张腾祚

中铁大桥局集团第一工程有限公司（450053）

土钉墙支护在粉砂层地质施工中的应用

张腾祚

中铁大桥局集团第一工程有限公司（450053）

以郑州市郑东新区前程路大桥为背景，阐述了粉砂层地质深基坑土钉墙支护的施工经验，提出了合理化建议，为土钉墙支护技术的应用与研究提供参考。

土钉墙；粉砂层；深基坑

0 引言

随着城市化进程的加快，高大建筑物的不断涌现，人们对地基深基坑施工也提出了更高的要求。土钉墙支护是近三十年发展起来的一种用于土体开挖和边坡稳定的新型挡土结构。土钉墙支护具有造价低、施工迅速、施工现场文明、机械设备轻型化、施工噪声小等优点，在基坑支护和边坡加固中得到广泛应用。土钉墙支护一般适用于土体有一定自稳能力的挡土结构，在分层开挖过程中能够保持边坡的暂时稳定，使土钉能够顺利设置。但是临界坡度较小，使土钉施工在粉砂土层基坑边坡支护中受到限制[1]。

1 工程简介及背景

郑州市郑东新区前程路大桥是一座设计新颖的城市景观桥，桥梁设计为三跨中承式拱桥，桥梁全长218 m，全宽58 m，跨径布置为：37.08 m+ 137.78 m+37.13 m=212 m。中跨桥面以上拱肋为钢结构，对应的主梁段也为钢结构，V墩及次边跨箱梁为混凝土结构，边跨为简支混凝土梁结构（如图1所示）。

图1 桥梁立面图

前程路桥横跨城市河道贾鲁河，贾鲁河上口宽60 m，河槽底宽约46 m，水深约5 m，防洪标准50年一遇。

桥位处地层以杂填土、粉砂、细砂为主。

全桥河道两岸有V型墩（主墩）承台4个，均位于河道两岸的滩地上，单个主墩承台尺寸32.96 m×21.54 m，高4.5 m，混凝土体积2 960 m3。承台基坑平均开挖深度约11 m，左右幅承台基坑整体开挖土方量约3.4万m3,地下水位在原地面下5 m处。

2 土钉墙支护方案的选定

前程路桥主墩承台基坑施工主要有以下几个特点：地质结构以粉砂和细砂为主，边坡防护存在难度；承台埋置较深，承台底位于原地面下11 m；承台体积大，开挖量大；地下水位较浅，开挖需降水；周边地理环境开阔，开挖运输便利。基于以上几点，通过几种方案比较，承台深基坑施工采用放坡开挖加土钉墙支护方案，左右幅承台基坑一次性开挖。

3 土钉墙支护方案的实施

3.1 方案设计及计算

考虑基坑与河道边线距离、地质情况及开挖土方量，结合规范要求，前程路桥主墩深基坑采用两级放坡开挖，开挖深度11 m，上层开挖高6.0 m，下层开挖高5.0 m，坡度均为1：0.7。上下层间设中央平台，宽2 m，基坑降水采用管井降水。

土钉选用HRB335级φ16或φ20钢筋，钻孔直径为120 mm，坡面网喷混凝土强度等级C25，厚度80 mm，坡面挂设钢筋网片采用HPBφ8钢筋网（如图2所示）。

边坡稳定安全系数按临时边坡、安全等级一级取值为1.25。采用理正深基坑支护结构设计软件F-SPW7.0PB1进行计算。经计算锚杆抗拔承载力、边坡整体稳定性均满足规范要求。

3.2 基坑开挖

由于上下游承台间隙较小，采取两个承台基坑连通一次性，分层开挖。

开挖顺序为,从基坑短边向桥中线方向挖进。先挖掘运输通道，再依次开挖第一台阶、第二台阶；每个台阶在开挖出相应的工作面后应组织对坑壁喷锚防护[2]。

图2 喷锚支护布置图

开挖机械主要采用挖掘机,基坑底部20 cm处，采用人工开挖并修整到设计标高。

3.3 土钉墙支护

1）钻孔注浆

基坑每一层台阶开挖出工作面后应立即组织土钉墙支护施工。

土钉锚孔主要采用钻机或洛阳铲成孔，钻孔间距及深度根据模型计算设计。钻孔应干钻，以确保土钉施工不影响边坡土体的工程地质条件，保证孔壁的黏结性能（如图3所示）。钻进过程中应关注每个孔的地层变化，如遇到特殊地质应做好现场施工记录，并调整钻压、钻速，防止钻孔扭曲和变径，造成意外事故。

图3 土钉与坡面连接图

安装土钉前应认真核对孔位编号，用钢尺量出孔外露出的钢杆长度，计算孔内钢筋长度（误差控制在±50 mm范围内），确保锚固长度。

土钉安放到位后，用高压搅拌注浆机对土钉孔逐个灌注水泥浆固化。

2）挂网喷护

施工步骤：清理开挖工作面→绑扎钢筋网片→喷射细石混凝土→养护→开挖下一层护坡。

边坡喷射细石混凝土前，按图纸要求做好各项准备工作。预先埋设控制喷射厚度的标志，坡面上挂设HPBφ8钢筋网，并与土钉焊接固定在一起。细石混凝土应掺入适量膨胀剂，喷射前先试喷，以确定合适的配比及施工方法。

喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上。钢筋网喷混凝土面层应向上翻过边坡顶部3.0 m，以形成护坡顶；向下伸至基坑底以下1.0 m，以形成护脚（如图4所示）。大面积喷细石混凝土，每隔20～25 m设置一道伸缩缝，缝宽20 mm。

图4 土钉与钢筋网片固定

喷射混凝土后应及时喷水养护，养护时间根据气温确定，夏季以3～7 d为宜。

新喷护面应远离开挖断面。网喷混凝土强度达到设计的70%后，方可进行下一层面的开挖。

3.4 基坑降、排水措施

降水井的设置应根据地质情况，选择经验渗透系数进行计算。基坑开挖前应先降水，将地下水位降至设计承台底下方不小于1 m。

为防止雨水对坡面的冲刷，应在基坑四周设置截水沟，在基坑底设置汇水井；在坡面喷射混凝土前按照相应间距埋设泄水管，以便排除土体内渗水。

3.5 基坑稳定性监测

深基坑监测可以有效判断基坑稳定性，为安全施工提供保障，在基坑开挖过程中至关重要。监测的主要内容有水平位移、竖向位移及地下水位等。监测方法主要有前方交会法、自由设站法、极坐标、几何水准法等。基坑监测应绘制详细的监测点布置图，制订监测方案，确定观测频率及变形报警值，并及时对监测数据进行分析。若发现监测数据异常或达到报警值，应立即停止开挖，分析原因并对施工方案进行必要的调整优化。

4 支护效果和评价

支护完成后，抽样选取5根土钉用穿心式千斤顶进行抗拔力试验，实测力值均满足方案设计。在前程路桥南岸深基坑施工中，遭受多次暴雨袭击,边坡都保持稳定,各项监测位移数据均未超过预警值。证明该土钉墙支护方案在前程路大桥粉砂层地质深基坑施工中应用是成功的。

5 粉砂层地质采用土钉墙支护的几点建议

粉砂层地质采用土钉墙支护，应采取有效的降排水措施，施工中经常观察地下水位变化情况，尤其在汛期、雨期应编制详细的应急预案。

粉砂层地质在采用土钉墙支护时应通过力学计算，确保经济可行。密度较小的中粗砂、砾砂及卵石层则不适用于土钉墙支护。

若基坑周边土地变形范围内有变形敏感的建筑物或地下管网设施时，则不宜采用土钉墙支护。

粉砂层地质土钉墙支护应重视基坑监测，编制详细的监控方案，确定监测频率和预警值。地基敏感土层应增大监测频率，施工中如发现监测数据异常，应立即停工，分析原因，防止安全事故。

6 结语

以上对土钉墙支护在粉砂层地质施工中的应用进行了理论和实践上的初步探讨。目前学术界对土钉墙支护有多种学术理论研究，但对于粉砂层地质土钉墙支护经验尚待完善。本文结合工程实例为桥梁粉砂层区域深基坑土钉墙支护施工提供了一定的经验参考。

[1]陈中颐,等.土力学[M].北京：清华大学出版社,2003(1).

[2]冯志众.土钉工作机理和土钉墙稳定性研究[D].西安建筑科技大学,2008(1)：3.