土钉墙、预应力锚杆、微型桩在深基坑支护的应用.doc
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土钉墙、预应力锚杆、微型桩在深基坑支护的应用
作者：
刘涛-1汪立刚–2
作者单位：
刘涛（河南省昊鼎建筑基础工程有限公司郑州454008）
汪立刚（河南省昊鼎建筑基础工程有限公司郑州454008）
［摘要］：
本文结合工程实例和工程地质情况，详细介绍了建筑基坑工程支护施工方案的比选和基坑支护工程设计，并在施工技术方案分析的基础上，对整个基坑施工技术进行了详细阐述，对施工监测进行了评价。
［关键词］：
基坑支护、土钉墙、预应力锚索、微型桩；施工技术、监测。
1 工程概况
河南中医学院第一附属医院综合楼位于郑州市人民路，建筑面积约31657.4平方米，建筑高度99.6米，地上33层，地下2层，施工场地具备三通一平条件。
基坑平面尺寸不规则，开挖长约50米，宽约50米，开挖深度约9米。
场地地下水类型为潜水，潜水含水层岩性主要为粉土、中砂和细砂，其补给来源主要为大气降水，排泄方式主要为蒸发及人工开采，勘察其间地下水位埋深7.3~7.5m（绝对标高为92.10～92.00m），3-5年历史最高水位按5.0m（绝对标高为95.00m）。
基坑北侧存在一栋7层住宅楼和一个1层停车场，7层住宅楼距离基坑坡脚线最近10.8米，停车场距离基坑坡脚线最近1.9米。
基坑西侧存在一栋7层住宅楼和一栋1层建筑物，7层住宅楼距离基坑坡脚线最近6.7米。
1层建筑物距离基坑坡脚线最近约1米。
基坑西南侧存在一栋2层建筑物，2层建筑物外墙线部分已紧贴基坑开挖坡脚线，基坑施工前需拆除此建筑物的一部分。
基坑东侧为正在使用的高层病房楼，病房楼外墙距离基坑开挖坡脚线约16米。
东侧存在一条架空热力管道。
本工程周边环境条件较复杂。
2基坑支护方案的选择
本工程基坑大面积挖深8.7米，局部电梯井挖深10.7米。
属于深基坑工程。
场地周边环境复杂，场地较狭窄，没有足够放坡空间，周边存在多栋建筑物和一条热力管道，基坑设计及施工时必须充分考虑这些因素，保证基坑施工期间周边环境的变形在规范允许范围内。
如果基坑变形超出规范要求将对周边环境造成严重危害，边坡支护设计时首先考虑的是护坡桩（灌注桩）+预应力锚索支护方案，这种支护形式虽然安全性能有保证但造价较高。
以“安全适用、经济合理”的设计原则，并结合本工程的实际情况和郑州地区类似基坑的施工经验，为降低支护造价，考虑该边坡采用土钉墙支护。
局部边坡为加设预应力锚杆和微型桩的复合土钉墙进行支护，土钉墙、预应力锚杆、微型桩共同工作可有效限制变形，可以满足安全性要求。
根据基坑各侧实际情况，经分析类比，研究确定本基坑边分5个支护剖面：
基坑大面积边坡支护为1-1剖面，局部边坡放坡空间不够的情况支护为1a-1a剖面；基坑北侧电梯井局部较深，并且北侧临有一栋7层住宅楼，此边坡支护为2-2剖面；西侧临有一栋7层住宅楼，此边坡支护为3-3剖面；南侧临有一栋2层楼，此边坡支护为4-4剖面。
1-1剖面选型为土钉墙支护方案；1a-1a、2-2、3-3、4-4剖面为土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护方案。
2.1基坑支护方案设计
1－1剖面
采用土钉墙支护结构，土钉墙坡度1：
0.3，土钉墙支护设计6排土钉。
1a－1a剖面
采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构，土钉墙坡度1：
0.1，设计5排土钉、1排预应力锚杆。
设置一排微型桩，间距1m，桩长14m，采用DN50钢管，成孔直径100mm。
2-2剖面
采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构，土钉墙坡度1：
0.3，采用二级放坡，设计6排土钉、1排预应力锚杆。
在-4.05米处设置平台，台宽1米，在平台上设置一排微型桩，间距1m，桩长12m，采用DN50钢管，成孔直径100mm。
3-3剖面
采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构，土钉墙坡度1：
0.3，采用二级放坡，设计5排土钉、1排预应力锚杆。
在-4.05米处设置平台，台宽0.5米，在平台上设置一排微型桩，间距1m，桩长10m，采用DN50钢管，成孔直径100mm。
4-4剖面
采用土钉墙+预应力锚杆+微型桩支护结构，土钉墙坡度1：
0.1，设计4排土钉、2排预应力锚杆。
在坡顶设置一排微型桩，间距1m，桩长14m，采用DN50钢管，成孔直径100mm。
3.基坑支护的施工方法
3.1土钉墙支护施工
3.1.1土钉墙施工方法
土钉墙支护要与基坑开挖紧密配合，各道工序实行平行作业，依次有序地进行：
凿孔→安装土钉→注浆→挂钢筋网→焊加强筋→喷射砼。
1.凿孔：
采用洛阳铲成孔，按设计的孔位布置进行测量画线，标出准确的孔位，然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行凿孔，严格注意质量，逐孔进行验收记录，不合格者为废孔，重打。
2.土钉安放：
按照设计规定的土钉的长度、直径，加工合格的杆体，为使土钉处于孔的中心位置，每隔2m焊结一个居中支架，将土钉体安放在孔内，支架构造应不妨碍注浆时浆液的自由流动。
3.注浆：
在安装土钉钢筋的孔内注入0.45-0.55纯水泥浆，压力不低度于0.4MPa，确保土钉与孔壁之间注满水泥浆，注浆应由里向外注，需将注浆管插入孔内距孔底约0.5-1.0m处，用废编织袋封堵孔口，防止浆液外流。
4.挂网：
按要求用钢筋调直机把Φ6.5圆盘钢筋调直，满足使用要求。
在修好的边坡坡面上，按各坡面设计要求，铺上一层Φ6.5@200×200钢筋网，网筋之间用扎丝间隔绑扎，钢筋搭接要牢，网格允许偏差为±10mm。
钢筋网铺设时每边的搭接长度应不小于200mm，如为搭焊则焊长不小于网筋直径的10倍。
网片与坡面间隙不小于20mm。
土钉与面层钢筋网的连接可通过垫板、螺帽及土钉端部螺纹杆固定。
垫板钢板厚8～10mm、尺寸为200mm×200mm～300mm×300mm。
垫板下空隙需先用高强水泥砂浆填实，待砂浆达一定强度后方可旋紧螺帽以固定土钉。
5.加强筋焊结：
等注浆、绑扎网片施工完成后，用Φ12圆钢将土钉头部连接起来，在网片上与土钉钢筋焊接且菱形交叉布置，土钉端头焊接锚头，材料同土钉，双面焊接，各焊接点必须牢固。
6.喷砼：
在上述工序完成后，即可喷射砼，厚度按设计要求喷100mm，配合比现场取样试验配制，水泥采用P.O32.5水泥，强度达到C20，要求表面基本平整。
3.2予应力锚杆施工
3.2.1施工方法
1．成孔
采用洛阳铲成孔，按图纸设计的孔位标高，进行测量画线，标出准确的孔位，然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行成孔，严格注意质量，逐孔进行验收记录。
锚孔水平间距误差应不大于100mm，倾角误差不大于1°,孔深误差不得大于设计深度±30mm。
2．锚杆制作安装
钢筋应除油污、除锈，排列要均布、平直，沿杆体轴线方向每隔2.0m设置一个隔离架，一次注浆管及二次注浆管应捆扎牢固（一次注浆管在外，二次注浆管居中；二次注浆管锚固段长度内做喷浆孔，间距800mm，并用胶带封好，防止一次注浆浆液流入管中），注浆管均采用高压塑料管。
锚杆自由段应涂油并采用塑料护套包裹，与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用扎丝绑紧。
最后将锚杆固定好平稳送放至孔底。
3．注浆
一次注浆：
钻孔完成后，安放锚杆体，然后注浆。
注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆材料采用纯32.5水泥浆，水灰比为0.8-1.0，压力不低于0.4MPa，为确保锚杆体与孔壁之间注满水泥浆，注浆采用由里向外注，先注锚固段，当水泥浆从孔口溢出后，停止注浆，封堵孔口。
二次注浆：
一次注浆达到初凝（8-10小时）进行二次劈裂注浆。
注浆压力控制在1.2-3.0Mpa，通过高压注浆，将一次注浆锚固体劈开、膨胀，然后形成新的锚固体系。
一、二次注浆水泥用量总和不少于60Kg/m。
二次注浆管前端用高压塑料管。
4．端头保护
锚杆注浆完成后外露部分要用胶布及防腐材料包缠好，防止钢筋损伤或生锈。
5．腰梁、垫板安装
根据设计要求，采用2×10#槽钢做腰梁。
2根槽钢上下平行放置，用槽钢（或钢板）电焊连接，保证固定垫板与孔向垂直、和孔中心一致。
垫板尺寸为200×200×10钢板。
6．防腐
①防腐：
加工好的成品（或半成品）钢筋如存放时间较长，需采用水泥浆封闭防腐，钢筋杆体周围必须有大于20mm厚的保护层。
②自由段的防腐：
自由段内钢筋采用三重防腐措施：
首先表面涂润滑油或防腐漆，然后外面包裹塑料布或胶带；最后套上波纹管，波纹管端部必须扎紧，并用胶带封好,形成三层防腐。
7．锚杆安装、张拉：
①张拉前应对张拉设备进行检验，并检验锚头丝杆是否有伤残。
②安装张拉设施时，应保持千斤顶与锚杆体在同一轴线上。
③张拉程序、加荷等级、均按锚杆施工规范要求严格执行。
8．锁定、记录：
①根据注浆浆液强度达到设计强度的75%时进行张拉，加荷采用600kN张拉设备，测读每级荷载下的弹性位移及总位移量。
②在每级荷载条件下，应停留3-10分钟，测读位移，当位移稳定时，方能进行下一级加载。
③在加载过程中，如出现压力不稳定、钢筋伸长量急剧增加时，或某一级伸长量高于前一级伸长量的2倍时，应及时锁定。
3.3微型桩施工
施工工序：
测量放线定桩位→钻机就位整平→钻孔→下注浆管→填碎石→注浆。
3.3.1测量放线定出微型桩桩位，桩位偏差小于50mm。
3.3.2采用专用的小钻机或洛阳铲在放好的桩位上钻孔，
3.3.3注浆管采用DN50钢管，钢管下部3米范围内为花管，钢管上花管部分打5-10mm灌浆孔，间距200mm，沿管表面螺旋状布置，钢管下端的孔眼焊堵严密。
成孔后将钢管距孔中下入桩孔中，钢管下端下至孔底，上端略高于地面，为了防止钢管被异物堵塞，钢管上端用棉纱堵塞。
3.3.4注浆管安放好后，投入粒径5mm-15mm碎石，填实桩孔侧壁。
3.3.5用压浆泵通过钢管向桩孔内压注水泥浆，注浆浆液采用水泥浆，水灰比采用0.8-1.0，注浆压力值0.4-1.0MPa，压浆时浆液从孔底的钢管灌浆孔中压出，压入钢管周围细石及土体的空隙中并自下而上向上升，当浆液升至地面时停止注浆，静置30min后进行二次补灌。
4基坑施工监测
4．1 监测内容
根据本工程基坑开挖深度、环境特点、地基土层物理力学性质指标和围护设计方案要求，监测内容如下：
⑴支护施工中的边坡位移监测
⑵降水施工中的沉降监测
⑶土方开挖、降水施工中的水位监测
⑷基坑工程施工中对周边管线的监测
⑸对周边建筑物的监测
4．2 监测工期频率及警戒值
根据基坑开挖、降水、支护的进度计划，基坑监测分3个阶段，根据不同施工阶段诱发基坑形变程度的不同,确定相应的观测频率：
第一阶段：
边坡支护施工、土方开挖期间，每天观测1次。
第二阶段：
降水井完成并开始抽水，每天观测1次。
第三阶段：
土方开挖、支护完成、降水井维持抽水，每2天观测1次（支护完成后15天内如未出现大的异常变化，观测即可停止）。
在遇到变形、沉降或其他观测值变化速率加快，或者遇到自然灾害如暴雨、地震等情况，将加大监测密度。
监控报警值
序号
监测内容
安全性判别
判别标准
预警值
报警值
1
支护坡顶水平位移
水平位移速率、位移量
连续三日＞2mm/d或累计20～30mm
＞30mm
2
周围建筑物沉降
差异沉降量、沉降速率
累计0.0015L～0.002L（L为相邻测点的中心距离（mm））或连续三日＞2mm/d
＞0.002L
3
周围建筑物倾斜
倾斜量、倾斜速率
2‰～4‰或连续三日＞0.0001H/d（H为建筑物承重结构高度）
＞4‰
4
管线变形
累计沉降量、沉降速率
累计20～30mm或连续三日＞2mm/d
＞30mm
5
周围环境监测
目测巡视基坑附近地面情况
地面出现5～10mm裂缝
地面出现＞10mm的裂缝且尚可能发展
目测巡视基坑周围已有建筑物情况
建筑物砌体出现0.1～1.5mm的变形裂缝
建筑物砌体出现＞1.5mm的变形裂缝且尚可能发展
4．2 监测结果
该基坑监测工作于2008年9月初开始进行，于2009年5月8日结束监测工作。
其监测结果如下：
支护结构位移值大部分在17mm以内。
锚杆应力在150Mpa以内，环境的沉降量最大为10mm，地下室完工后各种观测结果变化较小。
5结语
（1）通过基坑变形监测结果及对周边环境情况的调查表明，整个施工过程中基坑始终处于稳定状态，基坑周边未发生任何不良环境地质问题。
设计和施工取得了圆满成功，同时节约了工程造价。
（2）土钉墙、预应力锚杆、微型桩共同工作可有效限制变形，可以满足安全性要求。
参考文献
［1］.JGJ120-99建筑基坑支护技术规程［S］.北京：
中国建筑工业出版社，1999.
［2］.刘建航,侯学渊.基坑工程手册［M］.北京：
中国建筑工业出版社，1997.
［3］.《理正建筑深基坑支护软件》
［4］.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
［5］.《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002
个人简历：
姓名：
刘涛职称：
助理工程师
详细注明通讯地址：
河南省郑州市农业路22号兴业大厦A座12F
河南省昊鼎建筑基础工程有限公司邮政编码：
450008
电子信箱：
109172543@电话：
13223013973
姓名：
汪立刚职称：
助理工程师
详细注明通讯地址：
河南省郑州市农业路22号兴业大厦A座12F
河南省昊鼎建筑基础工程有限公司邮政编码：
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电子信箱：
wanglg2008@电话：
13663007400
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