施工论文4906625954

复合土钉墙技术的探讨及应用赵勇刚（2010000548）【摘要】：介绍了复合土钉墙的4种主要模式，对它们的适用条件、设计计算方法及构造型式进行了论述，并结合工程实例，对复合土钉墙在复杂地质条件下的使用状况进行了阐述。【关键词】：复合土钉墙；基坑支护；土钉；锚杆；止水帷幕；微型桩Abstract:Inthepaper,fournewtypesofcompositesoilnailingwallsareintroduced.Thesecompositewallsincludecombinationsofsoilnailingwithprestressedanchors,withcut-offwall(deepmixingpilesorjetgroutingpiles)andprestressedanchors,withmicropilesandprestressedanchors,andwithprestressedanchors,cut-offwallandmicropiles.Conditionsunderwhicheachofthefourcombinationsisapplicablearestatedindetail.Designandmethodsusingacircularslidingsurfacetochecktheoverallstabilityandthemethodofpulloutresistanceofsoilnailingarepresented.Thestructuralcharacteristicsofsoilnail,cut-offwall,prestressedanchorandmicropilearealsointroduced.Finally,asuccessfulexampleusingcompositesoilnailingwallisdescribed.Inthisexample,thecompositesoilnailingwasusedasashoringsystemfordeepfoundationpitexcavationatasitewheredifficultgeologicalconditionsexist.Keywords：compositesoilnailingwalls；shoringsystemfordeepexcavation；soilnail；anchor；cut-offwall；micropile0.前言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。复合土钉墙是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，它是将土钉墙与深层搅拌桩、旋喷桩、各种微型桩、钢管土钉及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程条件多种组合，形成复合基坑支护的一种技术，它弥补了一般土钉墙的许多缺陷和使用限制，极大地扩展了土钉墙技术的应用范围。复合土钉墙技术具有安全可靠、造价低、工期短、使用范围广等特点，获得了越来越广泛的工程应用。1.土钉墙的应用领域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Ip20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。2.复合土钉墙的种类根据理论研究和工程实践，复合土钉墙主要有下列几种类型，见图。2.1土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆（图1（a））是应用最为广泛的一种复合土钉墙形式。由于降水经常引起基坑周围建筑、道路的沉降，造成环境破坏，引起纠纷。所以，一般情况下，基坑支护均设置止水帷幕。止水帷幕起止水和加固支护面的双重作用。止水帷幕可采用搅拌桩、旋喷桩及注浆等方法形成。由于搅拌桩止水帷幕效果好，造价便宜，所以在可能条件下均采用搅拌桩作为止水帷幕，只有在搅拌桩难以施工的地层使用旋喷桩。止水后土钉墙的变形一般较大，在基坑较深，变形要求严格的情况下，需要采用预应力锚杆限制土钉墙的位移，这样就形成了最为常用的复合土钉墙形式，即，土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆。这种形式之所以应用广泛，是因为它满足了大多数实际工程的需要。在设计中，根据基坑深度、工程地质及周边环境条件，计算选择这种复合土钉墙的各种参数。2.2土钉墙+预应力锚杆当地层条件为粘性土层和周边环境允许降水时，可不设置止水帷幕，但基坑较深及无放坡条件，采用土钉墙+预应力锚杆（图1（b））这种复合土钉墙形式，预应力锚杆加强土钉墙，限制土钉墙位移。2.3土钉墙+微型桩+预应力锚杆当基坑开挖线离红线和建筑物距离很近，且土质条件较差，开挖前需对开挖面进行加固，搅拌桩又无法施工时，采用土钉墙+微型桩+预应力锚杆（图1（c））这种复合土钉墙支护形式。微型桩常采用直径100~300mm的钻孔灌注桩、型钢桩、钢管桩以及木桩等，预应力锚杆加强土钉墙，限制土钉墙位移。2.4土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆当基坑深度较大，变形要求高，地质条件和环境条件复杂时，采用土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆（图1（d））这种复合土钉墙形式。这种支护形式常可代替桩锚支护结构或地下连续墙支护。在这种支护形式中，预应力锚杆一般2~3排，止水帷幕一般为旋喷桩或搅拌桩，微型桩直径较大或采用型钢桩。3.复合土钉墙的构造3.1止水帷幕复合土钉墙中经常用到止水帷幕，止水帷幕一般采用相互搭接的深层搅拌桩或高压旋喷桩，伸入基坑底部2~3m，并需要穿过强透水层，进入到不透水层1~2m。深层搅拌桩造价比较便宜，它适合于人工填土、一般粘性土和中粗砂以下的砂土地层。单头搅拌桩直径常采用500~600mm，间距400~450mm。当土质较差及水量较大时，可采用两排或三排搅拌桩形成止水帷幕并加固土体。新开发的多头大功率深层搅拌机，一般地层均可适用，扩大了搅拌桩帷幕的应用范围。高压旋喷桩造价较高，但它适用范围广，施工空间要求小，作止水帷幕时，一般地层均可适用。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，这样可降低工程造价，一般可满足实际工程的需要。复合土钉墙中的止水帷幕，除作止水功能外，常有加固地层和稳定开挖面的作用，所以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，并常选用早强型水泥品种，桩身强度一般可达到1~3MPa。3.2预应力锚杆在复合土钉墙的中部设置1~3排预应力锚杆，对土钉墙施加初始背拉力，可大大减少土钉墙的位移，提高工程的安全度，满足不同实际工程的需要。预应力锚杆可采用钢绞线预应力锚索和钢筋预应力锚杆，也可采用钢管预应力锚杆。锚杆锚头必须与喷射混凝土面层连接可靠，可设置承压板和喷射混凝土连梁，锚头承压板或连梁通过计算确定，保证足够的强度和刚度，将锚固力有效地传递到面层或土层中。复合土钉墙中预应力锚杆与桩锚体系中的预应力锚杆有所不同，设计荷载不宜过大，一般宜小于300kN。3.3土钉在复合土钉墙中除使用传统的钻孔注浆型土钉外，常常采用新型的打入注浆型钢管土钉，以解决在砂层或软土中土钉成孔问题和成孔穿透止水帷幕时的漏水问题。土钉长度一般6~12m，间距1~2m，其它的土钉构造及连接与普通土钉墙相同。4.4微型桩在实际工程中，常根据需要对土钉墙采取各种各样的加固措施，以增加结构安全性，微型桩是应用较多的加固方式，满足了不同工程的需要。微型桩常采用直径100~300mm的钻孔灌注桩，桩插入基坑底面以下2~3m。微型桩配置钢筋笼或型钢，配置型钢时，以16~22号工字钢应用最多。微型桩上常设置小型冠梁或连梁，将桩连接在一起，连梁上常设置预应力锚杆或土钉。复合土钉支护作用机理：体系的设计思路是通过土钉来调动土体浅部滑裂面外的潜能，通过预应力锚杆的预应力来渊动土体深部潜能，通过密排微型桩的被动挡土作用控制上层开挖过程中的侧向位移，将主动支护与被动支护有机地结合，大大提高边坡的稳定性，有效地控制开挖过程中的坡顶变形量；当边壁士体含水量较大时，网喷混凝土面层不易与土体粘结在一起，若喷层直接喷在水泥土搅拌桩或旋喷桩上，则很容易粘结在一起，水平土钉的压密注浆及二次压力灌浆，增强了土钉的抗拔力，由于浆液的渗透，同时对土体有加固作用，对抵抗基底隆起、管涌等起重要作用；预应力锚杆设置在较好的土层中或设置在估算的滑移面以外，通过预加应力限制基坑的位移，把土压力荷载传递到深部的稳定地层中，调动深部稳定地层的潜能，使土钉支护体系、锚杆、深部稳定土层紧密联系在一起，共同承受荷载，使边壁稳定并减小位移；在土钉与止水帷幕复合支护中，搅拌桩的水泥掺量较常规搅拌桩或旋喷桩高，并常选用早强型水泥品种，桩身强度一般可达l～3MPa，除止水功能外，常有加固地层和稳定开挖面的作用；在土钉与桩锚复合支护体系中，桩间土钉的作用之一就是承受一部分土压力荷载，稳定桩问的局部土体；超前加固大大提高了边坡开挖过程中的稳定性，有效控制了开挖过程中的坡顶变形量。4.工程实例4.1工程概况畔山花园位于深圳市福田区彩田路[3]，地下3层，地上34层，总建筑面积96000m2，其中地下室建筑面积为18000m2。基坑开挖轮廓（长×宽）为92m×73m，开挖深度约11.65m。4.2地质条件及周围环境该基坑开挖范围内自上而下主要地层有：人工回填土，埋藏植物层，淤泥质粘土，粉质粘土，粗砾砂，残积粘土层等。基坑东侧和南侧有较密的管网和重要交通道路，特别是南侧，道路下有煤气管，排洪沟，上，下水管等7种管线，离基坑最近处只有2m。北侧相邻建筑为沉管灌注桩基础，西侧为待建小区道路。4.3支护方案根据地质和周边工程条件，基坑支护南、北、东3面采用复合土钉墙第一种模式，即单排深层搅拌桩止水帷幕+土钉墙+预应力锚杆，其中南侧为保护坑边煤气管，在长约36m的地下车道处（坑壁距煤气管约3m）增加了一排型钢微型桩，即采用复合土钉墙第4种模式。支护参数为，深层搅拌桩φ500@400，桩长14m；土钉设置7排，长度10~12m,采用打入式高压注浆钢管土钉（φ48、δ3.5）；预应力锚索设置两排，长16~18m，由3根φj15钢绞线组成；微型桩直径φ250，配置型钢为18a工字钢；基坑西侧为普通土钉墙，并设有5口降水井。基坑东侧支护典型剖面如图4所示。4.4施工与监测情况该基坑于1999年6~8月完成基坑开挖和支护工作。施工期间进行了较全面的工程监测，包括基坑周边水平位移，坡顶和邻近道路的沉降观测，地下水位观测，坡体位移观测（用测斜管测斜）。根据监测结果，至1999年8月底，基坑周边位移多数点在40mm以下，少数点达到50~60mm；沉降值多数点在30mm范围内，特别是在管线密集的东侧和南侧沉降值基本在20mm以下。坡体位移观测南侧较大位移部位在地下4.5~8.0m，位移值27~28mm；东侧最大位移在地面下4.5~9.0m，位移值在41~43mm之间。总之，基坑稳定情况良好。监测也发现，在台风和暴雨以及西侧修路、挖沟、积水对边坡部分测点位移有明显影响。5.结论经过几年的理论研究和工程实践，发展了多种组合形式