中铁十局集团建筑工程有限公司
摘要：本文详细介绍了土钉墙支护在深基坑工程中的应用，列举了土钉墙支护结构的施工工艺，分析了深基坑检测的特点，并阐述了深基坑施工应注意的问题。
关键词：公建工程；深基坑；土钉墙支护；施工技术；检验与监测；质量管理
引言
随着城市建设和建筑行业的快速发展，城市高楼、人防工程、学校、医院、图书馆、城市地铁高铁车站等大型建设项目涉及到规模宏大的深基坑工程，深基坑的应用在现实生活中显得越来越重要。深基坑支护是为了挡水、截水、防止土体坍塌，保证坑底稳定，承担必要的施工荷载，保证地下结构工程的顺利施工。土钉墙支护结构，因其具有易于建造、价格低廉且能提供主体足够的施工空间等优势，已然成为深基坑工程的首选支护结构。在房建工程中，深基坑支护部分的施工对房建工程有着不可忽视的作用。随着基坑面积和深度的不断增大，整体的施工难度也相应增加。要想高质量、高水平地完成整体施工，需要相关施工人员和管理人员具备先进且高效的施工技术和管理水平。
1.工程概况及特点
张家口学院新校区地下人防工程基坑底标高-11.5m，自然地坪高度-1.35m，基坑实际开挖深度9.9m，据勘察报告，勘察钻孔内未见地下水。根据进行的张家口监测井实测地下水埋深57.0m，远大于场地勘察深度，可不考虑地下水对基坑开挖的影响。
①层粉土：褐黄色，新近沉积，为黄土状土，稍密～中密，稍湿～湿，含云母、氧化铁，属中～高压缩性土。该层表层大部分为耕植土层，厚度约0.3m。局部夹薄层粉质黏土。
①1层粉质黏土：黄褐色，为黄土状土，可塑～软塑状，属中～高压缩性土，厚度仅0.3-0.4m，部分钻孔揭露。
②层细砂：灰白色，稍密～中密，稍湿～湿，含5%至15%砾卵石成分，底部砾石含量较高，局部夹粉土薄层，砂质成分石英长石颗粒为主，级配较好。
③层粉土：褐黄色，中密～密实，湿，夹粉质黏土团块及砂质薄层，含小砾石，属中压缩性土。该层分布不均，局部缺失。
④层砾砂：灰白色，中密～密实，湿，砂质较纯，含约30～40%砾卵石，其母岩成分以花岗岩类为主，级配较好，钻进较困难。
2.基坑支护设计方案
⑴ 基坑侧壁安全等级及重要性系数的确定
根据拟建建筑物的周边环境及工程地质、水文地质条件，基坑侧壁安全等级确定为二级，基坑侧壁重要性系数取1.0。
⑵ 根据甲方提供设计图、基底标高及场地整平标高，开挖深度范围为9.9m。
⑶设计基坑顶部为局部荷载，超载值为30kPa，作用宽度15m，超载距离基坑2.0m。
共布设6道土钉。上部3.0m放坡1：0.8，中间设置1.0m平台，下部6.9m放坡比例为1：0.7，土钉孔径120mm，入射角度均为15度，梅花形布置。
土钉设计参数
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每层土钉用直径18mm钢筋横向连接，型号为HRB400，将土钉与水平压筋接牢固，使土钉与混凝土面层形成一个整体。
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坡面及平台采用挂钢筋网喷射混凝土的方式，钢筋网采用钢筋为直径8mm，型号为HPB300，间距180mm×180mm，坡面及翻边面层混凝土采用C20细石混凝土，采用32.5矿渣硅酸盐水泥，面层厚度为80mm。
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基坑顶设置排水沟，顶部排水沟与坡面混凝土连成一体，施工中需确保边坡不漏水、不渗水。在距坑边1000mm处设置宽240mm、高300mm的砖墙作为挡墙（防水沿），防止地面水流入基坑以及杂物落入。挡墙用砖砌筑而成，挡墙表面采用水泥砂浆抹面，砌筑及抹面用水泥砂浆强度等级为M15。
基坑及坡道临空面边缘搭设定型成品防护栏杆，护栏距坑边约1.5m，并设置醒目标志，以防止人或物坠落基坑。
3.工程难点及方案比选
深基坑开挖与边坡支护的重点在于基坑开挖的先后顺序及支护结构的变形观测。
开挖应分层进行且每层开挖深度控制在2m～2.5m，由于本地区地下粉土居多，土质稳定性差，沿基坑侧面每开挖出30m工作面时即开始进行边坡的修整及支护工作，减少边坡的暴露时间。
本工程基坑支护初步考虑支护方式为“局部放坡+钻孔灌注桩+锚索支护”和“放坡+土钉墙”支护两种，以下为两种方案的经济方面对比情况：
综上对比分析，采用土钉墙边坡支护方式能大大减少本工程的成本，因此确定本工程采用的边坡支护方式为放坡+土钉墙支护。
4.施工方案
本项目主要工序包括：测量放线、土方开挖、土钉施工、挂网喷砼、挡水墙施工、护栏搭设。土钉墙施工流程如下图：
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土钉墙施工工艺流程
4.1土方开挖
根据现场条件与工作内容，土方开挖与基坑支护穿插进行，其进度受基坑支护施工的制约。开挖分作业面开挖及中心岛开挖两部分进行，先进行支护施工作业面开挖，作业面标高按土钉或锚杆设计标高低50mm来考虑，按土钉道数分步开挖，以利于土钉施工及坡面喷护为原则。支护施工的过程中进行中心岛开挖，采用大开挖，每步开挖深度约2.5m，中心岛临时开挖坡率按1：1执行。
开挖分4步进行，剩余0.3m采用小挖机及人工进行清底，小型挖掘机作业时应尽量减少对下部土方扰动，如有必要应铺设钢板。土方开挖工艺流程如下：修筑施工便道及坡道→施工面分步开挖→收坡道。具体开挖方式如下图：
局部平面大样图 剖面图
4.2 土钉施工
4.2.1工艺流程
根据现场工程地质条件及设计要求，土钉施工采用锚杆机机械成孔施工工艺，工艺流程如下：测量放线→土钉制作→成孔→土钉安放→注浆→土钉与压筋焊接。
4.2.2测量放线
采用水准仪、钢卷尺等进行土钉放线确定钻孔位置，孔位误差不大于100mm。如遇特殊情况需要移孔位，应由项目总工审定。
4.2.3成孔
土钉采用锚杆机机械成孔，特殊部位如阴阳角处可采用人工成孔方式进行。土钉杆体长度不小于设计长度，孔径允许偏差+10mm～5mm，钻孔倾角误差不大于3°。在阴阳角区的土钉，施工时可适当调整入射角度。如成孔过程中出现掉落松散土时，应立即注入水泥浆进行护壁处理，并及时安置事先加工好的土钉主筋，并注浆。
土钉施工很多位于砂层中，砂性土易塌孔，给施工增加了难度。对易塌孔的松散土层，成孔困难时，采用注入水泥浆等方法进行护壁。
4.2.4土钉制作及安装
土钉钢筋制作应严格按施工图施工，使用前应调直并除锈去污。土钉原则采用通长筋不接驳，土钉钢筋采用型号为 18、 20两种。在土钉钢筋上设置对中支架，以确保钢筋在孔内居中，架高50mm，间距为2.0m，土钉端部伸出坡面长度20mm加压筋，压筋型号为 18。土钉端部并做成弯钩，弯钩长度为10d。
土钉安装之前进行隐蔽检查验收。安放时，应避免杆体扭压、弯曲，注浆管与土钉杆一起放入孔内，注浆管端部至孔底的距离不大于200mm，为保证注浆饱满，在孔口部位设置浆塞及排气管。
4.2.5水泥浆搅拌及压浆
注浆用水灰比0.5：1的纯水泥浆，水泥采用32.5矿渣水泥。理论注浆量为298 m3，现场控制注浆量不小于305m3。浆液使用3.5m3搅拌罐进行搅拌，单次搅拌量不超过2m3，水泥用量需严格计量。浆液由注浆胶管输送至土钉孔口进行注浆，注浆开始或中途停止超过30分钟，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路。待浆液满溢后，2h后进行补浆。土钉孔随施工完成随时进行注浆，以防止孔壁坍塌。
采用低压方法注浆填孔，注浆压力为0.2～0.4Mpa。注浆时采用底部注浆方式，注浆导管底端应先插入孔底，在注浆同时将导管以匀速缓慢撤出，保证孔中气体能全部逸出。
4.3 挂网喷砼
4.3.1 工艺流程
挂钢筋网喷浆支护施工工艺流程如下：
坡面修理→坡面挂网→喷射混凝土→洒水养护。
4.3.2 坡面修理
在土方开挖过程中应保持坡面的稳定。开挖过程中有的坡面松散且不平整，将松散的浮土清理干净，清理后使坡面平滑，对坡面局部不稳定处进行清刷或加固，保持坡面平缓过渡。
4.3.3坡面挂网
（1）基坑坡面挂网
本工程钢筋网采用φ8@180×180钢筋网。钢筋网按照每两层支护高度制作，根部纵向钢筋插入土中200mm左右，以便在下一层钢筋网片铺设时保证有200mm的搭接长度。钢筋网与受喷面的间隙为5cm。
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坡面挂网实例（图中为分段施工）
（2）翻边挂网
坡顶钢筋网由基坑坡面网延伸至坡顶翻边1000mm，并用 14的T型钢筋钉击入土中，将钢筋网片固定，并满足钢筋网与受喷面的间隙不小于5cm。钢筋钉长度为1.0m，固定水平间距为2.0m。
4.3.4喷射混凝土面层
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坡面喷射砼实例（顶部做好防护，防止骨料迸溅）
喷射作业前必须对机械设备，风、水管路和电线等进行全面检查及试运转；喷射混凝土之前，湿润土层表面，以确保喷射混凝土与土层之间的良好粘接；埋设控制喷射混凝土厚度的标志，以确保混凝土喷射的厚度；喷射作业应分段分片依次进行。
喷射的顺序自上而下；按地形条件和风向从左到右，或从右至左依次进行，射距在0.8～1.5m范围内，射流方向垂直于坡面。喷射混凝土时逐层逐块进行，先喷凹处及裂隙处再喷其他，喷枪缓缓移动，小圈转动使喷层均匀。
为保证施工时的喷射混凝土厚度达到规定的设计值，在边壁面上垂直打入8～10cm长的短钢筋作为标志，混凝土一次喷射而成，喷射混凝土终凝两小时后，应喷水养护。养护时间，一般工程不得少于14天，喷射时，应控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。面板砼强度等级为C20，喷层厚度80mm。
应进行土钉墙面层喷射混凝土的现场试块强度试验，每500m2喷射混凝土面积的试验数量不应少于一组，每组试块不应少于3个。
4.4 挡墙施工
第一步土方开挖完毕后进行挡墙施工。在距坑边1000mm处设置宽240mm、高300mm的砖墙作为挡墙（防水沿），防止地面水流入基坑以及杂物落入。挡墙用砖砌筑而成，挡墙表面采用水泥砂浆抹面，砌筑及抹面用水泥砂浆强度等级为M15。挡水墙上部设置0.06m厚C20砼压顶，用以固定防护栏杆，护栏0.9m高，防止人员及杂物掉入基坑内。挡水墙顶部及外侧涂刷黑黄警示线。
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基坑坡顶喷浆、挡墙及护栏施工实例
4.5 基坑内排水
根据勘察报告显示，基坑底地基土主要为砂土层，渗透性好，排水性良好，且施工期未在雨季，可不设置专门排水沟进行排水。
4.6 基坑监测
根据设计要求，检测内容主要包括：坡顶竖向位移及水平位移；地下管线位移监测。监测设计详见《监测点平面布置图》。基坑工程施工前，由建设单位委托具备相应资质的第三方对基坑工实施现场监测。监测单位应编制基坑监测专项方案。
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基坑变形观测实例
观测频率：当基坑开挖深度≤5m时监测频率1次/2d；开挖深度5～10m时监测频率1次/d；土方开挖完后基础底板浇筑7天内监测频率1次/2d，7～14天监测频率1次/3d，15天至建筑物出地面1次/5d。
报警值：
1）竖向位移：坡顶沉降控制在35mm，变化速率大于5mm/d或连续3d超过该值的70％。报警之后加密监测并及时反馈相关信息。
2）水平位移：坡顶水平位移量达到35mm，变化频率大于5mm/d或连续3d超过该值的70％。报警之后加密监测。
3）管线沉降：位移最大达到10mm或变化速率连续三天达到1mm/d时报警，报警之后加密监测。
在基坑施工和运营过程中，对基坑周边环境要定期巡视，以随时掌握基坑周边的环境状态。当出现下列情况之一时，必须立即报警；若情况比较严重，应立即停止施工，并应对基坑支护结构和周边的保护对象采取应急措施。
a．监测数据达到报警值。
b．基坑支护结构或周边土体的位移值突然明显增大、隆起陷落等。
c．基坑支护结构体系出现过大变形、松弛或拔出的迹象。
d．周边地面出现较严重的突发裂缝。
围护结构施工和基坑开挖过程中须对围护结构、周边进行环境监测，及时反馈建设、监理、设计、施工单位和相关单位。
4.7 质量验收和检验方法
施工单位自行组织有关人员进行现场质量自检，自检合格后报请总承包单位及监理工程师，由监理工程师组织进行验收，专业分包技术人员、总承包工程师、监理专业工程师参与验收。
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质量验收流程图
基坑支护验收标准 表4.9
5.深基坑支护施工应注意事项
5.1应认真做好深基坑开挖的工程勘察工作。
5.2应认真重视地下水对深基坑工程施工的影响。降低地下水位时当地下水渗漏地区内的地面可发生大面积下沉，对周围道路及建筑物将产生严重影响。当基坑下部土层有承压水时，除可能产生流砂、管涌等外，将大大降低基坑下土层的稳定性。
5.3应认真重视土方开挖顺序和深基坑四周地面的保护，深基坑土方的开挖，应根据土质条件规定深基坑土方开挖的步骤与要求，挖土速度过快或局部深挖都可能使深基支护结构产生过大位移而出现险情，因此，必须认真编制好施工顺序，并严格按顺序要求进行施工。
5.4 应认真做好深基坑开挖和支护的检验与监测，这是为了掌握支护结构和基坑内外土体移动，随时调整施工参数，优化设计，或采取相应措施，以确保施工安全，顺利进行。施工监测的作用还在于检验设计的正确性，并有利于积累资料，为今后改进设计理论和施工技术提供依据。
6.结语
土钉墙支护由于其造价远远低于其它支护方式，近几年来应用发展很快。深基坑支护总结要点如下：
1）要对场地条件要做一个全面细致的勘察和认识。2）地基承载力对土钉墙法的限制。3）土方施工组织对土钉墙施工的影响。4）关于土钉设计长度及密度的问题。5）支护施工中的变形监控测量。监控的目的是保证坑壁的沉降速率必须控制在一个范围值内，并且要逐渐稳定。土钉支护在高层建筑、城市轨道交通和铁路以及市政等领域有着宽广的应用前景。
参考文献：
[1]《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》（GB50086-2015）
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
[3]《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）
[4]《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）
[5]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
[6]《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（住房城乡建设部令第37号）
[7]《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）；
[8]《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）；
[9]《建筑施工土石方工程安全技术规范》（JGJ180-2009）；
[10]《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）。