高层建筑深基坑中复合土钉支护技术初探

李中平

江阴市华厦建设工程有限公司??江苏江阴??214431

摘要：复合土钉墙作为一种新型的支护结构是近年来基于土钉墙技术发展起来的一种新型基坑支护方式，它在弥补了土钉墙的缺陷同时也打破了传统土钉墙的限制，使土钉墙技术得到了很大范围的推广，获得越来越广泛的工程应用。本文首先分析了复合土钉支护的作用机理及稳定性，然后阐述了高层建筑深基坑中复合土钉支护施工技术要点，最后通过具体工程实例探讨了高层建筑深基坑中复合土钉支护中应注意的问题。

关键词：高层建筑；深基坑；复合土钉；预应力锚杆；混凝土

一、复合土钉支护的作用机理及稳定性分析

（一）复合土钉支护的作用机理

对复合土钉支护作用机理进行分析，对其以后的应用研究有很大的帮助，同时，在建筑工程施工中也能获得更好的效果。复合土钉支护的作用机理主要分为以下几点。

水泥土搅拌桩在支护方面作用非常好，能够对基坑边坡的边壁土体的自立性和隔水性有很大的作用，在边壁土体含水量过大的情况，会导致网喷混凝土面层和土体之间出现不能很好粘结在一起的情况，进而出现了喷层的水泥土搅拌桩不能和土体粘结在一起的情况。水平土钉的压密注浆以及二次压力灌浆能够增强土钉的抗拔力，在浆液渗透的作用下，能够对土体起到非常好的加固作用。在支护中，出现较长的深度，这样对坑底出现的隆起和渗流问题能够进行解决。

复合土钉的支护形式比较多，因此，在作用机理方面也存在着很大的不同。复合土钉的作用机理和很多的复合形式之间有很大的差别，因此，不能对所有的复合形式进行统一的分析。复合土钉支护作用机理和各个分支体系以及组件的作用机理具有很大的相关性，因此，在复合土钉支护作用机理下，土钉的支护作用机理仍然具有很大的效果。

（二）复合土钉支护的稳定性分析

在复合土钉支护的稳定性分析研究中有以下方面：滑移面的确定从根本上来讲主要是由土层性质决定的，坡角和地面荷载也有影响。从另一方面来讲，若考虑滑裂面的移动，基本上是所确定的滑裂面与坡顶面交点到坡顶点的还要大于基坑的深度，那么相应的安全系数也不能反映边坡的稳定安全程度；坡角对安全系数有较大的影响，坡角减小，安全系数增大；土钉加长，安全系数增大，但增大到一定的程度时安全系数不再增加，在设计土钉长度时，要把土钉的粘结强度与土钉钢筋的抗拉屈服强度结合起来考虑；土钉间距对安全系数有很大的影响，土钉间距越小，安全系数越大，而且不存在收敛某一值不再增加的问题。所以最终支护完毕的安全系数并不是最小安全系数，因此在施工过程中，主要考虑最不利因素，要有足够的安全储备。

二、高层建筑深基坑中复合土钉支护施工技术要点

（一）施工工艺流程

复合土钉施工顺序：放线——微型桩施工——降水——边线开挖——初喷混凝土——钻孔——安装土钉——注浆——铺设钢筋网——设置锁紧装置——喷射混凝土至设计厚度。

（二）复合土钉施工注意事项

1、在高层建筑深基坑施工过程中，应首先将地下水位降至设计基底标高500mm以下，同时应将微型桩施工完毕；

2、土层开挖要根据标准分层进行，控制每层开挖深度标准约为0.3米。并且保持上一层支护完毕后再进行下一土层的开挖；

3、面板钢筋网应该混凝土层喷射完成后再实施铺设，要求钢筋保护层厚度控制在二十毫米以上，喷射混凝土要分段进行喷射顺序自下而上，且保证每次喷射厚度大于40毫米；

4、混凝土喷射作业时保持混凝土喷枪与坡面垂直；

5、施工注浆过程中及时清理孔内残存或松动的杂质，且注浆要一次性完成，不可中途停止。

6、在混凝土中添加早强速凝剂，令混凝土尽快固结完成，发挥自身稳定边坡的作用；

7、将施工做到信息化，以便进行有效的管理，在开挖的同时对相邻的建筑物和支护结构进行随时的动态监测，做到开挖监测的同时进行，支护结构完成后每星期要观测一次，保障工程的稳定性，安全性。

（三）复合土钉支护设计

复合土钉支护设计应用极限平衡法为基础的条分法，对潜在的滑移面位置以及形状进行分析搜索，然后将坡体条分，最后通过剩余推力法对每块进行计算得出剩余下滑力以及坡体的整体稳定性；复合土钉与桩锚的结合隶属新型的支护结构，其理论设计落后于工程实践，土钉的单纯计算忽视了下部桩锚部分的支护对开挖土体的影响。

而某些成功的设计案例中将深基坑的划裂面的影响作为工作的重点，加长土钉的设计长度，将第三层的土钉施加预应力，以此来弥补下部开发的负面作用，对墙身的变形具有很大程度的改善。

（四）深基坑支护设计成果检测

在深基坑施工过程和施工完成后，要对水泥砂浆、混凝土试块进行相应的检测以及锚杆的检测，当实际测到的数值均达到设计数值，才能说明工程质量满足设计所规定的要求；注意在施工过程中，选用专业的检测机构对支护结构进行动态监测，做到开挖阶段每天观测一次，支护结构完成后做到每星期观测一次，直到基础回填完成截止。时刻保持基坑处于安全状态。避免地面下陷、开裂等现象。

二、复合土钉在具体工程中的应用

（一）工程概况

某商业广场为1栋30层的高层建筑，有2层地下室，地下室开挖面积约为3595m2，地下室周长为270m，基坑开挖深度为7.8～9.6m。该场地地下水类型主要为填土层中的上层滞水、淤泥质粉质粘土和粉砂的孔隙水以及泥质砂岩裂缝水，除填土层及粉砂层透水性较好外，其余土层透水性较弱。地下水补给主要依靠大气降水，勘察期间地下水位埋深为2.80～4.00m。

（二）支护方案选用

选用安全合理的设计和施工方案，是保证基坑支护安全的前提，应尽量选用造价低廉、施工工艺先进成熟的支护方案。为此，根据施工场地的地质条件以及周边环境，本工程决定采用将土钉与预应力锚杆、深层搅拌桩以及微型桩相结合的复合土钉结构。

（三）深基坑支护工程施工过程

深基坑支护应按照方案和工序进行施工，严格控制好每一道工序的施工质量是深基坑支护能否达到预期效果的关键环节。

1、钢管土钉施工工艺

钢（花）管土钉的施工流程主要包括：加工管材、击打钢花管、压力灌浆等。土钉用A48钢管制成花管，入土端加工成桩尖状，孔眼前端焊接角钢块，形成倒刺状。采用冲击锤将钢管按照设计角度、入土长度击打入土中。然后用P.O.32.5R水泥按水灰比0.5～0.55配制水泥浆液，用0.6～0.8MPa压力灌浆，稳压3min，使浆体在土体中充分渗透及扩散。

2、预应力锚杆施工工艺

预应力锚杆的施工流程主要包括：测量定位、钻机成孔、清孔、放置锚索、二次注浆、安装锚固传力装置、张拉、锁定锚具等。

预应力锚杆施工中控制好二次注浆和锚索张拉是关键，要求注浆体用P.O.42.5水泥按水灰比0.4～0.5拌制，一次注浆待孔口溢浆即可停止注浆，二次高压注浆压力宜控制在2.0～2.5MPa。锚索张拉宜在注浆体强度达到设计值得80%后进行，按逐级增加荷载0.15～0.2倍设计值进行张拉，张拉至1.2倍设计值后，逐级卸荷至锁定值。

3、水泥搅拌桩施工工艺

水泥搅拌桩的施工流程主要包括：测量定位、桩机就位、预拌下沉、配置浆液、喷浆搅拌提升、重新搅拌下沉、重复喷浆搅拌提升等。

本工程采用的搅拌桩直径为500mm，相邻桩相互搭接150mm，用P.C42.5R水泥拌合浆料，相邻桩施工间隔时间不宜超过24h。

为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，提钻喷浆时应在桩底部停留50s，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30s。施工时严格控制喷浆量，施工中如发现喷浆量不足，应整桩复拌。

4、微型桩施工工艺

微型桩的施工流程主要包括：钻机成孔、循环清孔、下入工字钢碎石、安装注浆管、孔底压浆等。

该工程微型桩孔径为250mm，间距为700mm，采用钻机成孔，当钻进到深度后循环清孔，下入18#轻型工字钢，孔内填入碎石后进行孔底压浆，直至孔口流出浓浆后开始提升注浆管。

为了确保微型桩能自行一体，在微型桩桩顶浇捣尺寸为400mm×300mm的强度为C25锁口梁，需保证微型桩的工字钢插入锁口梁为250mm。

5、组合形式选用

在确定采用复合土钉墙支护后，我们根据地面高度、地质条件以及周边环境，在不同部位采用了三种组合方式：

（1）1-1型支护

基坑AED段靠近某住宅小区绿化用地，富含地下水的素填土层较厚，基坑开挖深度7.80m，因此，0.00～2.00采用1：1放坡卸荷，2.00～7.80m采用桩锚支护，并设置双排水泥搅拌桩止水，桩采用准250@700微型桩，内插18#轻型工字钢，桩长10.3m，坡面设两排锚索。

（2）2-2型支护

基坑ABC段10m外为市政道路，基坑开挖深度8.5m，地下室外墙离用地红线较宽，可作分级放坡卸荷处理，0.00～2.50采用1：0.7放坡，并设置2排注浆钢花管，2.50～8.50m采用采用1：0.7放坡，并设置4排注浆钢花管。填土层和淤泥质粉质粘土较厚，需要在平台位置设置双排水泥搅拌桩止水加固处理。

（3）3-3型支护

基坑CD段临近两栋住宅楼，施工场地狭小，现场无放坡可能，基坑开挖9.6m，采用桩锚支护，内插18#轻型工字钢，桩长13.1m，坡面设3排锚索。

（四）基坑监测

在深基坑支护和地下室施工过程中，通过对基坑支护变形、周边建筑物沉降等项目的监测，信息显示基坑支护安全可靠，同时也验证了施工方案正确有效。

参考文献

[1]蔡凤维，焦申华.?基坑边坡复合土钉墙支护技术综述[J].科技与企业，2011(07)

[2]曹巍.复合土钉墙在直坡深基坑支护中的应用[J].中国高新技术企业，2011(06)