砂的含泥量按重量计不得大于3％，砂中所含云母、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质，按重量计不宜大于1％；
（3）混合水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水；
（4）必要时水泥浆中可掺加外加剂，但一次灌浆不宜使用膨胀剂；水泥浆中氯化物的总含量不得超过水泥重量的0.1％。
5.4.5.8拌浆、注浆应采用专用搅拌桶和注浆泵，注浆泵的工作压力应满足设计要求的（二次）注浆压力；
5.4.5.9浆液应搅拌均匀，并过筛，随拌随用，浆液应在初凝前用完；
5.4.5.10一次注浆待孔口溢浆，即可停止注浆；
5.4.5.11二次高压注浆压力宜控制在2.5～5.0MPa之间，二次注浆时间可根据注浆工艺通过试验确定。
5.4.5.12锚杆张拉应符合以下规定：
（1）张拉前应对张拉设备进行标定；
（2）锚固体强度大于15.0MPa，并达到设计强度70％后方可进行张拉；
（3）锚杆张拉顺序应考虑对邻近锚杆的相互影响；
（4）锚杆张拉荷载分级及观测时间应按表5.4.5.12进行：
张拉荷载分级
观测时间（min）
砂土
粘性土
0.10Tu
0.50Tu
1.0Tu～1.1Tu
锁定荷载
5
5
10
10
5
5
15
10
5.4.5.13锚杆张拉至1.0Tu～1.1Tu时，保持10min（砂土）至15min（粘性土），观察其变位趋于稳定时，然后卸荷至锚锁荷载进行锚锁。
锚锁荷载应保证锚杆锁定后具有设计规定的锁拉预拉力。
5.4.5.14锚杆锁定后若发现有明显的预应力损失，应进行补偿张拉。
微型桩施工应符合下列规定：
施工前应对水泥、砂石、钢筋、型钢等原材料及其制
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