土釘墻施工技術在深基坑邊坡支護工程中的應用

土釘墻施工技術在深基坑邊坡支護工程中的應用1工程概況XX橋橋梁工程位于XX西門，是跨護城河的一座上承式實腹式拱橋，橋梁主體凈跨為20.00m，拱板凈高為6.04m，橋梁單幅寬度為15.00m，基坑開挖基底邊線留有1.50m的工作寬度。基坑開挖深度平均為18.50m。根據(jù)現(xiàn)場實際施工條件，考慮到基坑東側有高壓變壓器，南側有城墻，西側有兩棟未拆遷樓房，北側有城市主干道路（雁同東路），施工場地可用范圍有限，使得基坑開挖邊坡較陡，考慮到安全等綜合因素，需要對基坑邊坡采取一定的支護措施。通過技術比較、進度比較、經(jīng)濟比較等手段對鋼筋混凝土擋土墻、鋼板樁、土釘墻等多種邊坡支護施工技術進行綜合應用分析，經(jīng)過專家論證后，最終本項工程采用土釘墻邊坡支護方案。土釘墻支護技術是近年來發(fā)展很快的一種主動支護技術，適用于邊坡加固和基坑支護。由于經(jīng)濟可靠而且施工快速簡便，已經(jīng)在深基坑支護工程中得到迅速的發(fā)展和應用。土釘墻施工操作相對簡便，需要占用工程資源相對較少，適用土質范圍相對較廣，經(jīng)濟效益較為突出。通過受力分析及設計計算，采取合理可靠的技術措施進行全過程監(jiān)控，可以更好的發(fā)揮其技術優(yōu)勢。2土釘支護技術的概念及特點2.1土釘墻支護技術的概念土釘墻又稱為土釘支護技術，它是在原位土中敷設較為密集的土釘，并在土邊坡表面構筑鋼絲網(wǎng)噴射混凝土面層，通過土釘、面層和原位土體三者的共同作用而支護邊坡或邊壁。土釘墻體同時也構成了一個就地加固的類似重力式擋土結構，如圖1.1所示。與已有的各種支護方法相比，它具有施工容易、設備簡單、需要場地小，開挖與支護作業(yè)可以并行、總體進度快、成本低，以及無污染、噪聲小、穩(wěn)定可靠、社會效益與經(jīng)濟效益好等許多優(yōu)點，因而在國內外的邊坡加固與基坑支護中得到了廣泛迅速的應用。圖1.1土釘支護體系2.2土釘墻施工技術的特點土釘支護法以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度，變土體荷載為支護結構體系一部分。噴射混凝土在高壓氣流的作用下高速噴向土層表面，在噴層與土層間產生“嵌固效應”，并隨開挖逐步形成全封閉支護系統(tǒng)，噴層與嵌固層同具有保護和加固表層土，使之避免風化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落，以及隔水防滲作用。土釘?shù)奶厥饪貕鹤{可使被加固介質物理力學性能大為改善并使之成為一種新地質體，其內固段深固于滑移面之外的土體內部，其外固端同噴網(wǎng)面層聯(lián)為一體，可把邊壁不穩(wěn)定的傾向轉移到內固段及其附近并消除。鋼筋網(wǎng)可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調整噴層與土釘內應力分布。土釘主動支護土體并與土體共同作用，具有施工簡便、快速及時，機動靈活、適用性強、隨挖隨支、安全經(jīng)濟等特點。其工期一般比傳統(tǒng)法節(jié)省30-60d以上，工程造價低10%-30%，支護最大垂直坑深目前已達到21.5m，建成淤泥(局部雜填土)基坑深達10m。該方法不僅能有效地用于一般巖土深基坑工程支護，而且通常還采用一些其他輔助支護措施，能有效地用于支護流砂、淤泥、復雜填土、飽和土、軟土等不良地質條件下的深基坑。此外，它還能快速、可靠、經(jīng)濟地對采用傳統(tǒng)法或改良法施作的將要或已經(jīng)失穩(wěn)的基坑進行搶險加固處理。3土釘墻施工技術原理土釘?shù)脑碓诶猛玲斚鄬^強的抗拉、抗剪和抗彎強度彌補天然土體自身抗剪強度的不足。土釘對土體的補強作用通過土與土釘界面的粘結力和摩阻力而得以發(fā)揮。另一方面，密布于土體內的土釘起到了空間骨架的作用，配合已噴混凝土面板，土、土釘、面板相互作用、共同工作而成為一個整體，使加固后的土體整體剛度大大提高，抗變形能力也得以改善，成為一種性能良好的主動支護體系。3.1土釘在復合土體內的作用（1）土釘對復合土體的骨架約束作用。土釘體與土相互作用形成復合土體，復合土體則可視為具有一定結構剛度的整體，土釘體作為復合土體內的約束骨架。（2）土釘對復合土體的應力分擔作用。邊坡承受的荷載包括自重應力，開挖引起的不平衡力和超載產生的附加應力等，在復合土體內土釘體和土共同分擔，且隨兩者剛度比的增加，土釘體分擔比例明顯增加，從而減少作用與土體上的應力，改善土體中的應力分布，削弱和延遲應力在土體中的集中。（3）土釘對復合土體的應力傳遞與擴散作用。應力傳遞作用主要表現(xiàn)在通過土釘將阻抗力傳遞給坡面面板以承受部分引起側移的土壓力。（4）土釘對復合土體的抗滑裂作用。土釘支護土體可通過自身的抗彎、抗剪強度和在滑裂區(qū)外的錨固作用穩(wěn)定土體，有效阻止下滑，從而導致開裂變形階段的延長，避免突發(fā)性塌滑。（5）面板對復合土體坡面的變形有約束作用。面板不僅有效地防止坡面局部破壞，更重要的是與補強猜共同形成一個有機的整體，增強上述四種作用的有效發(fā)揮。3.2復合土體內土釘體與土之間的相互作用這種作用主要是通過土釘體界面的粘結力及土釘群密度、剛度比、強度比等構造實現(xiàn)，從宏觀上集中體現(xiàn)為土釘對土體加固作用；另一方面還在于提高復合土體的整體穩(wěn)定性，主要通過土釘在滑裂面外的長度，從宏觀上集中為土釘?shù)腻^固作用。噴射混凝土護面層是復合土體重要組成部分，一般情況下作為坡面防護的主體，當土體進入塑性和開裂變形階段，其與土釘共同發(fā)揮制約作用，減緩坡面鼓脹和張拉破壞以及剪切破壞在坡腳處的發(fā)展速度。3.3土釘支護技術的適用性土釘適用于地下水位在最終開挖面以下或經(jīng)過降水能達到這一要求的具有一定臨時自穩(wěn)能力的土體。包括有一定粘結性的人工填土、可塑堅硬的粘性土和膠結或弱膠結的粉土、砂土和沙礫層。松散砂土、夾雜流塑軟塑粘土層及其他抗剪強度較大的土體，在采用表面噴混凝土層，淺層注漿或水泥攪拌樁加固、微型樁等措施后，也可以采用土釘支護技術。土釘不宜用于含水量豐富的粉細砂層、沙卵石層和淤泥質土層中，不能應用于沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥飽和粘土、填土，當土釘設置在有侵蝕性的土層中作為永久性支擋結構中，應該考慮防腐措施。對于N＜10或相對密度低于0.3的砂土邊坡，采用土釘一般是不經(jīng)濟的；在不均勻系數(shù)小于2的級配不良砂土中，不可使用土釘；Ip＜20的粘性土，必須認真評價其蠕變特征后，方可將土釘擋墻作為永久性支擋結構；在軟土邊坡中土釘?shù)拈L度和設置密度都很大，而且成孔時保持孔壁的穩(wěn)定性比較困難，應用土釘一般不太經(jīng)濟。4土釘支護技術施工工藝及方法4.1施工工藝工藝流程如圖1.2所示：圖1.2土釘墻施工工藝流程土方開挖至土釘墻標高下50cm測量放線定位土釘成孔土釘桿體安放土釘桿體制作注漿土方開挖至土釘墻標高下50cm測量放線定位土釘成孔土釘桿體安放土釘桿體制作注漿二次補漿坡面修整及編網(wǎng)噴射砼水泥漿攪拌試塊制作試塊養(yǎng)護抗壓試驗養(yǎng)護繼續(xù)開挖4.2施工方法（1）施工設備：如圖1.3所示施工過程中使用的主要機械設備有：攪漿機、空壓機、噴射機、電焊機、切斷機。圖1.3主要施工設備（攪漿機、空壓機、噴射機）（2）土釘體制作：土釘取用φ16鋼筋按照圖紙設計尺寸進行加工制作。（3）挖土應按土釘垂直間距挖土并修面坡。機械挖土時預留0.1m，之后人工修整。工程應用中為了保證基坑在開挖過程中，邊坡的土體應力場和應變場變化不至于過大，所以對土方開挖嚴格要求，根據(jù)不同性質的土層采用不同的開挖和支護方式。（4）土釘定位成孔：如圖1.4所示按照設計孔深，人工或機械成孔。質量保證措施：a、成孔前應根據(jù)施工平面圖標出孔位；b、孔徑設計尺寸為100mm、120mm兩種，鉆孔傾斜角為15度；c、必須把孔內渣土清理干凈；d、成孔時做好記錄，隨時掌握土層情況；e、如遇障礙物孔位可以改變。（5）注漿：如圖1.4所示注漿時采用兩次壓漿，首次為底部注漿，注漿采用底部注漿法，注漿管插入距孔底250mm-500mm處，隨漿液的注入緩慢拔出，借此保證注漿飽滿，孔口設止?jié){塞或止?jié){袋。工程應用中注漿水泥采用P.S32.5水泥，水灰比為1:0.5—1:0.6，水泥設計強度為M20，在地層中含水量較大或呈粘泥狀時在水泥漿中摻入適量早強、膨脹等外加劑。圖1.4土釘成孔、鋼筋編網(wǎng)及土釘孔注漿（5）鋪設鋼筋網(wǎng)片：如圖1.4所示網(wǎng)片筋應順直，按設計間距綁扎牢固。在每一步工作面上的網(wǎng)片筋應預留與下一步工作面網(wǎng)片筋搭接長度。網(wǎng)片筋應與土釘連接牢固。埋設控制噴層混凝土厚度的標志。工程應用中鋼筋邊坡面綁扎鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為φ8@200×200，且與土層坡面凈距不小于30mm，并沿坑頂口上翻1.0m，中間留置的臺階表面也布網(wǎng)噴護。施工中采用橫壓筋，壓筋全部采用φ16（Ⅰ級鋼筋），橫壓筋與土釘頭之間用L勾筋焊接在一起，焊接長度≥5d，采用雙面焊。（6）噴射混凝土：按配合比要求拌制混凝土干料。為使回彈率減少到最低限度，噴頭與受噴面應保持垂直，噴頭與作業(yè)面間距宜為0.6-1.0m。噴射順序應自上而下，噴射時應控制水量，使噴射面層無干斑或移流現(xiàn)象，如圖1.5所示。工程應用中混凝土面板技術標準如下：a、面層噴射混凝土材料。材料采用P.S32.5水泥、細砂及碎石（粒徑5—8mm），坡面混凝土設計強度為C20。b、配合比。水泥與砂石的總質量之比為1:4—1:4.5；砂率宜為45—55%；水灰比宜為0.25—0.35。c、噴射砼氣壓應根據(jù)噴漿的距離進行調整。d、噴射砼厚度。設計厚度為100mm，噴射混凝土前做好厚度標識。圖1.5土釘安裝、面板噴射（7）養(yǎng)護：混凝土終凝兩小時后，噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間根據(jù)氣溫確定，宜為3d-7d。4.3不同土質條件下土釘支護施工技術應用4.3.1雜填土層基坑開挖過程中第一層為雜填土，由于堆積時間較長，土質相對較好、密實度相對較高、土體穩(wěn)定性相對較好。開挖過程中采用分段大面積開挖方案，即開挖進度略快于支護進度，然后在進行正常土釘墻邊坡支護施工。4.3.2粗砂礫層基坑開挖過程中第二層為粗砂礫，土顆粒之間粘聚性較差、密實度交底、土體穩(wěn)定性較差，經(jīng)常有砂礫滑落。開挖過程中采用分部分段逐級開挖，邊開挖邊支護的施工方案，開挖進度不得快于支護進度，并且不得超挖；在土釘墻施工過程中，修整邊坡后，為了固定好邊坡表面粘附性不好的砂礫，先掛網(wǎng)進行初噴混凝土。為了避免塌孔，成孔、安裝土釘和注漿同時進行，之后壓筋進行二次噴射混凝土，如圖1.6所示。圖1.6初次噴射混凝土、坡腳安裝泄水孔4.3.3粉質黏土層基坑開挖過程中第三層為粉質粘土，土質較好、密實度較高、土體穩(wěn)定性良好。開挖過程中采用全面開挖方案，即開挖的進度不用考慮支護的進度，然后在進行正常土釘墻邊坡支護施工。4.3.4富水粘土層在北環(huán)東橋基坑北側開挖過程中，發(fā)現(xiàn)該邊坡表面輕微滲水，流量不是很大。開挖過程中采用分部分段逐級開挖，邊開挖邊支護的施工方案，開挖與支護同時進行；為了保證土釘支護噴射混凝土后的邊坡穩(wěn)定性和耐久性，在噴射混凝土面板前，在坡腳處預埋Φ50mmPVC管進行泄水，如圖1.6所示。5質量控制在土釘墻支護施工過程中，嚴格按照設計和規(guī)范指導施工，對其進行實時監(jiān)測和檢查，保質保量地完成施工任務。土釘墻質量驗收標準如表1.1所示：表1.1土釘墻質量驗收標準項目序號檢查項目合格標準檢查方法主控項目1土釘長度±50mm用鋼尺量2孔徑±5mm現(xiàn)場實測一般項目1土釘位置±100mm用鋼尺量2鉆孔傾斜度±1°測鉆機傾角3漿體強度大于設計要求試樣送檢4注漿量大于理論計算漿漿量檢查計算數(shù)據(jù)5土釘墻面厚度±10mm鉆孔后用