土釘墻支護在粉砂層地質施工中的應用

張騰祚

中鐵大橋局集團第一工程有限公司（450053）

土釘墻支護在粉砂層地質施工中的應用

張騰祚

中鐵大橋局集團第一工程有限公司（450053）

以鄭州市鄭東新區前程路大橋為背景，闡述了粉砂層地質深基坑土釘墻支護的施工經驗，提出了合理化建議，為土釘墻支護技術的應用與研究提供參考。

土釘墻；粉砂層；深基坑

0 引言

隨著城市化進程的加快，高大建筑物的不斷涌現，人們對地基深基坑施工也提出了更高的要求。土釘墻支護是近三十年發展起來的一種用于土體開挖和邊坡穩定的新型擋土結構。土釘墻支護具有造價低、施工迅速、施工現場文明、機械設備輕型化、施工噪聲小等優點，在基坑支護和邊坡加固中得到廣泛應用。土釘墻支護一般適用于土體有一定自穩能力的擋土結構，在分層開挖過程中能夠保持邊坡的暫時穩定，使土釘能夠順利設置。但是臨界坡度較小，使土釘施工在粉砂土層基坑邊坡支護中受到限制[1]。

1 工程簡介及背景

鄭州市鄭東新區前程路大橋是一座設計新穎的城市景觀橋，橋梁設計為三跨中承式拱橋，橋梁全長218 m，全寬58 m，跨徑布置為：37.08 m+ 137.78 m+37.13 m=212 m。中跨橋面以上拱肋為鋼結構，對應的主梁段也為鋼結構，V墩及次邊跨箱梁為混凝土結構，邊跨為簡支混凝土梁結構（如圖1所示）。

圖1 橋梁立面圖

前程路橋橫跨城市河道賈魯河，賈魯河上口寬60 m，河槽底寬約46 m，水深約5 m，防洪標準50年一遇。

橋位處地層以雜填土、粉砂、細砂為主。

全橋河道兩岸有V型墩（主墩）承臺4個，均位于河道兩岸的灘地上，單個主墩承臺尺寸32.96 m×21.54 m，高4.5 m，混凝土體積2 960 m3。承臺基坑平均開挖深度約11 m，左右幅承臺基坑整體開挖土方量約3.4萬m3,地下水位在原地面下5 m處。

2 土釘墻支護方案的選定

前程路橋主墩承臺基坑施工主要有以下幾個特點：地質結構以粉砂和細砂為主，邊坡防護存在難度；承臺埋置較深，承臺底位于原地面下11 m；承臺體積大，開挖量大；地下水位較淺，開挖需降水；周邊地理環境開闊，開挖運輸便利。基于以上幾點，通過幾種方案比較，承臺深基坑施工采用放坡開挖加土釘墻支護方案，左右幅承臺基坑一次性開挖。

3 土釘墻支護方案的實施

3.1 方案設計及計算

考慮基坑與河道邊線距離、地質情況及開挖土方量，結合規范要求，前程路橋主墩深基坑采用兩級放坡開挖，開挖深度11 m，上層開挖高6.0 m，下層開挖高5.0 m，坡度均為1：0.7。上下層間設中央平臺，寬2 m，基坑降水采用管井降水。

土釘選用HRB335級φ16或φ20鋼筋，鉆孔直徑為120 mm，坡面網噴混凝土強度等級C25，厚度80 mm，坡面掛設鋼筋網片采用HPBφ8鋼筋網（如圖2所示）。

邊坡穩定安全系數按臨時邊坡、安全等級一級取值為1.25。采用理正深基坑支護結構設計軟件F-SPW7.0PB1進行計算。經計算錨桿抗拔承載力、邊坡整體穩定性均滿足規范要求。

3.2 基坑開挖

由于上下游承臺間隙較小，采取兩個承臺基坑連通一次性，分層開挖。

開挖順序為,從基坑短邊向橋中線方向挖進。先挖掘運輸通道，再依次開挖第一臺階、第二臺階；每個臺階在開挖出相應的工作面后應組織對坑壁噴錨防護[2]。

圖2 噴錨支護布置圖

開挖機械主要采用挖掘機,基坑底部20 cm處，采用人工開挖并修整到設計標高。

3.3 土釘墻支護

1）鉆孔注漿

基坑每一層臺階開挖出工作面后應立即組織土釘墻支護施工。

土釘錨孔主要采用鉆機或洛陽鏟成孔，鉆孔間距及深度根據模型計算設計。鉆孔應干鉆，以確保土釘施工不影響邊坡土體的工程地質條件，保證孔壁的黏結性能（如圖3所示）。鉆進過程中應關注每個孔的地層變化，如遇到特殊地質應做好現場施工記錄，并調整鉆壓、鉆速，防止鉆孔扭曲和變徑，造成意外事故。

圖3 土釘與坡面連接圖

安裝土釘前應認真核對孔位編號，用鋼尺量出孔外露出的鋼桿長度，計算孔內鋼筋長度（誤差控制在±50 mm范圍內），確保錨固長度。

土釘安放到位后，用高壓攪拌注漿機對土釘孔逐個灌注水泥漿固化。

2）掛網噴護

施工步驟：清理開挖工作面→綁扎鋼筋網片→噴射細石混凝土→養護→開挖下一層護坡。

邊坡噴射細石混凝土前，按圖紙要求做好各項準備工作。預先埋設控制噴射厚度的標志，坡面上掛設HPBφ8鋼筋網，并與土釘焊接固定在一起。細石混凝土應摻入適量膨脹劑，噴射前先試噴，以確定合適的配比及施工方法。

噴射作業應分段進行，同一分段內噴射順序應自下而上。鋼筋網噴混凝土面層應向上翻過邊坡頂部3.0 m，以形成護坡頂；向下伸至基坑底以下1.0 m，以形成護腳（如圖4所示）。大面積噴細石混凝土，每隔20～25 m設置一道伸縮縫，縫寬20 mm。

圖4 土釘與鋼筋網片固定

噴射混凝土后應及時噴水養護，養護時間根據氣溫確定，夏季以3～7 d為宜。

新噴護面應遠離開挖斷面。網噴混凝土強度達到設計的70%后，方可進行下一層面的開挖。

3.4 基坑降、排水措施

降水井的設置應根據地質情況，選擇經驗滲透系數進行計算。基坑開挖前應先降水，將地下水位降至設計承臺底下方不小于1 m。

為防止雨水對坡面的沖刷，應在基坑四周設置截水溝，在基坑底設置匯水井；在坡面噴射混凝土前按照相應間距埋設泄水管，以便排除土體內滲水。

3.5 基坑穩定性監測

深基坑監測可以有效判斷基坑穩定性，為安全施工提供保障，在基坑開挖過程中至關重要。監測的主要內容有水平位移、豎向位移及地下水位等。監測方法主要有前方交會法、自由設站法、極坐標、幾何水準法等。基坑監測應繪制詳細的監測點布置圖，制訂監測方案，確定觀測頻率及變形報警值，并及時對監測數據進行分析。若發現監測數據異常或達到報警值，應立即停止開挖，分析原因并對施工方案進行必要的調整優化。

4 支護效果和評價

支護完成后，抽樣選取5根土釘用穿心式千斤頂進行抗拔力試驗，實測力值均滿足方案設計。在前程路橋南岸深基坑施工中，遭受多次暴雨襲擊,邊坡都保持穩定,各項監測位移數據均未超過預警值。證明該土釘墻支護方案在前程路大橋粉砂層地質深基坑施工中應用是成功的。

5 粉砂層地質采用土釘墻支護的幾點建議

粉砂層地質采用土釘墻支護，應采取有效的降排水措施，施工中經常觀察地下水位變化情況，尤其在汛期、雨期應編制詳細的應急預案。

粉砂層地質在采用土釘墻支護時應通過力學計算，確保經濟可行。密度較小的中粗砂、礫砂及卵石層則不適用于土釘墻支護。

若基坑周邊土地變形范圍內有變形敏感的建筑物或地下管網設施時，則不宜采用土釘墻支護。

粉砂層地質土釘墻支護應重視基坑監測，編制詳細的監控方案，確定監測頻率和預警值。地基敏感土層應增大監測頻率，施工中如發現監測數據異常，應立即停工，分析原因，防止安全事故。

6 結語

以上對土釘墻支護在粉砂層地質施工中的應用進行了理論和實踐上的初步探討。目前學術界對土釘墻支護有多種學術理論研究，但對于粉砂層地質土釘墻支護經驗尚待完善。本文結合工程實例為橋梁粉砂層區域深基坑土釘墻支護施工提供了一定的經驗參考。

[1]陳中頤,等.土力學[M].北京：清華大學出版社,2003(1).

[2]馮志眾.土釘工作機理和土釘墻穩定性研究[D].西安建筑科技大學,2008(1)：3.