刘璐

浙江省嘉兴东方钢帘线有限公司管理部 邮编314003

土钉喷锚在深基坑围护施工中的应用

刘璐

浙江省嘉兴东方钢帘线有限公司管理部 邮编314003

本文通过对“大连实德高新技术产业园2#厂房水池、水泵房工程”中深基坑土钉喷锚围护的施工，对土钉喷锚围护施工的过程、施工方法进行阐述，对土钉喷锚在深基坑围护中的应用提供一些参考的实际施工经验。

工程概况；地质条件；基坑；土钉喷锚；监测应急

一、工程概况

1、基坑概况

水泵房位于挤出车间44～46/B～D轴的位置，其东面是1000立方米水池。水泵房与水池的轴线距离为2500mm，为此决定同时开挖。水泵房、水池基坑呈T形，长约55m，宽约52m，自然地面相对标高为-0.30m，基坑开挖深度考虑到地梁垫层底标高为-6.05m，基坑开挖较深，大面积开挖深度为5.75m。

2、周边环境

水泵房与水池的基坑位于厂房挤出车间的东面，挤出车间的基础从西面延伸到水泵房，刚好落在水泵房的侧壁上，考虑到开挖放坡要求，此段的基础等基坑回填后再施工。基坑的北面是已修建到结构两层的混料车间，离基坑开挖底边线7m的垂直距离。基坑的东面、南面均为道路，临时路基且距基坑约有10m左右，因此基坑的开挖放坡面足够，对路基的影响也不会很大。具体位置详见基坑围护平面图（附图1）。

3、地质条件

3.1、地质条件

根据西北综合勘察研究设计院提供的工程地质勘察报告，地质资料显示，标高-10m以上为灰色粉质黏土，褐黄色粉质黏土，能满足土钉围护施工要求。

3.2、地下水状况

经勘察查明，地下水类型主要为浅部潜水，受大气降水补给，地下水埋深在0.45～1.85m之间，地下水对混凝土无侵蚀性。

4、围护结构要求

根据以上基坑的概况、周边环境和工程的地质条件，本工程决定采用单一的土钉墙喷锚围护结构。

具体位置详见基坑围护剖面图（附图2）。

5、施工要求

5.1、人工配合机械开挖，按设计坡度进行放坡开挖。

5.2、土钉设置

采用锚管式土钉，钢管为φ48×3.5，管头部封闭，管身设置注浆孔。土钉下倾角100、150，竖向间距0.6～1.2m，水平间距1.2m。土钉长度、锁定及设置详见附图2、3。

注浆采用纯水泥浆，注浆压力保持在0.5～0.7MPa，水泥浆水灰比为0.5。

5.3、混凝土面层

钢筋网为φ6.5@200双向，骨架钢筋为φ12横向连接；采用C20喷射混凝土了，混凝土面层厚80mm，配合比为水泥：石子：砂=1:2:2（重量比），石子粒径5～10mm。

6、工期与质量要求

基坑土钉墙围护工程施工计划工期45天。工程质量应确保围护工程结构可靠，基坑边线与底标高应符合设计要求和规范规定，预留工作面应满足土建工程施工需要。

二、施工准备

1、组织准备

（1）成立项目经理部，建立项目管理机构。

（2）选择技术骨干，组织劳务队及时进场。

2、技术准备

（1）根据施工图、地质报告、合同，在开工前完成施工组织设计的编制工作。

（2）认真进行图纸会审，与业主履行必要的围护平面图的审核手续。项目经理应组织技术人员、施工人员，由工程师进行技术交底、施工组织设计交底和施工承包合同交底，进行质量、安全和文明施工教育。

（3）及时进行必要的材料试验。

3、现场准备

（1）平整作业场地和临设场地，接通电源、水源。

（2）排水系统设置：基坑四周支护范围内的地表应加以修整，构筑排水土沟，并在靠近坡顶宽1m的地面可适当垫高，里高外低，便于径流远离基坑。

（3）放线：与甲方履行正规的测量基准点资料和桩点的交接手续，设置测量控制点，测定围护边线与桩位。控制点应不受施工影响。

（4）摸清施工障碍物，尤其要摸清地下施工障碍物，以便采取措施，防止发生施工事故。

4、物资准备

（1）落实并组织施工机具进场。

（2）组织货源，按施工进度要求及时进料。

三、施工顺序

本工程应按如下顺序组织施工：

（1）按平面图放线。

（2）逐层开挖土钉作业面，逐层施工土钉，相继喷射混凝土面层。

（3）挖除中心岛并同步施工基坑垫层、承台砖模。

四、土钉喷锚施工

（一）、施工流程

开挖工作面，随即进行工作面修整→设置临时排水系统（在开挖和设置土钉过程中穿插施工）→设置土钉→铺设、固定钢筋网→喷射混凝土面层→注浆。

土钉施工时先施工道口处土钉，同时另设一个6～8m的汽车临时通道，待道口处土钉墙施工完毕回填后作为汽车的运土的正式通道。

（二）、土钉喷锚施工方法

1、土方开挖

（1）开挖顺序

工作面开挖应遵循下列原则：

1）分层分段开挖，每段长度6～10m，有建筑物处每段控制在3～4m。

2）先开挖道口工作面，待道口土钉完成后再开挖其余部分的工作面。

（2）分层开挖

第一层：开挖至-2.5m，按1:0.33、1:0.6放坡,坡顶尺寸见附图1。

第二层：开挖至-4.25m，按1:0.6放坡,坡顶尺寸见附图1。

第三层：开挖至-6.00m，按1:0.6放坡,坡顶尺寸见附图1。

第二层坡顶留有1.5m的马道。

1）土方开挖应与设置土钉相协调，应按设计规定的分层开挖深度（即土钉竖向距离）和设置土钉的施工顺序分段进行。

2）为确保工程质量，上层作业面的土钉与混凝土面层未完成不得进行下一层深度的基坑开挖。最后一层土钉完工并初凝至质量验收后方可进行中心岛的开挖。

3）修坡边

采取任何开挖手段开挖，严禁边壁超挖或松动边壁土体。基坑边壁得用铲锹人工切削修坡，保证边壁平整并符合规定的坡度。

4）边壁土体暴露时间不得超过规定时限。对于自稳能力差的土体如高含水量的黏性土和无天然黏结力的砂土应立即进行支护。

2、施工排水

为方便施工、保证基坑安全，应采用临时排水措施排除地表水和基坑作业面积水。排水措施包括地表排水，支护内部排水，以及基坑排水，以避免土体处于饱和状态并减轻作用于面层上的静水压力。

（1）地表排水：在基坑外边1000mm设置500mm宽排水土沟，使雨水往基坑外流入排水沟内排走。

（2）支护内部排水：在支护面层背部应插入长度为40～60cm、直径不小于4cm的排水管，以便将喷射混凝土面层后的积水排出。

（3）基坑排水：为了排除集积在工作面的渗水和雨水，可在土钉工作面内设置临时排水沟和集水坑，排水沟要离开边壁0.5m，截面不应过大为200mm宽，沿基坑底周圈布置，在基坑角点设400×400集水坑深500mm，将排水沟的积水汇入坑内，并利用设计在西南端设置的1500×2000大集水井深1900mm，作为积水汇集点，坑、井内有积水时应及时抽出，此排水沟在做完最后一排土钉后，由土建单位做垫层时一起施工。

3、土钉设置

锚管土钉应按如下方法施工：

（1）孔位定位

土钉施工前，应先了解地下管线的分布情况，以便在土钉施打过程中避开管线。如在施工中锚管端部一旦碰到邻近建筑物的桩基时，应相应调整土钉位置和角度。

（2）锚管制作

1）锚管按设计长度下料后，锚入端应做成锥形锐角（详见附图3），并将缝隙焊死，防止锚进土层时泥水进入锚管。当锚管杆休需要加长时，接头采用闪光对焊焊接（详见附图3）。

2）锚管注浆孔按双向每隔0.6m设置，锚管离基坑边壁2.5m内不设注浆孔，注浆孔直径为5～10mm。所有注浆孔面积总和不宜超过锚管口径面积的30%。

3）在注浆孔处宜用钢板焊上倒刺（详见附图3），规格L80mm×35mm，防止钢管锚入时泥土堵住注浆孔。

（3）锚入锚管

使用手持式冲击锤将锚管锚入土体，施工时应控制其定位和倾角误差在设计要求和规范规定的允许范围内。锚管置入后应即注浆并及时封闭，防止水土流失妨碍土体稳定。

（4）锚管头部的焊接

锚管土钉设置后，应将锚管头部、衬垫、联系钢筋、钢筋网片用电焊相互焊牢（详见附图3），并及时喷射混凝土面层。

4、木桩设置

设置二排木桩，桩长6m，桩距600mm，排距800mm，梢径不小于100mm。

5、喷射混凝土面层

（1）网片制作

按设计要求制作钢筋网片，网片采用绑扎制作，网格允许偏差为±10mm。制作网片时，相邻两网筋接头应错开0.3m以上。

（2）网片铺设

网片应牢固地固定在边壁上，不应出现晃动。网片铺设时每边绑扎的搭接长度应不小于30cm。

（3）混凝土原料应符合质量要求

水泥：混凝土面层应使用符合要求的水泥，一般使用32.5级普通硅酸盐水泥。

砂料：使用中粗砂。

外加剂：为使喷射混凝土的初凝时间小于10min、终凝时间小于30min，可掺加3%的速凝剂（重量比）。

水：使用饮用的自来水，不得使用污水或pH值小于4的酸性水。

（4）应严格控制混凝土配比

严格按实验室出具的混凝土配合比通知单的配比制作混凝土。

（5）机具设置

为确保面层混凝土的喷射质量，按如下要求选择专用机具设备：

1）混凝土喷射机：喷射机的能力为3m3/h，输送最大料径为25mm，输料水平与垂直距离应满足施工需要，水平小于100m。

2）空压机：风量12m3/min。

3）输料管：承受1MPa的压力，并有良好的耐磨性能。

4）供水设备：保证喷头处的水压力达到0.20MPa。

5）在喷射混凝土前，应对上述机具设备及风、水、电路进行检查并进行试运转。

（6）喷射混凝土操作技术要求

喷射混凝土采用干喷法并应分片按自下而上的顺序进行，喷头与受喷面的距离宜控制在0.8～1.0m的范围内，射流应垂直指向喷射面。在土钉部位应从边壁开始喷射，防止出现空隙，可一次性喷射完成。在继续进行下步喷射混凝土时，应清除施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使接合面潮湿。

（7）喷射厚度应大于80mm。

6、注浆

（1）可采用低压（0.5～0.7MPa）方法注浆填孔，采用M15水泥砂浆。压力注浆时，为防止孔口漏浆，应在孔口部设置止浆塞，注满后立即封堵孔口。

（2）水泥浆的水灰比宜为0.5，并应加入1.8%的水玻璃（水泥比），以促进早凝和控制泌水。注浆的水泥用量每米锚管不小于20Kg，或以锚管周边土体溢浆为止。

（3）注浆的浆体经搅拌均匀后立即使用。开始注浆前、中途停顿或作业完毕后，必须用水冲洗管路。

7、中心岛开挖

本工程基坑开挖深度深，场地狭小，为确保围护结构安全，必须严格按施工组织设计的有关规定，及时开挖，按时完成。

由于本基坑开挖深度深，现有开挖机具不能一次开挖到底，所以采用液压反铲挖掘机分两层开挖，机械开挖至底板垫层标高以上0.3m，人工配合机械施工，随时清理机械施工预留土方，一次达到设计标高。

基坑内工程桩密布，一旦妨碍土钉施工时，应根据土钉施工的计划安排随时凿除桩头。中心岛开挖时，亦应随时凿除坑头桩头。

基坑暴露后，应在最短时间内完成垫层、承台砖模和底板混凝土施工。对于确保围护工程安全至关重要。因此要求应密切配合，一旦具备了作垫层的施工条件，应随时不间断的昼夜施工垫层，并应在基坑开挖工程完工2～3 天内完成全部垫层工程施工。

五、土钉抗拉拔试验

土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拉拔试验，应在专门设置的非工作钉上进行抗拔试验直至达到土钉抗拔力设计值，用来确定是否满足设计要求。

土钉施工数量取施工土钉总数的1%，最少不得少于3根。

土钉的锚固力不应小于25KN/m，杆体极限抗拉力不宜小于120KN，经试验：三根土钉当力加载到250KN后土钉的（拔出）位移均无超过2mm。

六、施工监测及应急措施

为确保施工安全和基坑开挖的顺利进行，从围护工程开始施工至水池、水泵房底板完工，应进行全过程的施工监测，以便及时掌握施工全过程围护结构、周围土体的受力与变形情况，及时掌握基坑开挖对周围环境，尤其对建筑物、道路的影响程度，以便在监测信息指导下，及时采取有效措施、调整施工方案，避免基坑开挖的重大事故发生，减少事故带来的经济损失和社会影响。

（一）监测内容

土钉围护的施工监测应包括如下内容：

（1）围护体的位移及沉降；

（2）地表开裂状态及周围环境变形；

（3）基坑渗漏和危及支护安全的水害来源。

（4）基坑底部土体有无隆起，围护外侧土体有无下沉。

（二）监测点的设置

（1）监测点、后视点、水准基点应设置在基坑施工影响范围外。

（2）沉降和位移监测点应设在基坑边壁和基坑底部，间距不宜大于30m。

（3）地表开裂，宜采用标记法进行观察和比较，有裂缝时，先测量其宽度并做好记录，然后用水泥浆灌实抹平，必要时可拍照留存。

（三）监测次数及方法

（1）在基坑开挖期间，每天监测次数一次为宜，当位移出现发展趋势或接近预警值时，应加大监测的频率。

（2）水池、水泵房底板完工后可减少监测次数，水池、水泵房侧墙完工后停止监测。

（3）位移观测用Et-02 电子经纬仪，沉降观测用精密水准仪，精度为标准二等水准。

（四）监测数据处理及反馈监测数据应即填入规定的表格，及时向项目经理报告，定期向业主和监理工程师报告。如发现数据明显变化或临近报警值时应即向项目经理、业主、监理工程师报告。

（五）报警值

根据设计规定，报警值如下：

（1）2-2 剖面坡顶水平累计位移40mm，连续3日位移速率大于3mm/d ，并且有发展趋势。

（2）其余剖面坡顶水平位移累计60mm，连续3日位移速率3mm/d 并且有发展趋势。

（3）地面沉降大于基坑开挖深度的1%。

当位移接近或达到预警值时，或建筑物底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆（如流沙、涌土、隆起、陷落等）时，应立即报警，确定可能采用的应急措施，排除险情。

（六）应急措施

1.由于基坑施工受各种客观因素的影响，可能会发生各种险情，为能及时排除险情确保安全，应采取如下应急措施：

（1）成立以项目经理为组长的监控小组，在土方开挖和土钉墙施工阶段进行24h 监控，监控内容包括：墙体水平位移，土钉墙结构变形，周边土体，道路及管线的变化。

（2）施工现场准备砂袋。

（3）当围护体位移超过预警值时，使用砂袋压载，防止支护结构位移的发展。

（4）当支护结构的位移增大时，必要时可使用挖土机迅速回填土方反压，以阻止位移的进一步发展，并在位移较大处设置超前支护，待稳定后方可继续开挖。

（5）当施工时遇上流沙等土层时，应先打入竖向注浆管进行加固，然后开挖。

2、为了确保安全施工，针对假设出现的几种险情，制订了如下应急措施：

（1）围护体滑移的应急措施

根据监测信息，如发现围护体位移超过容许值，应即采取如下措施阻止位移：

1）在坑内紧急垒堆砂袋或回填压载。

2）位移较大并有发展趋势时，可在坑内设置内撑。内撑可为水平撑或斜撑，可用型钢或坚固的木料支撑。

3）必要时可采取增加或加长水平土钉的措施，可酌情在松动的围护体内设置竖向土钉（注浆）。

（2）坑底土体隆起的应急措施

1）由于围护体滑移造成的坑内土体隆起，应采取处理围护体滑移的措施，同时用重物（叠袋、回填土）压制隆起的土体。

2）由于淤泥绕过围护体流向坑内造成的土体隆起，应在坑内利用重力压制隆起土体的同时，对围护体进行加固。设置竖向土体（注浆）加固围护体的有效措施。

（3）周边道路或地下管线破坏的应急措施

造成周边道路或地下管线破坏的直接原因就是围护结构位移或坑底土体隆起，因此防止发生此种情况的预防措施是：

1）加强施工监测，实行信息化施工。

2）发生围护位移或坑内土体隆起时，应即采取措施处理。

（4）地表裂缝的应急措施

1）及时查明地下裂缝原因，采取相应措施阻止裂缝的发展。

2）及时用浓水泥浆灌缝。

七、结论

通过上述施工所得结论如下：

基坑开挖采用边壁按一比例放坡，有效减少了土压力，增加土体的自稳时间，同时配合木桩的施工，有效地防止了基坑的滑移和隆起，使基坑有了较好的稳定性和整体性。特别是在与在建建筑物之间的基坑顶部增加了一排竖向土钉有效地防止了基坑的隆起和滑移。施工中的建筑物没有因基坑开挖而发生超出沉降的情况，而且工期、造价大大节省。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.032