淺談土釘墻支護技術在呂四船閘工程中的應用

宋前軍 郭茜

淺談土釘墻支護技術在呂四船閘工程中的應用

宋前軍 郭茜

一、工程概況

呂四船閘位于江蘇省啟東市呂四鎮，此次技術改造是保持原船閘中心線不變，拆除原有的老船閘及附屬設施，在原址新建船閘，改造規模為12m×150m×3.3m，內容包括：拆除老船閘，新建上下閘首、閘室、上下游導航墻、引航道泊岸墻、閘門、啟閉機及相關臨時工程等。工期15個月。質量標準優良。

在船閘下游右側導航墻處，有建好的大橋及民房，其與導航墻、下閘首之間的距離相當小，如果不采取保護措施而貿然開挖，將給大橋及民房帶來極大的安全隱患，失事后果不堪設想。為此，項目部綜合考慮安全、成本、工期、技術可行性等要求，決定采用土釘墻支護技術對邊坡進行保護，支護面積為5681m2。

二、土釘墻工作機理

土釘墻支護技術是一種原位土體加固技術，土釘墻由原位土、設置在土中的土釘與噴射混凝土面層組成。通過土釘、面墻與原狀土三者共同作用，形成以主動制約機制為基礎的復合體，從而明顯提高邊坡土體結構的強度和抗變形能力，增強復合體的整體穩定性，具有造價低、工期短等特點。

三、土釘支護主要技術參數

根據呂四船閘基坑周圍現狀和坑深要求，土釘墻劃分6個典型剖面。坡高分別為：8.5m、8.5m、9.7m、9.7m、8.3m、8.3m。坡比皆為1∶0.3。土釘為注漿土釘，采用梅花形布置，間距為1.5m。共布置六排土釘，第1、2排土釘長度為L=9.0m，III級φ20螺紋鋼，第3、4排土釘長度L=12.0m，III級φ25螺紋鋼，第5、6排土釘長度為L=7.0m，III級φ25螺紋鋼。

混凝土面層厚度為10cm，混凝土強度為C20。面層結構鋼筋網片為φ8@250mm×250mm，加強筋為φ16，間距2000mm。

孔徑為110mm，土釘與水平傾角為10°，注漿選用1∶0.5的水泥凈漿，強度20MPa。采用常壓灌注，水泥為P.C42.5，水灰比0.45。

四、主要施工工藝

1.工藝流程

工藝流程如圖1所示。

2.施工準備

（1）施工組織

土釘墻施工專業性較強，項目部組織內容主要包括：選擇專業施工隊伍；迅速組織土釘墻施工機械進場；及時編制材料計劃、組織材料進場；妥善協調處理對外交通、當地村民的關系，化解地方矛盾。

（2）技術準備

項目部組織土釘墻施工人員學習設計文件，進行圖紙會審，理解設計意圖，準確掌握土釘墻施工細節和施工質量標準。

項目部組織編制土釘墻專項施工方案并對相關人員進行安全、技術交底。明確施工操作要點、質量標準和安全注意事項。對可能出現問題的部位和工序，提出針對性措施。

設置土釘墻開挖線、水準點、周圍建筑物變形觀測點，并加以妥善保護。

（3）現場準備

地上、地下各種障礙物的調查、拆除；現場平整；測量放線；供水、供電、照明、管線敷設；臨時道路、房屋施工等。

3.施工降排水

為了避免被加固土體處于飽和狀態并減輕作用于面層的靜水壓力，便于邊坡開挖，保證土釘墻邊坡的穩定，施工前首先進行排水系統施工，以便排除地表水、基坑水和支護土釘墻內部水。

4.土方開挖

開挖前，首先測量復核控制點并形成控制網，開挖范圍內控制點引測到機械活動區域外并加以保護。然后測放出開挖區上下口線。同時準備一定數量的材料，包括砂袋、鋼管以及適量包裝水泥等，作為回填土開挖工作面緊急堆壓使用。

土釘墻邊坡開挖時，按分層分段分區、自上而下進行。垂直方向上分為6步開挖，每步開挖至土釘孔位下50cm處，即第一步開挖至第一排孔下50cm處，第二步開挖至第二排孔下50cm處，依此類推。水平方向上從端頭順序開挖，開挖長度為20m。

開挖過程中，開挖機械不得碰撞已支護的土釘結構、墻壁土體和降水設施。

當發現土體側向變形較大且超出設計控制范圍時，立即暫時中止開挖，采取措施進行處理。雨季施工時，基坑做到及時排水，用彩條布保護開挖面。

當土釘墻邊坡開挖至設計深度后，如果支護下部發生坑內位移，立即在坑內側堆土或拋石，并同時在支護結構外側卸載，待穩定后，采用打設錨桿或在坑底注漿加固。

當用機械進行土方開挖后，預留20～30cm，采用掛線法進行人工修坡，以達到設計規定的坡度，保證噴射混凝土面層的厚度和平整度。嚴禁坡壁出現超挖或造成邊壁土體松動。

圖1 土釘墻工藝流程流程圖

開挖過程中，如遇到土質與原設計有異常情況時，及時向設計單位進行反饋。在完成上一層作業面土釘噴漿與噴射面層混凝土達到設計強度的70%以前，不進行下一層的開挖。土方開挖后24h內完成土釘放置及混凝土噴射施工。

5.測放孔位

測量人員按設計圖紙要求，用全站儀測放出各土釘孔的點位，然后用Φ10長30cm的鋼筋進行編號標記。

6.成孔

采用螺旋鉆機成孔。成孔時，將螺旋鉆機垂直置于操作平臺上，采用分次鉆進方法。對于不適合機械成孔的土層，采用人工洛陽鏟成孔，孔徑、孔深、孔距、傾角滿足設計標準的要求。

如出現邊坡土體含水量較大、松散砂層等情況不宜進行人工成孔時，可采用鋼套管代替鋼筋，利用機械打入土層。鋼管直徑為48mm，壁厚2.5mm，鋼套管上可每隔300mm鉆直徑8～10mm的出漿孔，梅花形布置，并以＜30°角鋼呈倒刺狀焊于孔邊，以防打管時散落土粒堵塞出漿孔，同時增加其抗拔力，鋼管前端做成錐形，以減少打入時的摩擦阻力。成孔過程中如遇障礙物需調整孔位時，以不影響支護安全為原則進行。

7.土釘制作、安放

土釘制作前，對鋼筋進行除銹、除油污、調直等處理。土釘主筋按設計長度加200mm下料，外端設90°、長度為200mm的彎勾，主筋每隔2000mm焊對中支架，防止主筋偏離中心；支架的構造不能妨礙注漿時漿液的自由流動。土釘制作完成后，在鋼筋外加環狀塑料保護層或涂多層防腐涂料加以成品保護。

安放土釘時，將注漿管與主筋捆綁在一起，注漿管離孔底0.5m左右。

8.造漿、注漿

（1）采用攪拌機制純水泥漿，水泥型號為P.C42.5，水灰比為W/C=0.5。

（2）采用重力、低壓（0.4～0.6MPa）方法按配比將水泥漿注入孔內。重力注漿以滿孔為止，但需1～2次補漿；采用壓力注漿時，注漿泵的規格、壓力和輸漿量符合設計要求。為了保證注漿質量，采用二次注漿法，并在鉆孔口設置止漿塞和排氣孔。

（3）注漿時，將導管緩慢拔出，出漿口應始終處于孔中漿體表面之下，保證孔中氣體能全部排出。注滿后及時封堵，讓壓力緩慢擴散。

（4）注漿開始或中途停止超過30min時，應用水或稀水泥漿潤滑注漿泵及其管路。

9.掛網

（1）掛網鋼筋使用前應調直、除銹、除油。

（2）鋼筋網片用直徑8mm盤條鋼筋焊接或綁扎而成，網格尺寸250mm。在噴射第一層混凝土之后，將面層內的鋼筋網片固定在邊壁上，保護層厚度不小于30mm。

（3）鋼筋網片與土釘和橫豎壓筋連接牢固，借助于井字架與土釘外端的彎勾焊接成一個整體，使其在混凝土噴射下不出現振動。鋪設時，上下兩層之間的塔接長度不小于300mm。搭接時上下左右一根對一根相應搭接綁扎，搭接長度不小于300mm，并不少于兩點點焊。橫豎壓筋要雙面滿焊，不得有氣孔、咬肉等現象。

（4）加強筋采用直徑為16mm螺紋鋼，按2000mm間距布置，與網片及土釘端頭焊接連接。布置時，保護層厚度不小于30mm。

10.噴射混凝土

噴射面層混凝土順序采用“先噴后錨再噴”的二次噴射法，即在邊坡人工修好后，首先進行噴第一層混凝土，然后掛網錨固，接著進行第二次混凝土噴射作業。這樣不僅能保證邊坡的穩定，而且可以保證保護層厚度和土釘墻的施工質量。

11.養護

噴射混凝土終凝后2h，連續灑水養護7d左右。

五、質量控制措施

1.原材料檢驗

土釘墻支護施工所用原材料（水泥、砂石、混凝土外加劑、鋼筋等）在施工前按規范要求進行檢測試驗，符合要求后方可進行施工。

2.嚴格控制成孔質量

其中孔位允許偏差為≤150mm，鉆孔傾角允許偏差為≤3°，孔徑允許偏差為（+20mm，-5mm），孔深允許偏差為（+200mm，-50mm）。

3.注漿強度及噴射混凝土強度檢驗

水泥漿用70mm×70mm×70mm立方體試件經標準養護后測定其強度；噴射混凝土強度用邊長100mm立方體試塊進行測定。制作試塊時，將試模底面緊貼邊壁，從側向噴入混凝土，每批至少取3組試件，強度等級不低于C20，3d強度不低于10MPa。

4.噴射混凝土厚度檢驗

采用鑿孔法或用混凝土厚度標志檢查。檢查數量為每100m2取一組，每組不少于3個點，其合格條件為：全部檢查處厚度平均值應大于設計厚度值，最小厚度不應小于設計厚度的80%。

5.土釘抗拔力試驗

施工中，留3根非工程土釘進行抗拔試驗，其孔徑注漿材料等參數及施工方法與工程土釘完全相同，在注漿體強度不低于6MPa時檢驗土釘的抗拔力是否滿足設計要求，加荷至設計抗拔力的1.5倍，觀察其抗拔力和變形，一旦發現異常情況，及時采取措施或向設計單位反饋。

六、施工監測

為了掌握土釘墻結構的穩定性、周圍建筑物的變形情況，保證施工人員安全，施工前，須制定施工監測專項方案。在土釘墻前沿、大橋橋臺及民房墻角處設置沉降、位移監測點，按計劃進行跟蹤監測，當觀測值達預警值時，及時報警，采取措施。監測內容主要包括：土釘墻坡頂水平位移、坡頂沉降；大橋、民房位移和沉降；大橋及民房原有的裂縫位置、數量、長度、寬度、深度等發育情況。

通過上述各項措施的實施，既有效地解決了呂四船閘土釘墻支護穩定性和變形問題，又保護了周圍建筑物，最終為呂四船閘主體順利施工創造了有利條件，實踐證明土釘墻支護技術在呂四船閘得到了成功運用■

（作者單位：江蘇淮陰水利建設有限公司223300淮安水利房地產開發有限公司223001）