土釘墻技術(shù)在基坑邊坡支護工程中的應(yīng)用

王武斌

（中鐵二局，四川 成都 610000）

前言

在基坑邊坡支護工程中，由于土釘墻支護技術(shù)具有結(jié)構(gòu)輕巧、性能可靠、造價經(jīng)濟、施工簡便等特點被廣泛應(yīng)用。但在施工中由于土釘支護隱蔽工程較多,施工質(zhì)量難于控制。為了保證土釘墻工程質(zhì)量和施工安全,必須從設(shè)計參數(shù)、材料質(zhì)量、施工工藝和工程監(jiān)測等全方面進行綜合控制,進而獲得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

1.設(shè)計參數(shù)的控制

1)土體參數(shù)；對于鉆孔注漿型土釘,土層分臺階開挖時應(yīng)能保持自立穩(wěn)定。因此,土釘適用于有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、黃土類土與弱膠結(jié)的砂上邊坡,適用于地下水位低于土坡開挖段或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖層的情況;對標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)低于10擊,或相對密實低于0.3的砂土邊坡與不均勻系數(shù)小于2的級配不良砂土,土釘法不經(jīng)濟;對塑性指數(shù)>20的粘性土,必須仔細(xì)評價其蠕變特性后,方可將土釘用作永久性支擋結(jié)構(gòu)。2)荷載;除土體自重產(chǎn)生的土壓力外,還要考慮地表的靜荷載和車輛碾壓等的活荷載、地下水靜壓和滲流壓力等。3)土釘墻坡度;土釘墻坡度宜為1:0.3~1:0.7,施工圖設(shè)計應(yīng)說明施工中每層開挖高度和長度[1]。4)釘長:初選土釘長度時可按下式計算:

式中,L為土釘長度,m;M為經(jīng)驗系數(shù),取0.6~1.0;H為土坡的垂直高度,m;S0為止?jié){器長度,一般為0.6~1.0m。

5)土釘孔直徑dh及間距布置;首先根據(jù)成孔機械選定土釘孔孔徑dh,一般取dh=100~150mm,常用的孔徑為110~120mm。以Sx、Sy分別表示土釘?shù)牧芯唷⑿芯?選定行距、列距的原則是以每個土釘注漿對其周圍土影響區(qū)與相鄰孔的影響區(qū)相重疊為準(zhǔn)。一次壓力注漿可使孔外4dh鄰近范圍內(nèi)有應(yīng)力變化,因此按(6~8)dh選定土釘行距、列距,應(yīng)滿足:

式中,K1為注漿工藝系數(shù),對一次壓力注漿工藝,取1.5~2.5。按防腐需求,土釘孔直徑dh應(yīng)大于加筋桿直徑加60mm。

6)土釘?shù)膬A角;土釘與水平面夾角宜為10~20°。

7)鋼材強度;為增強土釘中加筋桿與砂漿(細(xì)石混凝土)的握裹力,用于土釘中的加筋宜選用∏級以上變形鋼筋,其抗拉強度值按我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ10-89)規(guī)定采用。鋼筋直徑一般為16~32mm,常用25mm。土釘鋼筋直徑db也可以按下式估算:db=(20~25)×10-3(SxSy)1/2

(3)噴射混凝土面層厚度宜為80~200mm,常用100mm;噴射混凝土面層應(yīng)配以鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)宜采用Ⅰ級鋼筋,鋼筋直徑宜為6~10mm,鋼筋網(wǎng)間距宜為15~300mm;噴射混凝土設(shè)計強度等級不宜低于C20;注漿材料宜用水泥凈漿或水泥砂漿,其強度不應(yīng)低于20MPa;土釘墻頂?shù)孛鎽?yīng)做混凝土護面,在坡頂和坡腳應(yīng)做好排水設(shè)施,嚴(yán)禁雨水、污水等地表水滲入坡體;坡體開挖后暴露時間應(yīng)盡可能縮短。

2.土釘墻施工中的質(zhì)量控制

1)土釘墻支護工藝；包括工序施工方案如下:施工準(zhǔn)備→工作面開挖→清理邊坡→孔位布點→成孔→安設(shè)土釘鋼筋→注漿→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土面層→開挖下一步。

2)工作面開挖；土釘施工是隨著工作面開挖分層施工的,每層開挖的最大高度取決于該土體可以站立而不破壞的能力,在砂性土中每層開挖的高度為0.5~2.0m。在粘性土開挖的最大深度為:

式中,c為土的粘聚力,kPa;r為土的重度,kN/m3,ф為土的內(nèi)摩擦角,(°)。

每層開挖的高度一般與土釘豎向間距匹配,便于搭設(shè)腳手架及土釘施工。

3)清理邊坡;基坑開挖后,基坑的邊壁宜采用小型機具或鏟鍬進行切削清坡,以達(dá)到設(shè)計規(guī)定的坡度。

4)孔位布點;土釘成孔前,應(yīng)按設(shè)計要求定出孔位并作出標(biāo)記編號。

5)成孔;根據(jù)設(shè)計要求的平面位置、孔深、下傾角、孔徑選擇合理的鉆孔設(shè)備。目前常采用多節(jié)螺紋鉆頭干法成孔。鉆機可采用XJ-100型鉆機,也可采用YTN-87型土層錨桿鉆機。人工成孔常采用洛陽鏟成孔,孔徑、孔深、孔距、傾角必須滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),其誤差符合《基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程》CECS96：97的要求。

6)清孔；采用0.5~0.6MPa空氣壓力機將孔內(nèi)殘留及松動的廢土清除干凈。

7)安設(shè)土釘鋼筋;鋼筋使用前應(yīng)平直,除銹,涂油,為保證鋼筋置中,在鋼筋上每隔3m焊置一個托架作為定位器。

8)注漿;成孔后應(yīng)及時將土釘鋼筋置入孔中,可采用重力、低壓(0.4~0.6MPa)或高壓(1~2MPa)方法按配比將水泥漿或砂漿注入孔內(nèi)。重力注漿以滿孔為止,但需1~2次補漿;壓力注漿采用二次注漿法,并在鉆孔口設(shè)置止?jié){塞和排氣孔;注漿導(dǎo)管應(yīng)先插入孔底,以低壓注漿,同時將導(dǎo)管以勻速緩慢撤出,導(dǎo)管的出漿口應(yīng)始終處在孔中漿體的表面以下,保證孔中氣體能全部逸出。導(dǎo)管離孔口0.5~1m時高壓注滿,并保持高壓3~5min;注漿時需加入早強劑和膨脹劑,以提高注漿體早期強度和增大其與孔壁土體的摩擦力。

9)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng);鋼筋網(wǎng)片可用直徑6~8mm盤條鋼筋焊接或綁扎而成,網(wǎng)格尺寸150~300mm。在噴射混凝土之前,面層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片應(yīng)牢固固定在邊壁上,并符合規(guī)定要求的保護層厚度。

10)噴射混凝土面層;噴射混凝土面層中的鋼筋網(wǎng),應(yīng)在噴射前鋪設(shè),鋼筋保護層厚度不宜小于20mm。鋼筋網(wǎng)之間搭接長度應(yīng)不小于300mm,鋼筋網(wǎng)用插入土中的鋼筋固定,與土釘應(yīng)連接牢固。①噴射混凝土?xí)r噴射順序應(yīng)自下而上,噴頭與受噴面距離宜控制在0.8~1.5m范圍內(nèi),射流方向垂直指向噴射面,為防止在鋼筋背面出現(xiàn)空隙,應(yīng)先噴鋼筋后方,然后再噴填鋼筋前方。也可在鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片之前初噴一次,鋪設(shè)網(wǎng)片之后再進行復(fù)噴,一次噴射厚度不宜小于40mm,噴射前應(yīng)先向邊壁土層噴水潤濕;噴射時應(yīng)加入速凝劑以提高混凝土的凝結(jié)速度,防止混凝土塌落[2]。②為保證噴射混凝土的厚度,可用插入土內(nèi)用以固定鋼筋網(wǎng)片的鋼筋作為標(biāo)志加以控制。當(dāng)面層厚度超過100mm時應(yīng)分二次噴射,每次噴射厚度宜為50~70mm。③噴射混凝土終凝后2h,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件,采取連續(xù)噴水養(yǎng)護5~7d。④土釘墻支護最下一步的噴混凝土面層宜插入基坑底部以下,深度不小于0.2m,在基坑頂部也宜設(shè)置寬度為1~2m的噴混凝土護頂。⑤土釘墻支護宜在排除地下水的條件下施工,應(yīng)采取的排水措施包括地表排水,支護內(nèi)部排水,以及基坑排水。基坑頂部四周可做散水和排水溝,坑內(nèi)應(yīng)設(shè)置排水溝和集水坑,并與邊壁保留0.5~1m的距離,集水坑內(nèi)積水應(yīng)及時抽出。

11)噴射混凝土的質(zhì)量控制;為了保證噴射混凝土的質(zhì)量,要對拌合料攪拌處、噴射機處和噴嘴處的施工質(zhì)量進行嚴(yán)格控制。

在拌合料攪拌處,必須控制材料質(zhì)量及配合比符合設(shè)計要求,拒絕使用任何不可靠的水泥和級配不良、質(zhì)量差或含水率大于7%(按重量計)的骨料。

在噴射機處,要經(jīng)常檢查倒入料斗的材料和觀察噴射機的運轉(zhuǎn)情況,鑒定骨料是否已被水泥完全包裹及倒入料斗后有無過度離析。在干噴中,應(yīng)該對速凝劑與水泥得到適當(dāng)拌合。為保證噴射混凝土流料均勻連續(xù)和噴射處有適宜的噴射速度,應(yīng)觀察噴射機處的工作風(fēng)壓是否控制在合適范圍之內(nèi)。

為了保證噴射混凝土的質(zhì)量滿足設(shè)計要求,需對噴射混凝土進行測試。抗壓強度試驗的試塊數(shù)量可為每500m2取1組,每組試塊不少于3個,對于小于500m2的獨立工程,取樣不少于1組。

3.質(zhì)量檢驗及監(jiān)測

1)注漿強度及噴射混凝土強度檢驗;用于注漿時的水泥漿或水泥砂漿強度用70mm×70mm×70mm立方體試件經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護后測定,每批至少留取3組(每組3塊)試件,給出3d和28d強度,注漿強度等級不低于12MPa,3d不低于6MPa;噴射混凝土強度可用邊長100mm立方體試塊進行測定,制作試塊時應(yīng)將試模底面緊貼邊壁,從側(cè)向噴入混凝土,每批至少取3組(每組3塊)試件,強度等級不低于C20,3d不低于10MPa。2)噴射混凝土厚度檢驗;噴射混凝土厚度,可采用鑿孔法作為檢查依據(jù),也可以用混凝土厚度標(biāo)志或其它方法檢查,有爭議時以鑿孔法為準(zhǔn)。檢查數(shù)量為每100m取1組,每組不少于3個點,其合格條件可定為:全部檢查處厚度平均值應(yīng)大于設(shè)計厚度,最小厚度不應(yīng)小于設(shè)計厚度的80%。3)土釘?shù)目拱瘟υ囼?嚴(yán)格來說,每種地層均應(yīng)分別做土釘抗拔力試驗。土釘基本抗拔力試驗采用循環(huán)加荷的方式,第一級取土釘鋼筋屈服強度來增加荷載,同時用退荷循環(huán)來測量殘余變形,每一級荷載持續(xù)到變形穩(wěn)定為止。土釘破壞標(biāo)準(zhǔn)為:在同級荷載下,變形不能趨于穩(wěn)定,即認(rèn)為土釘達(dá)到了極限荷載。必須測量荷載和位移,提出荷載變形曲線。在土釘上安設(shè)鋼筋計或貼應(yīng)變片,以便量測土釘應(yīng)力分布及其變化規(guī)律,這對設(shè)計是非常有益的[3]。對于一般的土釘墻工程,土釘抗拔力檢驗試驗是必需的,試驗數(shù)量應(yīng)為土釘總數(shù)的1%,且不少于3根;土釘試驗的合格標(biāo)準(zhǔn)定位為土釘抗拔力平均值大于設(shè)計極限抗拔力,抗拔力最小值大于設(shè)計極限抗拔力的0.9倍。土釘抗拔力設(shè)計安全系數(shù)為臨時性工程取1.5,永久性工程取2.0。

[1]陳肇元.土釘支護在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[2]程良奎,楊志銀.噴射混凝土與土釘墻[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.??

[3]王步云.土釘墻設(shè)計[J].巖土工程技術(shù),1997,(4):21~23.