土釘墻施工及其質量控制

鄭騰龍

（平潭新家園市政養護有限公司，福建 平潭 350400）

0 引言

就當下而言，隨著城鎮化的不斷深入，人口不斷向城市聚集，從而導致伴城市人口急劇增加，如何合理開發以及充分利用地下空間已成為社會的焦點，許多城市陸續開始了地鐵的建設、地下車庫、商圈的規模也在不斷增大、數量也在不斷增多。地下空間深度的增加對于基坑的穩定性有了更高的要求。基坑開挖施工過程中，其支護工程的安全性對于整個項目的安全和工期有著舉足輕重的影響，支護方式的確定以及支護方式施工質量的控制都對基坑開挖過程中有著直接影響。

自20 世紀90 年代以來，基于在城市化過程中大量涌現了高層及超高層建筑物，深基坑工程也愈來愈多，與之同時，繁多的建筑物、不同的深坑形式，造成了基坑的開挖條件變得愈來愈復雜多樣化。所以對待基坑施工過程中開挖和邊坡支護的設計相關理論、施工技術等方面的標準亦變得更高[1-4]。隨著我國的經濟建設得到了高速的進步，且城市化建設推動了地下空間方面的探索與開拓，國內于基坑工程的設計方法、施工技術、監測手段等問題均有不小的突破發展[5]。

深基坑邊坡支護、支撐工程施工方案的正確應用將對地下室基坑工程工作人員生命及財產安全產生重要影響，怎樣做好深基坑邊坡支護、支撐的施工，是結構工程良好實施的基礎保障，對臨邊建筑影響，起到至關重要的作用。

1 土釘墻支護簡述

1.1 常見土釘墻支護的形式

根據目前土釘墻相關理論的科學研究并結合實際工程的施工經驗，比較常見的土釘墻支護方式的應用可分為以下幾種類別[6]。

（1）土釘墻-止水帷幕-微型樁-預應力錨桿：當基坑有著較深的開挖深度且需對基坑的變形量進行嚴格監測和控制時，而項目所處位置的周邊環境以及地質、水文條件相對較繁雜時，一般宜采用土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿的形式作為支護體系，如圖1 所示。此支護方式通常情況下能夠代替樁錨或地下連續墻支護體系。此支護體系一般布置2～3 排預應力錨桿，并選用旋噴樁或攪拌樁作為止水帷幕；當微型樁的樁徑比較大時，則宜采用型鋼樁。

圖1 土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿結構示意圖

（2）土釘墻-止水帷幕-預應力錨桿：土釘墻-止水帷幕-預應力錨桿支部體系在實際工程的應用中是最為普遍的，如圖2 所示。施工期間的人工降水措施會重新分配基坑周邊的地應力，有很大的概率會引起周邊道路、民居和其他建筑物的沉降，對其安全性造成不良影響并容易遭到相關產權人的索賠。所以，在項目建設過程中，基坑支護工程設置止水帷幕是十分必要的。止水帷幕能夠起到兩個主要作用：一是加固支護面層，二是止水功能。對于止水帷幕來說，其施工方式主要有下列幾種形式：攪拌樁、注漿、旋噴樁等。

圖2 土釘墻-止水帷幕-預應力錨桿結構示意圖

（3）土釘墻-預應力錨桿：基坑開挖土層為粘性土時，開挖過程對于環境條件沒有較高的要求，且基坑周邊不涉及復雜交通和密集的構筑物同時還允許采取降水措施時，可不設置止水措施，基坑的開挖深度較深且對于是否放坡開挖不作具體要求時，也適合采用土釘墻-預應力錨桿的形式作為支撐體系，設置預應力錨桿能夠有效提高支護體系的穩定性和支護強度，從而減小墻體的變形和位移，如圖3 所示。

圖3 土釘墻-預應力錨桿結構示意圖

1.2 土釘墻施工的原理和適用范圍

土釘是用來加固現場原位土體的細長桿件。通常采用鉆孔，放入變形鋼筋并沿孔全長注漿的方法做成。它依靠與土體之間的粘結力或摩擦力，在土體發生變形時被動承受拉力作用。它由密集的土釘群、被加固的土體、噴射混凝土面層形成支護體系。

適用于地下水位以上或經人工降水后的人工填土、粘性土和弱膠結砂土，開挖深度為5～10m 的支護。不適用于含水豐富的粉細砂層、砂礫卵石層、飽和軟弱土層和對變形有嚴格要求的基坑支護。

2 施工準備及施工流程

2.1 施工技術準備

制訂合理的施工方案，有助于厘清和明確支護與開挖之間的工序關系，做好測設工作，爭取盡快進程施工。土釘墻的施工應在采取排水措施之后進行，排水措施能夠有效控制土體的含水量，避免其處于飽和狀態，從而減小甚至消除對面層產生不利影響的靜水壓力。

2.1.1 材料的選擇

（1）鋼筋應提前做好調直、除銹處理，處理妥當之后方可作為土釘使用；（2）水泥優先采用PO 42.5 級的普通硅酸鹽水泥；（3）細骨料采用中粗砂，且其含泥量應控制在3%以內并應注意保持中粗砂的干凈；（4）粗骨料采用級配礫石，其粒徑應控制在20mm 以內；（5）在使用外加劑之前，應提前做好相容性、水泥凈漿凝結等相關確定參數的試驗，從而確定外加劑的劑量以及添加方案。

2.1.2 機械的選擇

錨桿鉆機、空氣壓縮機、洛陽鏟、注漿泵、混凝土噴射機。

2.2 施工工藝流程

2.2.1 開挖、修坡

開挖過程應遵循下列要求：分層、分段、分塊、平衡、對稱、限時；應始終遵守先支后挖、分層開挖、嚴禁超挖的原則。每個單獨開挖過程的開挖深度應控制在土釘下方0.5m 之內，且每次開挖厚度的厚度還應控制在2.5m 以內；如果開挖層為砂層，開挖厚度應小于1.5m。同時，控制分段開挖的長度不超過15m。開挖過程中，一旦遇到雜填土、軟土層等不利情況，必須在分層開挖的前提下，均衡施工且厚度應小于1m。開挖和修坡應始終按照自上而下的順序分層分段進行施工，根據施工圖要求嚴格控制開挖深度及長度。機械設備在開展土方作業的過程，應注意保持土體的穩定，避免出現松動的現象；此外，為了避免裸露土體出現塌陷等不利情況，應盡量縮短土體裸露在外的時間，控制在24h 之內。

此外，在本層土釘和噴射混凝土面層的強度達到設計值的70%之后，方可開展下一層土方的開挖作業。開挖和修坡的過程中，嚴禁在基坑周邊堆放超過設計荷載的土壤，基坑邊線3m之內不可存土、停放機械；應制定相關的防護措施，避免誤觸碰支護結構或對坑底原狀土產生擾動。

2.2.2 噴射第一道面層

在完成開挖作業之后，應立即對邊壁進行修正，待邊壁的坡度和平整度滿足要求之后，立即噴射一層薄混凝土或砂漿作為第一道面層。如果基坑邊壁的地質情況較為良好，則可跳過設置該道面層。

2.2.3 成孔

打孔的機械設備應在符合基坑土層的特性前提下，還應滿足設計的相關要求，在操作鉆桿進出孔洞的過程中，應小心謹慎避免出現塌孔。對于土體較為松散填土、砂土、粉土或軟土，土釘應采用打入式鋼管。制孔的全過程，應配置專人進行記錄，按照順序對土釘進行逐一編號，并記錄鉆孔取出土體的特征、孔洞質量等；取出的土體應及時進行試驗對其相關參數進行確定，并與設計方案的取值進行對比，若發現兩者之間存在較大的偏差，應及時調整土釘的設計參數。

成孔作業的全過程，應始終滿足下列四個指標：位置偏差在±100mm 以內；成孔直徑的偏差控制在±5mm 以內；孔深略大于設計孔深（約100mm）；傾角偏差在±1°以內。

2.2.4 安裝土釘

首先應進行清孔檢查，待孔內殘留的雜質殘渣清理完成之后，方可安裝土釘。在進行土釘的置入作業時，管理人員應進行旁站監督，杜絕施工人員不按圖施工，而造成支護工程質量無法滿足要求。

2.2.5 注漿

按施工圖的要求，常規選擇強度等級為PO42.5 級的水泥進行注漿，壓力控制在0.4～0.5MPa 之間，水灰比控制在0.5～0.6之間；注漿的重點在于水泥漿的配比。

水泥漿的配合比以及注漿密實度對于能否順利完成注漿施工有著決定性的影響。水灰比偏小則漿體較稠，易造成堵管，不利于開展注漿作業；水灰比偏大則漿體較稀，注漿過程中漿體易外流，從而引起孔內出現空鼓，顯著降低支護工程的施工質量。

應通過底部進行注漿，導管底部插入至離孔250～500mm的位置再開始注漿，注漿的過程中緩慢勻速地抽出導管，以避免拔管的速度過大造成漿體脫節。對于土釘支護而言，應進行二次補漿，以確保其密實度能夠滿足要求，從而保證整段土釘能夠被嚴實的漿體包裹。

2.2.6 鋪設、固定鋼筋網

可以通過焊接、綁扎等方式編制鋼筋網，其網格的位置偏差應控制在±10mm 以內，還應滿足設計的相關要求。通常情況下，采用直徑為6.5mm 的HPB300 級鋼筋，網格大小為200mm×200mm，同時要求搭接長度不短于0.5m；加強筋則采用直徑為14mm 的HRB335E 級鋼筋。

2.2.7 泄水孔制作與安裝

完成鋼筋網的編制、固定之后，應立即安裝泄水孔。常規泄水管的管徑應不小于50mm，嵌入面層的部分至少為300mm，待完成安裝之后，應立即使用水泥封孔及固定。泄水孔橫向及豎向的間距不應超過2.5m，且鋼筋網與巖土結合處應補充設置額外一排泄水孔，再根據地質條件適當調整泄水孔的布置。

2.2.8 噴射面層混凝土

噴射面層混凝土的強度、厚度及各項指標應滿足施工圖要求：強度一般需達到C20，而厚度一般控制在80～100mm范圍內。為了更好地使其厚度能夠均勻分布其滿足設計值，可在一定范圍內設置標志。噴射過程也應采用分段的形式進行，單獨分段內的噴射作業應遵循自下而上的順序，單次噴射的厚度一般不小于40mm，不大于70mm，還應注意錯開接縫的位置。

噴射作業時，噴頭應始終垂直于受噴面，距離控制在0.6～1.0m 范圍內。待完成下層鋼筋網的安裝后，底部鋼筋網的搭接范圍再與下層的邊壁同時噴射混凝土。可以采用邊長為100mm 的立方體混凝土試塊進行強度試驗以測定噴射混凝土的強度，噴射混凝土面層的最下端應深入到基坑底部往下200mm左右的位置。

2.2.9 養護

應時刻關注混凝土的終凝時間，終凝2h 后應立即進行噴水養護。養護時間的長短視氣溫的高低而定，一般每天控制在3～7h 為宜。根據基坑環境條件的不同，可以采用覆蓋澆水、噴水及噴涂養護劑等方式進行養護。

3 工程質量控制要點分析

3.1 開挖工作面，修整邊坡

土方開挖之前以及開挖的過程中，應按施工圖的要求進行放樣測設，以優化人工修坡的施工方案，減少工程量；更重要的是，能夠最大程度減少施工偏差對支護土層的擾動。機械完成開挖作業后，還應通過人工修整坡面的方式進行輔助處理，以保證坡面的平整度能夠滿足設計要求。對于干燥或是松散的無粘性土，需先采取灌漿措施進行措施，尤其基坑邊坡易受到外部振動的影響時。

3.2 土釘

為了確保土釘能夠暢通無阻地置入土中且保證土釘全長被水泥漿體包裹，應在土釘全長范圍內沿著土釘的方向每間隔1.5～2m 設置一定強度的支架進行對中定位。

根據施工圖要求進行土釘制作時，土釘彎鉤宜采取“L”形狀進行設置，焊縫的焊角尺寸應滿足：單面不小于10d、雙面焊不小于5d；而且在進行鋼筋置入作業的過程中，應對置入深度進行實時監測，一旦發現置入的長度未能滿足要求，則應立即進行二次取土重新成孔，方可再將土釘重新置入。土釘桿件與加強鋼筋的焊接過程中，在控制焊縫長度超過200mm。

3.3 注漿

土釘能否與周圍土體結合為一個整體，注漿工序是一個關鍵工序。在開展注漿作業的過程中，如果因為突發事件，導致注漿停止超過30min 的情況下，應用水或稀水泥漿對注漿泵及其管路進行潤滑，防止發生堵塞。

3.4 鋼筋網和噴漿

在編制鋼筋網時，應注意鋼筋網的安裝位置應與坡面保持一定的間距，距離一般控制在30mm 左右為宜，以保證鋼筋網能夠被混凝土全部包裹并具有一度的保護層厚度。混凝土一般分兩次進行噴射，第一次厚度控制在40～70mm 的范圍內，第二次噴射厚度再達到設計值。

3.5 降水井

降水井施工完成之后，在下放濾管之前，應注意管面的清潔，去除泥土之后應及時纏繞過濾紗網，避免泥土淤積在管面，造成濾管與降水井之間空隙的堵塞，水體無法及時滲透排出。

待降水井底部泥漿置換完成之后，方可向濾管周圍填充礫石，剛開始填充時宜慢速進行，井管出水之后方可稍微加快填充速度。礫石填充至離地面1.0～1.5m 時，應改用粘土進行填充，填充到地面高度之后應立即進行壓實，并封閉孔口，以避免發生地面水滲漏。

洗井是為了清除降水井邊壁的泥皮，應該得到充分的重視；洗井還能夠將含水層內的泥漿抽來，從而有效復原含水層的孔隙；不僅如此，洗井同時還能夠去除部分細小顆粒，擴大含水層的孔隙，并形成過濾層。完成洗井作業之后，應再對井深進行復測，確保其滿足相關要求。

3.6 排水系統

應嚴格把控排水系統中管件之間的連接質量，避免發生漏水等不利情況；并在適當設置額外連接口，確保有足夠數量的連接口，意外發生的時候，能夠及時補井。還應出水口的位置建設沉淀池，其容量應達到1.5m3以上，以防止地下水中的泥沙沉積堵塞市政管網。

4 結論

在基坑開挖中成功應用土釘墻支護結構體系，不僅大幅降低了工程造價成本，而且由于土釘墻施工周期短而縮短了工程項目的施工周期，工程施工速度大幅提升，為今后基坑的開挖和選用支護結構體系提供了寶貴的工程實踐經驗。