友达干部宿舍工程深基坑土钉支护技术

岳燕国 陈雪峰
　　（上海宝冶集团有限公司，上海 200941）
　　摘 要：深基坑围护的设计、施工、监测技术要求保证基坑内正常作业安全，要防止基坑及坑外土体移动，保证基坑附近建筑物、道路、管线的安全运行，而且方案经济合理。本工程通过对实际的施工过程，对土钉支护的施工工艺进行介绍。
　　关键词：深基坑土钉；支护。

　 1 引 言
　　随着国民经济建设的迅速发展，国内高层建筑、大型桥梁结构以及地下空间利用不断涌现。由此产生了大量的深基坑工程，且其规模和深度不断加大，这给基坑的设计和施工带来了很大的困难，尤其是在城市建筑物密集地区，施工场地邻近已有建筑物，道路和地下管线纵横交错，很多情况下不允许采用比较经济的放坡开挖，而需要在人工支护条件下进行基坑开挖。支护结构虽然是施工期间的临时支挡结构，但其选型、计算和施工是否正确，对施工的安全、工期和经济效益却有巨大影响，因此成为关键的施工技术之一。经过长时间的研究和实践，利用土钉支护在众多基坑开挖工程中被证实是一种技术可行，经济效益合理的成熟技术。
　　所谓“土钉”就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体。土钉的特点是沿杆体通长与土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的情况下，通过与土体接触界面上的黏结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。
　　2 设计依据
　　友达光电(苏州)有限公司干部宿舍新建工程公寓楼地下室基坑围护工程设计内容涉及：围护体系方案选择、围护体系具体做法、基坑开挖的施工及要求、基坑工程现场监测及应急措施等。本围护工程设计依据：
　　⑴江苏苏州地质工程勘察院提供的《友达光电(苏州)有限公司干部宿舍新建工程岩土工程详细勘察报告》。
　　⑵南京建筑设计研究院和施工单位提供的部分地下室结构图和场布图等。
　　⑶中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。
　　⑷中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》(GBJ50007-2002)。
　　⑸《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）。
　　⑹宝冶企标《建筑地基基础工程施工规范》（Q/BYJ-JAD126-2003）及其它有关规范及规程。
　　3 工程概况
　　本工程由友达光电(苏州)有限公司投资建造，位于苏州工业园区现代大道南，由主楼(分为三塔楼)、裙房及四幢别墅组成。本次论述对象为其中的主楼及裙房的地下室基坑，该工程地上15层，地下2层。
　　本工程基坑南侧为胜天路，该侧场地围墙、人行道外边线距离基坑边轴线分别为8.6m、14.2m；基坑东侧为南施街，该侧场地围墙、人行道外边线距离基坑边轴线分别为23.5m、26.1m；基坑西侧为一条施工通道，道路边线距离地下室边轴线最近处仅为8.0m，道路宽7.0m；基坑北侧为进出生活区的人行道，道路边线距离地下室边轴线12.5m，道路宽4.0m。另外基坑北侧距离本场地30m 以外有一条东西向河道，河水水位比较高。基坑东侧、南侧有市政管线距离本基坑相对较近。
　　4 工程地质概况
　　4.1 根据勘察报告，基坑开挖影响范围内的土层分布依次为：
　　①素填土：灰褐色，稍密。
　　②淤泥：灰色，饱和，流塑。
　　③粘土：灰黄~褐黄色，可塑。
　　④粉质粘土：灰黄色，可塑，局部软塑。
　　⑤粉质粘土：灰色，软塑，局部流塑。
　　⑥粉质粘土夹粉土：灰色，软塑，局部流塑。
　　⑦粉土：灰色，湿~很湿，中密，局部稍密。
　　⑧粉质粘土：灰色，软塑，局部流塑。
　　4.2 下表为各土层的物理力学性质指标

　　4.3 本场地下水主要有
　　4.3.1 潜水含水层
　　赋存于地表人工填土、粘性土裂隙中，其水量较小，其主要补给来源为大气降水垂直入渗补给和周边河流侧向补给；以地面蒸发及河流侧向迳流为主要排泄方式。其水位常略高于当地河水位，年升降与降水量直接相关，一般为地表下1.0～1.5m。
　　4.3.2 微承压含水层
　　存于⑧粉土中，其含水层顶板标高为-11.50～-9.65m，厚度1.10～3.30m，其富水性和透水性均一般。勘探期间测得微承压水初见水位标高为-2.74～-1.96m，稳定水位标高为1.26～1.70；其主要补给来源为周边河流侧向补给及大气降水垂直入渗补给，以民井抽取及侧向迳流主要排泄方式。场地内地下水对混凝土无腐蚀性。
　　5 围护方案选择
　　5.1 基坑情况分析
　　综合场地地理位置、土质条件、基坑开挖深度和周围环境条件，本基坑围护具有如下特点：
　　⑴本工程场地比较开阔，具备放坡的条件。
　　⑵基坑开挖深度较大，到底板的开挖深度为5.30m，如果考虑围墙外的高差，则到板底开挖深度达7.5m，围护方案选择时应考虑基坑本身安全。
　　⑶基坑下部土层透水性较好，场地北侧有一条东西向河道，基坑开挖时应考虑相应的降水或止水措施。
　　⑷本基坑开挖刚好经历本年度平均雨季。
　　5.2 方案分析
　　针对本工程上述特点，对本工程基坑支护可选方案作如下分析：
　　⑴放坡开挖
　　该场地比较开阔，具备放坡的条件，基坑开挖深度较浅时采用该方案是比较经济可行的。但本工程开挖深度较大且开挖期间刚好经历雨季，采用放坡开挖位移很难控制，且本工程采用预应力管桩作工程桩，一旦土体出现较大位移，小则工程桩偏位，大则出现工程桩断裂甚至人员安全事故。采用该方案安全性差。
　　⑵土钉墙支护
　　土钉墙围护结构型式具有如下特点：
　　①基坑开挖作业面宽敞，施工速度快，施工工期短。由于基坑内无支撑等障碍物，基坑开挖时能全面铺开作业，大型施工挖土机具、运输车辆均能直接下坑作业。土钉墙施工与基坑挖土同时进行，交叉作业，边开挖边支护。
　　②土钉墙施工设备轻便、方法简单、对场地适应性强，无需大型复杂设备，施工所占场地小。
　　③土钉墙围护结构有较好柔性，自重轻，能承受较大变形，具有良好抗动荷载的能力，坡顶还可兼作轻质堆场。
　　④土钉墙围护结构通过对原位土体加固、充分利用原位土体的自稳能力进行支护，大幅降低了围护造价，节约费用20%～50%。
　　⑤在基坑开挖过程中，可根据现场情况和监测数据，随时调整土钉各参数，随时可以采取补强加固措施，以保证基坑顺利开挖和周边环境的安全。
　　⑶基坑降（止）水
　　本场地地下水位比较高，下部土层渗透性较好，如不采取有效的降水措施，将会造成流砂或管涌现象，另外坑底如不进行降水处理，基础工程也无法施工，根据附近类似的工程施工经验，基坑四周采用轻型井点降水、坑内采用简易集水井抽水是比较经济合理的方案，考虑到场地北侧有一条河道，在该侧基坑一侧再增设一排集水井辅助降水，坑内挖土时还可根据实际情况增设明沟、简易集水坑方式排水。
　　5.3 本工程采用的方案
　　经过上述分析，并经过设计院设计人员的验算，本工程地下室基坑开挖采用土钉墙支护是完全可行的，同时基坑四周布置井点降水，坑中央布置简易集水井抽水，施工过程中坑内视实际降水效果增减临时井点。
　　由于该支护的特点是边开挖边支护，分层开挖，分层支护，所以要求土方开挖必须和支护施工密切配合，严格做到开挖一层、支护一层，严禁超挖，土方按护坡挖土技术交底开挖并修坡，应保证坡面平整。为保证护壁跟边坡的整体稳定性，整个基坑边坡从上到下全部采用土钉墙锚杆护壁。
　　本工程采用1：0.5进行放坡，其中选3-3剖面为例。土钉全部采用钢管土钉，土钉倾角为150，土钉长度及竖向间距（如图2所示）。水平间距1000mm，面层混凝土板墙厚度为100mm，强度等级为C20，内配Φ6.5@200钢筋网，有土钉处沿横向配置2Φ16同长加强筋（纵向配置2Φ20，L=200mm）。（如图3所示）

　　6 施工工艺
　　6.1 施工工艺流程
　　土方开挖—基坑边坡修整—放点—成孔（钻孔）—放入锚筋及注浆管—注浆
　　—设置泄水孔—墙面布筋—喷射混凝土—养护。
　　6.2 钻机定位成孔
　　成孔设备采用7655气腿式凿岩机。基坑采用分层开挖的方式，挖完第一层后设备立即进场进行土钉施工，避免土坡暴露时间过长。
　　6.3 土钉锚钉的安装与孔内注浆
　　土钉全部采用钢管土钉，长度L=6000~9000mm。钢管前端封闭，从离开坑壁2.0m的位置开始每隔0.3～0.5m旋转90度设Φ8圆孔一个直至管底。土钉注浆采用纯水泥浆，水灰比0.5，注浆终孔压力不小于0.4MPa，注浆前应进行清孔，清除管内的砂土。
　　6.4 锚固端处理与喷射混凝土板墙
　　有土钉处沿横向配置2Φ16同长加强筋（纵向配置2Φ20，L=200mm）。如图4所示。

　　喷射混凝土配合比为水泥:石子:中砂＝1:2:2，内掺速凝剂及早强剂，要求混凝土强度达C20 以上。喷射前，先在边壁面上垂直打入短钢筋段作为标志，以保证施工时的喷射混凝土厚度达到规定值。钢筋网在喷射一层砼后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20mm，本工程第一次喷射混凝土厚度为400mm，然后铺设钢筋网，钢筋网与土钉通过加强筋连接，之后喷射第二层混凝土面层。在继续下步喷射混凝土工作时要求工人仔细清除预留施工缝结合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，待混凝土终凝后2小时，立即开始连续喷水养护5～7天。
　　6.5 排水系统的设置
　　本工程采用轻型井点降水，井点管间距1.2m，管长6.0m，滤管长度1.2m，60m总管为一组。井点采用冲孔埋设，冲孔直径不小于300mm，孔下部用加工砂回填，上部1.0m用粘性土封闭。井点系统在正式抽水前应进行试抽水至清水，现场应配备双路供电（或自备发电机，有效总功率应满足全部井点功率总和）以保证降水的连续性，断电时间不得大于0.5小时。
　　基坑四周设置互通的300×300mm(H)地面排水沟，排水沟每隔40m设一只1.0×1.0×1.5m(H)沉淀池，将地面雨水、施工废水沉淀后，排入城市下水管网。
　　7 施工质量要求
　　⑴认真讨论支护技术方案，做好向施工人员技术交底工作，使其明确施工工艺、技术要领和质量标准。
　　⑵对锚杆的安装、注浆、喷砼、焊结等关键工序实行工程技术人员跟班作业，确保质量符合设计要求。
　　⑶施工前应调查场地内的地下障碍物情况、场地周边环境情况以及复核场地标高，如有异常情况应及时与设计联系。
　　⑷开挖出作业面后，应立即进行土钉墙支护作业(坑壁暴露时间不得超过12小时)。上层土钉施工完毕后，待上层土钉浆体喷射砼面达到设计强度70%后方可开挖下层土方，最后一层土钉施工完毕，必须立即施工地下室垫层，垫层应铺至支护结构坡脚。
　　⑸实行全面质量管理，对每一道工序严把质量关，符合以下质量标准：
　　①基坑必须分层分段开挖，考虑可能的连续雨天，每层开挖深度限制在锚杆排距加0.3m，逐层开挖逐层支护，开挖深度要根据图纸设计要求进行复核。分段开挖长度一般每段不得超过20m，开挖时应采用间隔开挖的方式进行。
　　②凿孔：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，成孔采用锚杆钻机，成孔中严格按操作规程钻进，孔径允许误差±10mm，成孔偏斜度不大于30％、倾角偏差±5%，孔深允许偏差为±50mm。终孔后，应及时安设土钉，以防止塌孔。
　　③挂钢筋网：网格允许误差±20mm，经、纬筋搭接点用扎丝扎牢。
　　④搅拌浆液：严格按设计要求0.5的水灰比配料，搅拌均匀。
　　⑤注浆作业：按照设计要求，注浆采水灰比为0.5的纯水泥浆。注浆终空压力不小于0.4MPa,并根据试验锚杆由设计单位确定注浆技术质量要求。注浆前，将孔内残留及松动的废土清理干净，注浆开始或中途停止不能超过30分钟，达到孔口稍有溢流现象时，即行堵口封死。
　　⑥喷砼：严格按设计要求比例配料搅拌均匀，喷砼时喷浆手要垂直层面喷，喷射作业应按分段分片依次进行，同一分段喷射顺序应自下而上，注意观察料的水量（不得有干料现象）和回弹情况，及时调整喷浆水量和距离，抽取砼试块。严格掌握喷层厚度，表面平整度要求±30mm。喷砼前，埋设好喷射砼厚度的标志，由专人负责检查土钉制作、注浆、挂网等质量是否符合设计要求，下达喷砼指令后才能开始喷砼。
　　⑦降雨量过大引起基坑坍塌的预防措施：基坑的周边设置排水沟，作为通常情况下的排水设施。施工现场仓库配备足够数量的潜水泵、泥浆泵。及时获取天气信息，预先做好准备工作。加强排水系统的能力，并加强管理保持其畅通。
　　8 支护结构的监测
　　基坑工程除进行安全可靠的围护体系设计、施工外，尚应进行现场监测，作到信息化施工。
　　基坑围护体系随着开挖深度增加必然会产生侧向变位，关键是侧向变位的发展趋势与控制。一般围护体系的破坏都是有预兆的，因而进行严密的基坑开挖监测非常重要。通过监测可及时了解围护体系的受力状况，可达到校正、修正设计和指挥现场施工的目的。本工程主要监测内容为：
　　基坑周边道路以及周边建筑物(构筑物)的沉降监测。监测过程从降水开始至回填结束。每天监测一次。
　　9 应急措施
　　⑴如地面出现裂缝，应及时灌浆修补，防止地表水渗入。
　　⑵发现土体位移过大，应马上停止挖土，现场根据需要采取回填土等措施，同时加密监测频率，以便根据监测数据及时采取加固等措施。
　　⑶若出现支护边坡严重漏水情况，应马上回填土，并采用压力注浆止水，再挂网喷浆加固或增加临时井点。
　　10 结 论
　　本工程深基坑土钉支护自2005年5月初开始施工，6月底完成。7月中旬经业主、监理、质监站等多方共同抽样检测，各项质量符合设计要求。
　　本文以友达光电(苏州)有限公司干部宿舍新建工程公寓楼地下室基坑土钉墙支护为例，详细阐述了土钉墙的施工工艺。目前深基坑土钉支护工程有很多方法，影响土钉支护结构稳定性的因素也很多，如土体含水量状态的变化对其抗剪强度的影响、土钉长度的布置方式、地震动力作用等，如何选取一种在经济上合理、技术上可行的支护方案，还必须充分考虑施工现场的环境、工程地质条件以及具体的工程要求，本文根据具体工程地质条件，提出合理的支护方案，为类似基坑支护设计提供了借鉴。
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