浅谈土钉墙及基坑事故原因及解决措施(原版)

目录一、前言二、发展简史和研究现状三、土钉支护的概念四、土钉支护技术适用范围及支护优缺点五、土钉墙基坑支护技术施工工艺与监测六、土钉支护的防水七、复合土钉支护技术八、土钉基坑支护常见问题及处理方法九、基坑工程事故问题原因分析及防范措施十、基坑安全督查要点一、前言岩土工程是近几十年来根据工程实际要求而逐渐发展起来的一门具有综合专业性技术的学科。而基坑支护工程又是岩土工程逐渐发展出来的一个分支学科，并且在工程实践的推动下，基坑支护工程在学术界亦形成了一门新兴的学科。基坑支护工程主要是指建筑物或构筑物的地下基础部分在施工过程中需要开挖，并且进行降水和基坑边坡的支护，保证在基坑开挖和施工的过程中，基坑周围的建筑物、构筑物的沉降在安全范围内，以及地下管线正常运行，确保基础部分在开挖和支护的过程中能够安全施工的一项综合性工程。基坑支护工程是地下基础施工中内容丰富且富于变化的领域，也是一项风险性很高的支护工程。作为一门综合性很强的新兴学科，它基本涉及了土木工程领域的全部学科内容，包括土力学，材料力学，结构力学，环境岩土工程学，基础工程学等等。基坑支护工程大多是随着开挖过程而临时在基坑边坡上进行支护，降雨、地震地下水以及坡顶荷载等因素都会影响基坑支护工程的效果，因此基坑支护工程是一门需要考虑很多外界影响因素的综合性系统工程。从支护结构受力的角度对支护结构进行划分：1、被动受力的支护结构被动受力的支护结构具有的特点是，基坑开挖过程中的支护结构能有效地利用自己强度、刚度被动承受土体压，从而实现边坡稳定。当前，用得最多的被动受力支护方法通常是传统的支护技术，比如说人工挖孔桩，冲孔桩、地下连续墙等。2、主动受力的支护结构主动受力的支护结构具有的特点是，通过提升土体强度和稳定性，利用各种有效手段使得土体和支护结构形成共同受力体，从而实现边坡稳定。当前，用得最多的主动受力支护方法有土钉支护、搅拌桩支护等。3、组合形式的支护结构组合工程中同时使用第一第二种支护结构进行共同支护。该组合支护结构已经应用到了非常多的实际工程中并且取得了很好的支护效果，展现出了巨大的结构优势和发展潜力。人工挖孔桩土钉支护二、发展简史和研究现状土钉墙支护作为一种现代基坑支护技术，最早出现于20世纪70年代。它的出现与新奥法有着密切的关系，可以说是新奥法的延续。六十年代出现的新奥法在当时取得了很大的成功，并得到了广泛的应用，在大量的隧道工程实践中，人们尝试把新奥法沿用到岩土工程中，并采用将粘结型锚杆与喷射混凝土面层相结合的方法，于是为土钉技术的产生奠定了基础。在欧美一些国家土钉技术应用的较早，起初在德国和法国开始应用，七十年代法国首先进行了土钉墙方面的技术研究。1972年法国著名承包商将新奥法应用在凡尔塞附近一处铁路路基开挖工程中，他们将钢筋植入土中并结合了混凝土喷射面层作为临时支护，此案例具有详细记载并在当时取得了很大的成功，可称为土钉支护技术的典型。20世纪80年代，法国发展了一种新技术即高压喷射注浆击入钉，此外还有加筋土技术的应用。随后土钉支护技术慢慢成长起来并作为边坡加固和支护主要应用技术。美国最早是加州大学Davis分校对土钉和土锚杆进行了相关的基础性研究，其主要的研究工作有现场基坑工程的相关数据实测，进行土钉支护模型的室内离心机试验以及对土钉支护进行有限元分析等等。英国对于土钉支护结构也进行了非常多的研究，主要有土钉支护的理论设计分析方法，土钉和土体相互作用的试验研究等等。1、土钉支护技术在国外的发展概况2、土钉支护技术在我国的发展概况相对国外而言，国内对土钉和土锚杆支护方法的研究显得起步较晚。1980年，王步云首次成功的在实际工程中使用了土钉支护作为基坑支护形式。从此之后，土钉支护技术在我国的实际工程中的应用越来越多。同时土钉支护技术逐渐在多个主要的特大城市开始得以应用到实际工程中去。原冶金部建筑研究总院的程良奎教授和北京工业大学的孙家乐教授等，都是比较早展开对土钉和土锚杆支护的研究人员。除了以上所述的研究单位之外，近年来也由非常多的高等院校对土钉和土锚杆支护开展了相关的试验以及理论研究工作。3、国内外研究成果现状目前，国内外对于土钉支护技术的研究都取得了相关的研究成果，但是依然有部分的没有得到彻底解决的问题，比如说土钉支护结构的变形、混凝土支护面层所受到的土压力和土钉间距、土钉长度的影响关系以及最优土钉间距等等问题都没能得到很好解决。在土钉支护结构的设计方面，欧美发达国家均形成了比较完备的相关设计规范，但是我国还没有相关的国家规范出台。土钉的定义就是埋设与基坑施工现场的土体中,间距比较小，排列紧密的细长杆件，比如说钢筋或者钢管等，基本上土钉外层还需要裹上水泥砂浆或者是水泥净浆。三、土钉支护的概念土钉支护技术首先是以一定的倾斜角成孔，之后将钢筋或者是钢管放置于孔内，然后往其内灌浆，最后设置混凝土面层。通过这些措施使得土钉与被支护土体紧密相连，并且依赖二者的接触界面上的粘结力或者是相互的摩擦阻力，与周围的被支护土体共同作用以形成复合土体，通过提高被支护土体的岩土力学性能以及土钉的抗拔力,减小被支护土体的变形来达到对土体进行支护的最终目的。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012表3.3.2，单一土钉支护技术适用于地下水位以上或降水的非软土基坑，且基坑深度不宜大于12m,,邻近无重要建筑物、构筑物、重要交通干线或重要管线。四、土钉支护技术适用范围及支护优缺点1、土钉支护技术适用范围（1）土钉支护主要适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土（2）对于无胶结砂层、砂砾卵石层和淤泥质土，土钉成孔困难，不宜采用土钉支护（3）对于不能临时自稳的软弱土层，土钉支护的现场施工无法实现，因此也不能采用土钉支护2、土钉支护优点及局限性优点：（1）能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构不可分割的部分，安全系数较高（2）结构轻型，柔性大，有良好的抗震性能和延性（3）施工方便，速度快，不需单独占用场地，适用性非常好（4）施工设备简单轻便，不需大型的机具和复杂的工艺（5）进行土钉支护结构的施工所需要的工作面比较小，有利于在城市建筑比较密集的区域内施工（6）土钉支护的在造价方面可以比常规支护方法节约10％-30％的工程费用局限性：（1）要求土体在没有进行土钉设置之前必须能够自稳（2）施工现场必须要有足够的地下空间来进行土钉支护的设置（3）进行土钉支护碰到地下水位高于开挖面的情况时，首先要将地下水位降至基坑坑底以下，不然会出现水渗流的现象（4）一旦确定土钉支护作为建筑物的永久性结构来使用，必须对土钉的腐蚀做进行专项考虑并且进行单独设计根据《建筑施工土石方工程安全技术规范》JGJ180-2009里强制条文2.0.2条，土石方工程应编制专项施工安全方案，并应严格按照方案实施。根据住建部关于印发《危险性较大分布分项工程安全管理办法》中深基坑工程规定，开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程；开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑的土方开挖、支护、降水工程，这两种情况需要专家论证。五、土钉墙基坑支护技术施工工艺与监测1、施工前准备工作施工前的准备工作土钉墙基坑支护施工前应认真学习相关标准、规范,熟悉设计图纸,了解地下障碍物、管线位置。根据设计图、施工合同及现场情况编写施工专项方案,必要时应由专家进行论证。同时准备好施工机具设备,并检查设备运转情况,确保能正常使用和做好材料进场的检验与混凝土、水泥浆的试配工作。2、开挖修坡土钉墙施工时是按照分层分段施工的原则进行的，每一层的具体开挖深度是根据土体稳定性来决定的。当基坑土体属于砂土时，每层基坑开挖的高度通常为0.5~2.0m，当基坑土体属于粘性土时，基坑每层的开挖高度等于土钉竖向间距，取值通常是在1.0~2.5m之间。每段长度可取10~20m,具体依据设计规定的分层深度和分段距离。此外，还应按作业顺序施工,上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%后方可开挖下层土方。边坡修正依据《建筑工程土石方工程安全技术规范》JGJ180-2009中6.3.2（强制条文）基坑支护结构必须在达到设计强度要求的强度后，方可开挖下层土方，严禁提前开挖和超挖。同时，JGJ120-2012强条8.1.3也是如此规定。对于一般土层，土钉成孔一般宜采用洛阳铲成孔。3、初喷混凝土一般情况下，为了防止土体松弛和崩解，必须尽快做第一层喷射混凝土，根据地层的性质，可以再安设土钉之前做，也可以在放置土钉之后做。4、成孔首先进行成孔位置的定位并且利用白灰进行标记，施工过程中严格参照图纸进行施工。完成钻孔处理之后，立即对孔内进行清孔处理，如果孔内出现渗水或者是松土等现象，必须立即按照图纸说明进行处理，处理之后对出现问题的孔进行标记和记录。洛阳铲5、安土钉、注浆、安连接件土钉安装土钉钢筋采用螺纹钢,置入孔中前,应先设置定位支架,保证钢筋处于钻孔的中心部位,支架沿钉长的间距为2～3m,支架的构造应不妨碍注浆时浆液的自由流动。注浆土钉钢筋置入孔中后可采用重力低压或高压方法注浆填孔。水平孔应采用低压或高压方法注浆，注浆时应在钻孔口部设置止浆塞，注满后保持压力3~4min。其中重力注浆以满孔为止。注浆后土钉安装6、钢筋网绑扎及复喷安连接件土钉钢筋端部通过锁定筋与面层内的加强筋及钢筋网连接时,其相互之间应可靠焊牢。当采用钢管杆体时,钢管通过锁定筋与加强筋焊接,连接做法如下图所示。在注浆完成之后，依照设计要求，将一定直径的钢筋按一定网距通过焊接固定在坡面上。另外，对于较危险的坡面，需用金属（如槽钢等）将土钉和坡面连接在一起，进而使支护的强度加深。钢筋间距宜取150mm~250mm；钢筋网间的搭接长度应大于300mm；喷射作业时，喷头应与土钉墙面保持垂直，其距离宜为0.6m~1.0m；喷射作业应分段依次进行，同一分段内应自下而上均匀喷射，一次喷射厚度宜为30mm~80mm；喷射混凝土土钉钢筋：钢筋直径宜取16mm~32mm成孔直径宜取70mm~120mm土钉钢管：钢管外径不宜小于48mm，壁厚不宜小于3mm加强筋注意：大多数土钉墙发生的事故都是由于土钉与面层连接出现问题导致。施工应根据土方开挖情况、降水情况进行，开挖一步，支护一步，直至基坑底。此外，还应对土钉的抗拔承载力进行检测，当上层土钉注浆体及喷射混凝土面层强度达到设计值的70%或达到10MPa后，才可开挖下层土方以及进行下层土钉的施工。施工前设置位移观测点，施工期间应连续观测，直至施工完毕。施工前准备工作开挖放坡初喷混凝土成孔安装土钉注水泥浆编钢筋网喷混凝土《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497—2009）第3.0.3条规定：基坑施工前应由建设单位委托具备相应资质的第三方进行基坑监护检测。7、基坑监测基坑在施工过程中须进行基坑及周边建筑物的变形观测。变形观测应委托有相应资质的单位编制专项方案，经甲方、监理审核通过后方可进行变形观测。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012强条，安全等级为一级、二级的支护结构，在基坑开挖过程与支护结构使用期内，必须进行支护结构的水平位移监测和基坑开挖影响范围内建（构）筑物、地面的沉降监测。六、土钉支护的防水1、水对土体的作用（1）土体的含水量增加会使土体自重增加，土体的滑动力增大；（2）水的渗流会对边坡土体产生一定的动水压力，水压力主要增加了土体边坡的下滑力，使边坡稳定度降低；（3）土体受水渗入后软化，土体强度降低，从而减小了边坡的抗滑力；（4）使土钉的承载能力和对土的约束能力降低；2、土钉支护防水一般分类（1）地表防水要设置坡顶截水沟，目的是拦截边坡径流水，主要是拦截边坡地段以外的地表水流入边坡内，并且应尽快排除边坡范围内的雨水，同时引导地表水在边坡外的稳定处排走。边坡以外的地表水，以拦截和旁引为原则。（2）坡面泄水在边坡面层中可根据具体情况设置导流管，以