复合土钉支护技术在深基坑支护工程中的应用

2023.10.20

唐晓峰

摘要：复合土钉支护技术是将土钉墙与其他支护形式或施工措施联合应用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术。它将土钉墙与预应力锚杆等结合起来，使得土钉墙技术在深基坑中应用及垂直土钉墙成为现实，并改善了土钉墙支护形式变形较大的缺陷。本文主要介绍复合土钉支护技术在某科技大厦深基坑工程中的应用并结合工作实践中遇到的有关问题进行论述。

关键词：复合土钉；基坑支护；施工；预防措施

前言

深基坑支护工程影响整个工程的施工质量与安全。随着我国高层建筑的迅速发展，深基坑支护技术已成为建筑施工的一个难点、热点问题，广泛引起政府行政管理部门和设计、施工、监理、建设等单位的高度重视，并逐渐形成为地基基础的一个专门领域。

近年来随着深基坑开挖工程的逐渐增多，深基坑支护技术有了很大发展。在深基坑开挖工程中，复合土钉支护现已成为桩、墙、撑、锚支护之后又一项较为成熟的技术。其特点是，在土钉墙原位加固土体基础上，利用预应力锚杆把边坡侧土压力荷载传到滑移面之外的土体深部，以充足的锚固力，保证边坡的长期整体稳定性。使土钉墙技术的应用范围得到了拓宽。

1工程概况

某科技大厦工程主体地上十六层，裙房六层，均设三层地下室（近似正方形布置），主体建筑西侧、南侧分别为1＃、2#双层汽车坡道。该工程结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构，筏板基础，建筑面积71321.38m2,占地面积13877.80m2。基底标高－15.72m（局部－17.15 m）。

2场地工程地质与水文地质条件

2.1工程地质条件

该工程场地地貌单元属某河冲洪积扇中部，地形较平坦，地面绝对标高47.55m～48.57m。在钻探深度范围内地层按其成因类型与沉积年代分为人工堆积和第四纪沉积层两大类，地基土主要由人工填土及第四系冲洪积成因的粘土、重粉质粘土、粘质粉土、砂质粘土和砂性土及圆砾、卵石组成。地层由上而下为：

杂填土①；砂质粉土②：该层局部地段分布有粉质粘土②1；粉质粘土③：该层局部地段分布有粉细砂③1，砂质粉土③2；粉质粘土④；粉质粘土⑤：大部地段分布有砂质粉土⑤1；粉质粘土⑥：大部地段分布有粘土⑥1，粘质粉土⑥2；细中砂⑦；卵石⑧:个别地段分布粉质粘土⑧1，此层未揭穿，最大揭露厚度12.70m，钻至最低标高12.62m。

基础持力层涉及粉质粘土⑥层，粘土⑥1层，粘质粉土⑥2层。

2.2地下水特征

实测地下水两层。第一层属台地潜水，静止水位相应标高为42.07～43.20m（埋深4.60m～6.50m），主要接受大气了降水补给；第二层为第四纪孔隙潜水，静止水位相应标高为19.24～19.62m（埋深为28.10m～28.8m）。

该工程基坑降水由建设单位单独招标并先期施工，已降低水位至－18m，具备土方开挖条件。

3支护方案选择

3.1基坑周边环境

拟建场地为建设单位老厂区，地下范围内房屋基础、废弃管线较多，建筑场地的周边环境较复杂。基坑北侧开挖上口线外15 m远处为一单层厂房，西侧有天然气和热力等管线，西侧有一条高压线路，东侧、南侧紧邻城市道路；西侧基坑开挖范围内有一条废弃污水管线及污水泵房。

3.2支护方案确定

本工程开挖深度、面积均较大，根据基坑周边环境、工程地质与水文地质、施工季节等条件和同类工程施工经验，本着安全可靠、技术可行、经济合理的原则，通过对多种支护方案的分析、对比，确定本工程的基坑支护采用复全土钉支护技术。

该工程基坑侧壁安全等级按二级考虑，侧壁重要性系数取1.00。根据基坑外侧临建、相邻公路位置、荷载及基坑侧壁土层情况，按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120－99）有关规定，采用以分项系数表示的极限状态设计表达式，分别对基坑各侧壁进行支护结构设计。

以主体基坑支护设计为例：土钉钢筋采用Φ20～Φ25Ⅱ级钢筋，梅花形布置，水平间距1.2～1.5m，垂直间距1.0～1.4m，成孔直径110mm，入射角度10°，土钉长度10～13mm，共设9道；混凝土面层厚80～100mm,配置Φ[email protected]×200钢筋网，加强筋Φ16Ⅱ级钢筋；在槽深5.2m、9.3m处设两道预应力锚杆，材料为1－7Φ5钢绞线水平间距1.5m，成孔直径150mm，入射角度10°，锚杆长度分别为16m、15m，锚在18a槽钢腰梁上。

支护结构的稳定在很大程度上取决于施工方法、施工工序和施工进度。需要考虑的不利情况是：开挖到某一作业面的深度，但尚未能及时设置这一步的土钉或注浆强度未达到设计要求时。台地潜水深度范围内边坡的稳定施工时需要加强监控。最危险的阶段一般是开挖至坑底而最后一排土钉尚未设置时。综上所诉应根据施工期间不同开挖深度及基坑地面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳定性验算。

4 施工过程中预防措施

由于本基坑采用机械大开挖，所以施工过程中的及时快速支护对于基坑的稳定性具有极其重要的影响。土方施工必须与护坡施工及降排水密切配合。护坡施工要求必须分层分段的均衡开挖，现场设专人负责挖方与护坡施工的协调，控制每步的开挖深度和合理安排作业顺序，做到分层分段开挖并不间断地及时支护。做到每段开挖长度、每层开挖深度与土钉垂直间距相匹配，一则便于土钉施工，二则避免超挖造成边坡塌方。

锚杆、土钉与土体之间的界面粘结力是其抗力得以发挥作用的基础，应确保锚杆、土钉长度和注浆质量。土钉的开挖效应要求一排土钉设置后应停留一段时间，或使用早强剂、膨胀剂，使注浆体达到一定强度并与周围土体粘结牢固后，再进行下步开挖，这样不但使土钉的作用得以充分发挥，而且保证土钉支护边坡具有良好的工作性能，并处于稳定状态。

喷射混凝土可根据地层情况“先锚后喷”或“先喷后锚”（土质松剂散时），通过加速凝剂控制初凝和终凝时间，加快注浆和喷面混凝土早期强度的发展，保证土钉与喷锚面的牢固连接。

边坡支护的破坏是逐步发展的。基坑开挖与支护必须根据设计要求进行监测，重点监测边坡的垂直沉降和水平位移，注意观察土钉、锚杆端部附近的地表有无裂缝等，自始至终将施工过程与现场的测试监控相结合。

本工程基础较深，面积大，挖土时正值雨季，施工中要求密切注意边坡稳定情况。开挖前按方案要求布置好观测点，并测得初始值，基坑开挖及支护施工期间每天监测一次，当监测结果变化速率较大时，每天监测两次。当有事故征兆出现时，应连续监测。如发现异常变形，应立即停止基坑内作业，分析原因，采取增补锚杆、还土等加固措施，确保边坡安全。

基坑开挖要重点解决好基坑排水问题。为防止雨季降水或基坑侧壁渗水，基坑施工期间对工程周围的地表水，应采取有效的截水、排水、挡水措施，外延坡面1m抹平做散水面，防止地表水流入基坑内。施工中应对地质勘察资料作必要的复查与补充，减少因勘察资料不全或数据有误而导致的工期延误或损失。

本工程因上层滞水含水层渗透系数小，降水难度较大，易在坑壁形成一定的悬挂水，呈现出水点及渗水线，基坑开挖时，采用堵排措施予以解决，即在喷护混凝土面层内预埋塑料管将滞水导出坡面，排水管长0.5～1 m，根部加渗水孔并用麻丝与滤料填充。锚喷面深入基坑底200mm，在槽底坡角处设置排水沟、集水坑，用水泵抽排至槽顶排水管网中。

预应力锚杆：锚固段注浆强度大于15MPa并达到设计强度等级的75％后方可进行张拉，锚杆张拉顺序应考虑对邻近锚杆的影响。张拉分三级张拉，每一级要分别记录拉伸长度，张拉至设计值时，再次检查各连接点的情况，必要时应对节点进行加固，待额定压力稳定后锁定。

结束语

由于工程地质情况的复杂性和复合土钉支护技术设计的局限性，护坡设计和施工中难免存在不足之处，只有及时发现问题并采取相应措施调整支护结构做法，才能防止工程事故的发生。

本工程基坑深度大，场地狭小，基坑周围地下障碍物较多，地层土质比较复杂，这些都给设计和施工带来了很大困难。但通过严格的施工管理，通过大家共同努力，在挖土、护坡施工中针对出现的各种不利情况，及时采取切实可行的处理措施，圆满解决了施工中出现的各种难题，对周围地下管线及建筑物未造成任何影响，工程质量高、施工速度快，基坑安全稳定。复合土钉支护技术在本工程深基坑支护工程中应用取得成功。