复合型土钉墙支护技术及应用.pdf

复合型土钉墙支护技术及应用 复合型土钉墙支护技术及应用 复合土钉墙是 20 世纪 90 年代研究开发成功的一项深基坑支护新技术。它是由普通土钉墙与一种或若干种单项轻型支护技术(如预应力锚杆、竖向钢管、微型桩等)或截水技术(深层搅拌桩、旋喷桩等)有机组合成的支护截水体系，分为加强型土钉墙，截水型土钉墙，截水加强型土钉墙三大类。复合上钉墙具有支护能力强，适用范围广，可作超前支护，并兼备支护、截水等性能，是一项技术先进，施工简便，经济合理，综合性能突出的深基坑支护新技术，是建设部重点推广应用的十项新技术之一。邯钢新区炼钢主厂房柱基础的深基坑，采用了复台型土钉墙作为基坑支护结构，取得了良好的施工效果和经济效益。一、复合型土钉墙的机理分析一、复合型土钉墙的机理分析 1、复合型土钉墙的作用机理、复合型土钉墙的作用机理 土钉墙是一种新型挡土结构，它是利用土钉把天然土就地进行加固。并与喷射混凝土护面相结合，产生主动制约机制，形成一种类似重力式挡土墙的复合加固体，从而使开挖面稳定。所谓土钉即是在被加固的土体中钻孔后插入钢筋或钢管，并高压注人水泥砂浆或水泥浆而成。土钉墙作为基坑支护结卡勾，具有无振动、无噪音、无污染的优点，并且造价低廉，挖土施工方便。复台型土钉墙是以高压旋喷桩帷幕等超前支护措施解决上体的自立性、隔水性以及喷射混凝土面层与土体的粘结问题，以水平向压密注浆或二次压力灌浆解决土体加固及土钉抗拔力问题，以相对较长的插入坑底深度解决坑底的隆起、管涌和渗流问题，形成由防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉墙。复合型土钉墙适用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥及淤泥质土。目前复合型土钉墙的形式可归纳为高压旋喷桩帷幕复合型和微型桩复合型两种形式。2、高压旋喷桩帷幕复合型土钉墙、高压旋喷桩帷幕复合型土钉墙 这种方法是在基坑开挖线的外侧设置12排的高压旋喷桩。旋喷桩桩的作用是隔水和挡土。旋喷桩和土钉墙联合使用，解决了土体由于强度低而不能自立以及喷射混凝土与土体粘结力不足等问题。同时，也避免了基坑底部隆起、管涌、渗流等情况的发生。旋喷桩是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压水流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，与土中形成一个固结体，使得边坡能以90垂直而立，不必放坡，扩大了基坑四周的场地有效使用面积。而且由于旋喷桩还有一定的刚度，能分担一部分的土压力，从而使土钉的长度可以缩短或作为安全储备。其中旋喷桩的作用主要是为了防止围护墙面的渗水(尤其当土层含有砂性土时)，当为其它土层时，这时主要考虑土钉墙的整体滑动，此时旋喷桩发挥其抗剪作用。当挖深达到一定的深度时，若一排旋喷桩不够时，则必须设置两排旋喷桩作为隔水帷幕和超前支护，如果仍无法满足要求，则可在旋喷桩中插入型钢，或钢筋，或钢管，或毛竹，形成配筋的超前支护体系。3、微型桩复合型土钉墙、微型桩复合型土钉墙 当开挖深度为4.05.0m时，结合轻型井点降水，虽然坑底处于淤泥质土中，但产生管涌的可能性不大，这时可以在土钉墙内侧采用单排或双排竖向立管作为超前支护。通常在立管内高压注入纯水泥浆，与立管一起形成微型桩。立管采用 483.5的脚手架钢管，端部四周钻有8小孔形成花管。虽然这种微型桩不能形成隔水帷幕，但可以增加土体的自立性以及防止坑底涌土。由于钢管直径比较小，施工时极易打入土中，施工较方便。与旋喷桩相比，不必另加专用设备，可以与土方开挖同步进行施工，具有快速支护的特点。二、复合型土钉墙的应用实例二、复合型土钉墙的应用实例 1、工程概况、工程概况 邯钢新区炼钢工程为邯钢新建 250 吨转炉系统工程，位于邯钢中板以西、西外环以东、邯郸酒务楼村以南的范围内，场地原为耕地，地貌属沁河级阶地。该深基坑为炼钢主厂房三个独立柱基础，位于主厂房 J 列与 2、3、4 轴线交汇点上，基础中心间距 24m，基础座落于第层粘土岩上，根据勘察报告地层埋深，基底标高约为-16.00m，具体见下图：2、水文条件、水文条件 场内地下水类型为潜水，稳定水位埋深 6.0m 左右，主要受大气降水影响，由地下径流排泄，赋存于第-2 层粉质粘土，渗透系数为 2.010-6cm/s；第层中砂，渗透系数为 6.010-3cm/s；，第层卵石中，渗透系数为 2.010-1cm/s。3、地质条件、地质条件 根据中勘冶金勘察设计院有限公司提供的岩土工程勘察报告揭露，施工场区地层从上至下依次为：分层编号 岩土名称 地层描述 稠度、密度层厚（m）植物层 由粘性土组成，含大量植物根。松散 0.37 非自重湿陷性粉质粘土 褐黄黄褐色，具大孔性。坚硬-硬塑3.9 非自重湿陷性粉质粘土 褐黄黄褐色，含姜结石，具大孔性。可塑硬塑1.67-2 粉质粘土 黄褐色，含氧化铁及多量姜结石，夹粉土薄层 可塑硬塑3.37 中砂 黄褐色，颗粒呈圆形，含粘性土，颗粒不均，饱和 稍密-中密0.77 卵石 有火成岩碎块组成，亚圆形，一般粒径30-80mm，最大达 100mm，孔隙中充填多量的粘性土和砂。稍密 1.87 粘土岩 黄褐棕褐色，裂隙发育，半成岩状态。8.47 4、复合型土钉墙的设计、复合型土钉墙的设计 根据该工程的具体情况及地质条件，考虑到实际基坑挖深为16m，先在基坑四周施打一排高压旋喷桩，桩径600mm，桩间距400mm，高压旋喷桩桩体材料采用普通硅酸盐水泥拌制，水泥标号不小于32.5R，水灰比1：1，注浆压力：0.7-1.0Mpa，回浆比重：1.2g/cm3，嵌入坑底4.0m。然后结合分层挖土，施打五排钢管48土钉，土钉长度分别为16、15、13、11、8m，钻孔直径12cm，水平向间距为1.0m，竖向间距为1.5m，最上一排距基坑顶部1.3m。5、复合型土钉墙的施工、复合型土钉墙的施工（1）施工工艺流程施工工艺流程 高压旋喷桩-土方分段开挖-喷上排第一遍混凝土-钻机成孔-插入钢管-压力灌水泥浆-绑钢筋网-焊衬垫和联系筋-喷上排第二遍混凝土-继续分段挖土-继续中、下排土钉喷锚施工-基坑周边碎石盲沟。（2）施工要点）施工要点 高压旋喷桩：要按设计要求进行施工，水泥浆的水灰比为1：1，并掺入早强剂，使能分段挖土时起临时挡墙作用，插管与钻孔两道工序合二为一，注意检查注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等到参数是否符合设计要求，保证搭接成桩质量。土方开挖：高压旋喷桩达80%设计强度后即可分层分段开挖土方，分段开挖长度为2030m，严禁超挖。本工程土方分三层开挖，结合五排土钉施工，最后人工开挖至基坑底设计标高后立即浇筑混凝土垫层至旋喷桩边。土钉施工：土钉成孔直径为12cm，48钢管的锚固段钻喷浆孔8500，钢管端焊死，钻孔定位误差小于50mm。钢管长度方向每2.0m设10定位架1道。土钉采用一次注浆工艺，注水泥浆。注浆压力不大于上覆压力的2倍，水灰比为0.5，浆液中掺人早强剂和水泥用量10%的TEA微膨胀剂。喷射护壁混凝土：喷射护壁混凝土的强度等级为C20，水灰比0.5，混凝土的初凝时间小于10min，终凝小于30min，分二遍成活，夹入钢筋网片6200100。三、监测三、监测 复合型土钉墙源于新奥法，新奥法的基本指导思想是围岩的变形和变形速率是施工的依据。同样复合型土钉墙必须伴随施工过程中的监测，监测到的地面沉降和墙顶水平位移，及时反馈到设计和施工。根据位移沉降检查设计、施工的合理性，根据测到的数据提出土钉、注浆和面层等的修改意见。及时准确的监测资料，能使工程规避风险，将事故消灭在萌芽状态。监测通常包括：（1）地表、支护的沉降，管线及建（构）筑物的沉降；（2）支护的水平位移，管线和建（构）筑物的水平位移；（3）地下水位的观察；四、结语 四、结语 通过工程实践证明，复合型土钉墙作为基坑围护结构在技术上是可行的，在经济上是合理的。通过技术、经济对比，纯土钉墙比重力式水泥土挡墙的造价要经济，但在自立性、隔水性、抗隆起、抗管涌方面不及重力式水泥土挡墙。而复合型土钉墙则能将两者互补不足，扬长避短，实现基坑支护结构优化设计，做到既安全又经济合理。