裝配式可回收土釘墻基坑支護技術的研究與應用

張寒松 張嘉宸

山東平安建設集團有限公司 山東 濟南 250306

土釘墻支護是基坑、邊坡工程中一種常用的支護技術，由土釘、釘間土體、面層共同組成受力結構，傳統做法為先施工土釘后掛網噴面。

目前土釘做法一般為成孔后放入鋼筋，然后注漿，土釘桿體一般采用鋼筋。面層做法目前基本上是在坡面綁扎鋼筋網，然后噴射混凝土。這樣做的結果是基坑回填后材料不能回收，直接埋入地下，不僅造成材料浪費，而且對地質環境造成污染。同時，已施工土釘可能成為周邊新建地下工程施工的障礙，影響后續地下空間開發。

隨著山東平安建設集團有限公司與山東大學聯合開發的土釘墻回收技術的研究與成功應用，在基坑施工結束后，把面板、土釘、腰梁龍骨拆卸下來，在后續工程中重復使用，這樣不僅節約了造價，同時也節約了資源，保護了環境，造福于后代，更符合“綠水青山就是金山銀山”的時代理念。

1 工程概況

濟南市長清區平安山莊裝配式實驗樓工程，總建筑面積5 972 m2，地下1層，地上5層，建筑高度15.30 m，層高2.9 m，工程結構形式為裝配式剪力墻結構體系。

該樓在施工過程中，從1層開使用預制構件，構件種類：預制外墻板、預制內墻板、預制疊合梁、預制疊合板、預制樓梯、預制女兒墻、預制陽臺、預制空調板、預制雨篷。基坑采用預制可回收混凝土板。

2 裝配式可回收土釘墻支護工藝原理與工藝流程

2.1 工藝原理

可拆卸土釘墻面板支護體系是近年來發展起來的一種新型支護體系，旨在確保邊坡土體的整體穩定性，而在邊坡土體內設置長度與高度方向的土釘，與土體共同承載土的推力作用，使土體的抗拉、抗剪強度得以顯著改善，并使土體自身抗滑移強度得以大幅度提升，從而改變隨坡度的增大、邊坡易變形和破壞的現狀，實現土體整體穩定性。

可拆卸土釘墻體系利用土釘鎖定滑移裂面大、坡面端部受力較小的特點，充分發揮土體的自承載能力，通過面板和土釘提前預加應力約束邊坡變形，從而形成穩定的邊坡支護體系[1-5]。

裝配式可回收土釘墻一般適用于含少量有機質的雜填土、粉質土、砂土、黏性土、礫砂和填土層，且基坑開挖深度小于12 m的邊坡施工。

2.2 可回收土釘墻支護體系工藝流程

按設計深度分層開挖工作面及邊坡坡面→修整邊坡→測放土釘孔位→機械就位→土釘旋入至設計深度→安裝土釘端頭節點→安裝龍骨→安裝面板→防水處理→挖下層工作面

3 操作要點

3.1 基坑降水

根據待開挖基坑場內的實際水位狀況，在土方開挖前提前進行基坑降水，要求在分層開挖時，水位降低至本層土層以下0.5 m處，確保土方開挖不受地下水影響，保證施工順利進行。

3.2 邊坡修坡

1）根據施工現場基坑施工方案，對于分層開挖的基層邊坡，由專人指揮挖掘機并配合人工進行修坡，并按設計坡度比逐段進行修坡，要求坡壁平滑一致，達到設計要求，以利于安裝可拆卸土釘墻面板。

2）根據現場土質情況，基坑開挖深度一般為1.0～2.5 m，嚴禁超挖。

3）基坑開挖長度應視邊坡土體土質情況、土體自穩定時間、施工現場外運土方速度而定。土質穩定性好、質勻，含水量少，一次開挖長度宜為15～20 m，反之要縮短開挖長度，以策安全。

4）開挖中現場技術人員要隨時查看土層土質與地質勘察報告是否相符，如遇異常要及時上報專業工程師，確保基層邊坡的安全開挖。

3.3 土釘施工

采用專用工具將土釘旋入，旋入角度偏差小于1°，長度偏差小于50 mm。

3.4 安裝龍骨、面板

將角鋼架安裝在土釘端頭上，依次安裝托盤和螺母，并初步擰緊，然后安裝面板，面板安裝完成后再次擰緊螺母，保證面板通過龍骨與托盤、土釘連接牢固。面板安裝完成后用M5水泥砂漿灌縫，保證雨水不通過接縫深入坡體。

保證頂層與地層面板的牢固，頂層面板端頭在預制時安裝U形薄壁型鋼，與坡頂鋼筋網焊接在一起，坡頂1～2 m范圍內綁扎φ6 mm@250 mm單層雙向鋼筋網，并在端部插入短鋼筋固定，再澆筑厚80 mm混凝土。

底層面板在安裝時深入坡底以下200 mm，并保證底面平整，坡底至排水溝處硬化處理，防止雨水浸泡坡底導致面板脫落。

混凝土與砂漿應養護5～7 d。

3.5 排水系統

坡頂周邊宜做硬化處理并設置擋水墻，坡底周邊設置排水溝與集水井，并與邊坡保持0.5～1.0 m距離，集水坑內積水應及時抽出。

在坡體含水層部位設置泄水管，可在部分面板上預留圓孔以方便插入泄水管，泄水管一般采用PVC管，并設置濾網，泄水管直徑不小于50 mm，插入長度不小于400 mm，以便及時排除坡體積水。

4 裝配式預制可回收面板的施工過程

4.1 土釘施工

可回收土釘（圖1）的特點是無需成孔和注漿，采用專用工具將土釘旋入土層。

圖1 可回收土釘

為方便回收，土釘每節長1～2 m，每節土釘采用專用連接件連接，土釘施工完成后，端頭采用螺母與面層緊密連接。

基坑開挖結束后，基坑回填時利用鉆機反方向循環，將土釘拔出，實現土釘的回收利用，土釘可用于下一個工程（圖2）。

圖2 土釘現場施工

4.2 土釘加強筋

土釘加強筋由固定面板的角鋼龍骨擔任，2根角鋼通過間距0.5 m的綴板固定（圖3）。

圖3 角鋼龍骨

4.3 面板與土釘安裝節點

可回收土釘端部帶有螺絲與螺母、托盤，面板與龍骨安裝完成后，安裝托盤并擰緊螺母，實現土釘與面層的緊密連接（圖4、圖5）。

圖4 節點剖面

圖5 節點平面

4.4 細部處理

4.4.1 坡體排水

在面板預制時，部分面板中間預留φ100 mm孔，在含水層部位采用這些面板，在預留圓孔部位安裝泄水孔，泄水孔采用φ75 mm的PVC管，外包2層濾網。

4.4.2 坡頂構造

頂層預制面板需與坡頂面層連接牢固，頂層面板端部一側在預制時安裝薄壁型鋼，坡頂配筋與型鋼焊接（圖6），保證頂層面板的牢固。

圖6 坡頂構造大樣

4.4.3 坡底構造

底層面板同樣需要固定牢固，坡底整平，底層面板深入基底以下200 mm，安裝完成后坡底至排水溝處做硬化處理，防止坡底浸水破壞，導致底層面板脫落。

5 質量保證措施

5.1 原材料

嚴把進料關，由材料員負責材料質量，質檢員隨時抽驗原材料質量，嚴禁不合格材料進場。所有鋼材、水泥進場須有出廠質量證明書，并對其進行復檢，合格后方可使用。砂石原材料進場后及時取樣送檢，合格方可使用。

5.2 土釘

土釘由技術人員按照設計要求放線，并進行復查。土釘在旋入過程中注意控制位置及傾角，施工完成后對位置、傾角、旋入深度進行檢查驗收，并做好記錄，驗收合格后進入下一道工序。

5.3 龍骨與面板

龍骨及面板安裝由技術人員指導工人進行安裝，龍骨應與土釘端頭連接牢固，保證龍骨水平，面板安裝時應保證與龍骨連接牢固，面板之間緊密，無傾斜、不規則的裂縫，面板及龍骨安裝完成后擰緊土釘端頭螺母，保證龍骨與面層牢固，不發生晃動、脫落等現象。施工完成后進行驗收，并做好記錄，合格后進行下一道工序。

5.4 防水

灌縫砂漿應根據設計強度要求計算配合比，砂漿質量應符合相關規范要求，灌縫時應保證灌注密實，無孔洞、裂縫等質量問題，表面應抹平，施工完成后應進行養護并進行驗收，合格后方可進入下一道工序。

5.5 土釘抗拔力試驗

同一條件下，試驗數量不宜少于土釘總數的1%，且同一土層中的土釘檢測數量不少于3根，試驗土釘應按照隨機取樣的原則選取。

6 經濟效益分析

濟南市長清區平安山莊裝配式實驗樓工程，其中基坑開挖長40 m，寬21 m，深4.2 m，使用可回收面板1.2 m×1.2 m×60 mm（厚）面板178塊，工程于2017年6月基礎施工完畢后，土方回填時，同步回收相關面板、土釘，待后續基礎工程使用。

以該工程為例，采用可回收面板共計節約11.97萬元，工程取得圓滿成功，為公司創造了顯著的社會效益和經濟效益，為今后施工積累了寶貴的實踐經驗。

7 結語

可拆卸土釘面板支護體系施工方便、操作簡單，縮短了傳統施工現場基坑支護掛網、錨噴的作業時間，節約了工期，加之可回收造價也大大降低，從實際工程操作情況來看達到了預期效果，從而證明了可拆卸土釘面板支護體系作為基坑支護新方法是可行的。