土釘墻與錨桿聯合支護施工技術初探

何國忠

廈門興海灣監理咨詢有限公司（361000）

土釘墻與錨桿聯合支護施工技術初探

何國忠

廈門興海灣監理咨詢有限公司（361000）

以某基坑支護工程為例，討論了錨桿與土釘聯合支護在類似條件深基坑工程中的應用，可為類似基坑支護工程提供一定參考。

基坑支護;錨桿施工;土釘墻

由于某些水位較高、深度較大的基坑支護工程,工期緊張，周圍場地條件受限，在基坑支護中使用傳統復合土釘墻支護難以達到設計要求。

1 土釘與錨桿聯合支護機理

土釘支護結構是工程中十分常用的基坑邊壁支護方式，利用土體本身的加固來抵抗基坑荷載。但隨著基坑開挖的不斷深入，邊壁臨空高度越來越大，對支護的要求也更高，此時只有對土釘支護結構進行一定改進，方能有效提高邊壁土體的水平抗力，使邊壁土體強度得到最大限度利用。

錨桿支護是在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場等地下硐室施工中采用的一種加固支護方式。用金屬件、木件、聚合物件或其他材料制成桿柱,打入地表巖體或硐室周圍巖體預先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構造和尾部托板（亦可不用），或依賴于黏結作用將圍巖與穩定巖體結合在一起而產生懸吊效果、組合梁效果、補強效果，以達到支護的目的。錨桿支護具有成本低、支護效果好、操作簡便、使用靈活、占用施工空間少等優點。

利用錨桿與土釘聯合支護，對于控制坑壁側向變形，提高土體整體性能是效果顯著的。錨桿與土釘聯合支護是一種結構受力合理、施工方便、適應性強的支護方法。

2 工程概況

某污水處理廠構筑物，外長和外寬分別為86.7m和58m。基坑開挖深度為9.0～10.0m,其中東面基坑(10m)支護采用錨桿與土釘墻聯合支護方式。

2.1 地質情況

土層分布情況是根據地質勘測資料所得，如表1所示。

表1 由地質勘探資料得到的土層信息

2.2 地基土評價

表層雜填土結構疏松，承載力低，壓縮性大，工程性質差。

重粉質黏土層呈可塑狀、硬塑狀，承載力較高，工程性質好。

淤泥層承載力低，呈流塑狀，屬高壓縮性軟弱土層，工程性質差。

粉質黏土層承載力較低，工程性質稍差。可塑粉質黏土層承載力較高，工程性質較好。流塑淤泥質粉質黏土層屬高壓縮性軟弱土層，工程性質很差。中砂、卵石層承載力較高，工作性質較好。

3 錨桿施工

錨桿施工流程：確定孔位→鉆孔就位→調整角度→鉆孔→清孔→安裝錨索→一次注漿→二次補漿→施工錨索腰梁→張拉→錨頭鎖定→割除錨頭多余鋼鉸線,對錨頭進行保護。

1）確定孔位。鉆孔位置直接影響錨桿的安裝質量和力學效果,因此,鉆孔前應由技術人員按設計要求定出孔位,標注醒目的標志,不可目測定位。

2）調整鉆桿角度。鉆孔就位后,由機長調整鉆桿鉆進角度,并經現場技術人員用量角儀檢查合格后,才可正式開鉆。另外,要特別注意檢查鉆桿左右傾斜度。因本工程第一道錨桿均為一樁一錨,水平間距才1m,鉆孔過大的左右傾斜度會導致相鄰兩根錨桿錨固體的間距變小,出現應力集中,影響錨固效果。入射角允許偏差±2°。

3）鉆孔。因本工程地質較復雜，采用等同錨桿直徑的套管跟進,壓水鉆進的方法鉆孔,鉆進時壓力水從鉆管流向孔底。在一定水頭壓力下,水流攜帶鉆削下來的土屑排出孔外,鉆進時要不斷供水沖洗,包括接長鉆管和暫時停機,而且要始終保持孔口水位。若發現不能壓水進去,說明已堵管,應拔出鉆管,把黏土塞取出,再繼續鉆進。待鉆進至規定深度(鉆孔深度大于錨桿長度0.5m),鉆機繼續旋轉,并壓水沖洗殘留在孔中的土屑,直到流出的水不渾濁為止。此時應安插錨索,并立即注漿。

4）錨索的制作與安裝。①每根鋼絞線的下料長度=錨桿設計長度+腰梁的寬度+錨索張拉時端部最小長度(與選用的千斤頂有關)。本工程的鋼絞線下料長度=錨桿設計長度+1.1m。②鋼絞線自由段部分應滿涂黃油,并套入塑料管,兩端綁牢,以保證自由段的鋼絞線能伸縮自由。③捆扎鋼絞線隔離架沿錨桿長度方向每隔1.5m設置一個。④錨索的安插。錨索加工完成后，小心運至孔口。入孔前將錨索與注漿管同步送入孔內,直到孔口外端剩1.1m為止。如發現錨索安插入管內困難，說明鉆管內有黏土堵管,不要再繼續用力插入,而應把鉆管拔出,清除鉆孔內的黏土,重新在厚位鉆孔到位。

5）注漿。①本工程采用邊注漿邊拔管的注漿方法,拔管比注漿遲后不小于5m。②采用425#普通硅酸鹽水泥配制水泥漿,水灰比控制在0.4～0.45,注漿壓力控制在0.4～0.6mPa,直到孔口溢出漿。此時就把鉆管全部撥出,注漿管不拔。③接著用水泥袋、濕黏土加鋼板封口，并嚴密堵實,以0.4～0.6mPa穩壓注漿5min，再拔出注漿管。④注漿量要大于其理論計算量的1.2倍。本工程所有錨桿的注漿量均大于1.25倍。

6）上錨具、張拉。錨具張拉前，首先對試塊3 d抗拉強度進行檢查，如達到15mPa，則按規范要求用拉拔機分級進行張拉。

4 土釘墻施工

根據基坑設計圖紙，東面基坑支護為土釘墻，土釘墻錨桿采用Φ22鋼筋，間距為1 000mm。鋼筋網采用8Φ200×200，各施工段間必須焊接，噴射硅采用濕噴法，強度等級C25，東側厚度為80mm，土釘位置局部100mm，西側等厚100mm。

4.1 工藝流程

土方開挖→修整邊壁→測量、放線定位→鉆機就位→接鉆桿→校正孔位→調整角度→打開水源→鉆孔→鉆至設計深度→孔內沖洗→插入鋼筋→壓力灌漿→養護→面層鋼筋網→加強鋼筋→加強鋼筋與土釘焊接→噴射硅。

4.2 操作工藝

1）土層錨桿作業施工程序與水作業鉆進法基本相同，只是鉆孔中不用水沖洗泥渣成孔，而是使土體順螺桿出孔外。鉆孔要保證位置正確，要隨時注意調整好錨孔位置，防止出現相互交錯和高低參差不齊的情況。2）鉆進過程中應來回多次提插鉆桿,并用清水將孔底沉渣洗凈，再接下節鉆桿;遇有堅硬土層時，可增加鉆桿的鉆孔深度，以多出10～20 cm為宜，以防管子堵塞。3）使用鋼筋和鋼絞線之前應對其各項性能進行嚴格檢查，如不符合標準要求，應及時更換或處理。鋼絞線長度與使用要求差值宜在5 cm以內，并用鐵絲將端部綁牢。4）拉桿應由專人制作，要求順直。鉆孔完畢應盡快地安設拉桿，以防塌孔。拉桿使用前要除銹，鋼絞線要清除油脂。5）在灌漿前將管口封閉，接上壓漿管，即可進行注漿，澆注錨固體。灌漿是土層錨桿施工中的一道關鍵工序，必須認真進行，并作好記錄。灌漿材料多用純水泥漿，水灰比控制在0.4～0.45。6）灌漿壓力，一般不得低于0.4mPa，不宜大于2mPa。為提高錨桿抗拔力，宜采用封閉式壓力灌漿和一次壓力灌漿。注漿前應對輸漿管道進行檢查，注漿后應及時清洗攪拌、壓漿設備。注漿后自然養護時間應在一周以上。待強度達到設計強度等級的70%以上,方可進行張拉工藝。7）張拉前要檢驗錨具硬度，對千斤頂進行校核，清擦孔內泥砂和油污。根據實際所需張拉力，并考慮松馳情況來確定張拉力，一般按設計軸向力的75%～85%進行控制。8）錨桿、土釘張拉時，分別在拉桿上、下部位安設兩道工字鋼或槽鋼橫梁，與護坡墻(樁)緊貼。當張拉到設計荷載時，擰緊螺母，完成錨定工作。9）噴射混凝土面層。面層鋼筋網片應牢牢固定在邊坡壁上，并符合規定的保護層厚度的要求,可用插入土中的鋼筋固定，在混凝土噴射時不出現移動。鋼筋網片按設計要求采用焊接或綁扎,混凝土配合比按設計要求通過試驗確定。

4.3 質量標準

4.3.1 主控項目

1）錨桿工程所用原材料，鋼材、水泥漿、水泥砂漿強度等級，必須符合設計要求，錨具應有出廠合格證和試驗報告。2）錨固體的標高、直徑、傾角、深度、安放及組裝必須符合設計要求。3）在施工和設計規范要求內完成錨桿的張拉、鎖定和防銹處理工作。4）土層錨桿的試驗和監測，必須符合設計和施工規范的規定。

4.3.2 一般項目

1）水泥砂漿必須經過試驗，并符合設計和施工規范的要求，有合格的試驗資料。2）在臺座承壓面平整的情況下進行張拉和鎖定，確保與錨桿軸線方向相垂直。3）基本試驗過程應嚴格控制施加的最大試驗荷載值，以小于鋼絞線、鋼筋強度標準值的0.8倍為宜。4）基本試驗所得的總彈性位移應小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的理論彈性仲長，大于自由段長度理論彈性仲長的80%。5）質量檢驗標準。

4.3.3 特殊工藝關鍵控制點控制

1）機具確定：根據設計要求、地質水文情況和施工機具條件，認真編制施工組織設計，選擇合適的鉆孔機具和方法。2）錨桿安裝：錨桿安裝應按設計要求，正確組裝，正確綁扎，認真安插，確保錨桿安裝質量。3）灌漿：錨桿灌漿應嚴格控制水泥漿、水泥砂漿配合比，做至攪拌均勻，并使注漿設備和管路處于良好的工作狀態。4）鉆進：在鉆進過程中，選擇合理的鉆進速度，嚴格控制鉆進參數，以防出現卡鉆、埋鉆、掉塊、坍孔、縮頸和涌砂等各種通病。5）注漿：為防止出現塌孔，干作業鉆機拔出鉆桿后應立即進行注漿。為防止流砂涌入管內，造成堵塞，應嚴格控制水作業鉆機拔出鉆桿后孔內外套的穩定性，確保不會坍孔。

4.4 基坑構造

1）基坑頂荷載不得超過設計荷載20 kPa。2）在基坑面及基坑底，沿基坑周邊設350mm×350mm磚砌集水溝，每15m設600mm×600mm×800mm集水井一只。3）土釘在基坑壁上呈梅花形布置,土釘采用Φ22鋼筋，支架間距2m，鋼筋網Φ8@200× 200。各施工段間必須焊接，坡面上下段鋼筋搭接長度應大于3 000mm。4）噴射硅采用濕噴法，強度等級C25,東側厚度為80mm，土釘位置局部100mm，西側等厚100mm。5）土釘及注漿錨管的注漿壓力不小于0.6mPa，須慢速進行，確保注漿充盈，注漿材料采用水泥砂漿，配合比1：1，水灰比0.45。注漿前應將孔內殘留或松動的雜土清除干凈,注漿時注漿管應插至距孔底250～500mm處，孔口部位宜設置止漿塞及排氣管。6）基坑開挖和土釘墻施工應按設計要求自上而下分段分層進行。每段施工長度不大于10m。在機械開挖后，應輔以人工修整坡面，坡面平整度的允許偏差為20mm。在坡面噴射硅支護前，應清除坡面虛土。7）為保證挖土邊坡的穩定，防止塌方、滑坡，禁止在邊坡附近棄土及堆載。

5 結論和啟示

經計算，本工程各開挖工況的整體穩定性驗算均滿足規范要求，可得到以下結論和啟示：1）錨桿與土釘聯合支護在本次深基坑開挖過程中發揮了重要作用，對基坑穩定貢獻很大。2）采用錨桿支護與土釘聯合支護的方法，可以有效控制基坑側壁的水平位移和臨近建筑物的豎向沉降，從而保證基坑周邊建筑物的安全和正常使用。3）基坑工程地域特點非常明顯，各地在對這一支護方式進行適用性探索時應注意結合當地的土質和環境情況，合理選擇。4）為探討錨桿與土釘墻聯合支護的力學傳遞規律及其相互作用規律，還應進行更多的實際工程監測與分析，以利于該種技術的推廣與應用。