地铁出入段线深基坑土钉墙施工工法.docx
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地铁出入段线深基坑土钉墙施工工法
深基坑土钉墙支护施工工法
1前言
随着我国经济的发展，城市化建设迅猛开来。
但由于城市建设用地的限制,建筑发展模式由平面型向地下或空间发展成为一大趋势，于是基坑的开挖深度也越来越深，同时周边环境越来越复杂，深基坑开挖的环境效益问题也日益突出，这给深基坑支护技术提出了技术先进、经济合理、安全适用和保护环境等更高的要求。
土钉墙支护技术是近年发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构，由于经济、可靠、施工简便、施工速度快等优点,已得到迅速推广和应用，在社会上发挥了良好的经济效益，土钉墙支护已成为基坑支护的主要手段。
深基坑土钉墙支护施工在南京地铁郭公庄车辆段的应用中形成此工法。
2工法特点
2.1土钉墙支护是一种利用经加固后的原位土体来维护基坑边坡主体稳定的支护方法。
2.2结构轻型、柔性大、具有良好的抗震性和可延性。
2.3施工方便、简单、工期短、造价低、对坏境影响小。
2.4对周边建筑物影响小。
2.5稳定性好（水平位移小、沉降量小）、风险小、安全系数高。
3适用范围
本工法适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层，开挖深度一般不大于15m。
4工艺原理
土钉墙支护是靠土钉、钢筋网喷混凝土面层共同作用，形成类似重力式挡墙的效果来提高基坑边坡土的结构强度和抗变形刚度，减小土体侧向变形，增强边坡的整体稳定性，属于主动制约机制的支挡结构体系。
5施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
5.2施工要点
5.2.1施工准备
1熟悉设计图纸和地勘资料，做好施工调查。
施工调查包括当地的水文地质情况、周边建筑物分布、地下埋设管线等。
2根据设计图纸、施工调查资料和规范要求等编制施工方案。
3施工前确定基坑开挖线、水准点、监测点等技术准备工作。
4选择专业施工队伍，对施工人员提前做好技术交底和安全技术交底。
5提前做好施工现场布置，施工用水、电、施工材料、机械等进场。
5.2.2基坑开挖
1基坑开挖采用分层开挖的方式（如图1）。
土方开挖与基坑支护交替进行，开挖一步支护一步，支护一步再开挖一步，如此循环施工（如图3）。
一次开挖深度，一般跟土钉步距匹配，开挖深度一般不超过2m。
图1基坑开挖
2基坑开挖形势根据基坑的大小可以选择采用盆式开挖或岛式开挖的方法。
基坑面积大可以采用岛式开挖法，这样开挖和支护可以同步进行，缩短施工时间。
（如图2）
图2岛式开挖
图3:
开挖一步，支护一步
5.2.3修坡
人工用铁锹按照设计坡度进行修坡。
怎样使放坡坡度准确，方法即简单又易操作，在此设计了一个简单又可行的放坡控制方法：
假设放坡坡度为1:
0.3，,一步开挖深度为2m，根据放坡坡度，那么收坡水平距离为600mm，从基坑外边线水平向坑内量600mm，向下吊铅垂线，铅垂位置即为坡底（如图4）。
每一步都用同样方法进行坡度控制。
施工过程中测量人员必须严格控制，否则超挖将会对边坡造成危险，少挖将使坑底肥槽宽度不足，严重时肥槽宽度将被全部吃掉。
图4放坡控制方法
图5人工修坡
图6坡度控制
5.2.4成孔
成孔洛阳铲成孔，因为洛阳铲是传统的人工造孔工具，它机动灵活、操作简便，一旦遇到地下管线等障碍物能迅速反应，改变角度或孔位重新造孔，并且可用多个洛阳铲同时造孔，大大缩短成孔时间（如图7）。
图7人工洛阳铲成孔
人工成孔的控制难点在于入射角度的控制。
施工前我问洛阳铲工人对于角度控制你们以往用的是什么方法，他们说根本就没有用过什么方法控制入射角度，都是凭经验跟着感觉走。
我觉得这样没有一个科学的施工方法是不行的。
于是在此设计了一个简单可行的角度控制方法：
用两根钢筋焊接成跟设计入射角度相等夹角的支架，用水平尺配合支架控制入射角度，洛阳铲沿着斜筋的方向造孔（如图8）。
成孔角度验收时也用同样的方法进行验收、检查。
图8控制入射角度
5.2.5钢筋加工
为保证土钉钢筋安装时在孔的中间，土钉钢筋每2m设一组置中架，采用ф6.5HPB235钢筋与主筋焊接而成，置中筋宽度100mm。
土钉端头制作90°弯头，与面层水平压筋焊接，单面焊接长度10d。
5.2.6置筋及注浆
1人工将加工好的土钉钢筋置入孔内。
2注浆液搅拌：
按照设计配合比采用搅拌机搅拌，搅拌时间不少于2分钟。
3注浆：
采用孔底压浆灌注法注浆，此方法好处为孔内有水时能将孔内水排出保证注浆质量。
注浆时采用多次注浆，因为水泥浆中的部分水被土体吸收后会产生收缩，注浆孔会出现不满的现象，因此每间隔一定时间要进行反复注浆来保证孔内满浆，这样才能保证钢筋、水泥浆、土体形成坚实的整体。
5.2.7挂网片筋、焊水平压筋
面层网片筋采用人工直接在坡面铺设，用砂浆垫块控制网片位置，保证钢筋网片在混凝土面层的外侧。
钢筋网搭接处采用U型卡卡牢，网片筋外侧放置水平压筋与土钉钢筋焊牢。
网片筋的竖向筋需往下层土层内插入300mm，便于与下步网片筋进行搭接。
（如图9）
图9挂网片筋、注浆
5.2.8喷射混凝土面层
1混凝土料搅拌：
采用搅拌机拌料，拌料次数不少于三次，拌好的料要均匀，且随用随拌。
2喷射混凝土：
采用干式锚喷机喷射，喷射手距坡面距离保持在1.5～2m，喷枪垂直坡面喷射。
喷射厚度按设计要求进行喷射。
控制混凝土喷射厚度方法为：
用钢筋头垂直插入坡面，露出坡面基层80mm长作为控制厚度的标志，为保证厚度均匀，每1m见方设置一根钢筋标志，喷射混凝土时以盖住钢筋头为准。
同时在有土钉的位置插入钢筋头（长度露出砼完成面100mm左右）以标示土钉的位置，为下一步确定钻孔位置作为基准。
图10喷射混凝土面层
5.2.9混凝土面层养护
喷射混凝土终凝2h后，对混凝土面层进行连续喷水养护5～7d。
6材料与设备
6.1施工时需用机械设备与仪器
设备名称
型号
数量
用途
空压机
17m3/min
1
喷射混凝土
搅拌机
普通
1
搅拌水泥浆
注浆机
1.2m3/h
1
注浆用
混凝土喷射机
17m3/h
1
喷射混凝土
电焊机
普通
2
焊水平压筋
钢筋切断机
普通
1
土钉加工
调直机
普通
1
网片筋调直
洛阳铲
孔径110mm
8
成孔用
铁锹
普通
10
修坡
全站仪
莱卡
1
水平位移监测
精密水准仪
莱卡
1
沉降监测
7质量控制
7.1土方开挖必须与土钉墙护坡配合施工。
土钉墙施工时必须分段分层进行，每层挖土深度与土钉垂直间距相匹配，保证每层土方开挖的超挖量不超过400mm，这样便于土钉施工且避免超挖而造成边坡塌方。
土钉墙施工与土方开挖交替进行，每步土钉墙护坡施工结束且养护期达到后，方可进行下一步土方开挖，并在下一步土方开挖时要注意对上部混凝土面层及土钉的保护，避免碰触已施工完的护坡砼面层及土钉。
7.2土方开挖严格按设计要求控制坡度，工作面开挖后及时进行人工修坡，保证坡面平整，坡面不平整度不大于20mm。
7.3土钉孔孔位误差不大于100mm，如遇特殊情况需要移动孔位，应保证支护的安全方可施工；成孔后检查孔深、孔径、入射角度、是否塌孔等，合格后及时值入钢筋并进行注浆，采用注浆管注浆时注浆管距孔底250～300mm；水泥浆渗漏或干缩后应进行二次或多次补浆。
7.4钻孔直径、深度、角度、注浆均要满足设计要求，做到各环节施工完后有人验收。
孔深允许偏差为±50mm，孔径允许偏差±5mm，钻孔倾角偏差1°。
7.5土钉在长度方向每隔2m加一组Ф6.5钢筋托架，分布呈三角形，使土钉钢筋居于孔中心。
7.6面层钢筋网之间搭接不小于300mm，网片与坡面之间保证3～5cm距离，水平压筋压在钢筋网上，与土钉钢筋焊接牢固。
7.7混凝土喷射时要严格按施工配比进行配料，面层砼厚度要满足设计要求，坡面不许有钢网外露现象。
7.8由于地质条件的复杂性，如施工现场实际情况与方案不一致、土层情况与勘察报告不符、成孔遇地下障碍物时，边坡土钉的实际排数、长度和间距可根据实际情况由设计人员现场进行相应调整。
7.9局部土钉成孔困难，达不到设计要求时，应采取土钉加密，且下一道土钉长度适当加长的措施。
7.10土钉成孔的过程中，若遇到坚硬的障碍物，不要强行施工，要适当调整土钉参数，杂填土中确认无地下管线及构筑物时，土钉成孔困难可采用打入直径1寸半钢花管注浆的方法施工。
基坑开挖遇到沙层时，砂层极不稳定，容易坍落，开挖到位后先在砂层表面素喷一层混凝土封住砂层，防止造成边坡塌陷，然后再成孔、注浆。
7.11混凝土面层施工到基坑底后墙脚应插入坑底不少于200mm深。
7.12土钉墙施工中，网喷砼每拌制100盘且不超过100m3留置不少于一组标准养护试件，且每步或每班网喷砼施工留置标准养护试件不得少于一组。
土钉抗拉试验取样为1%。
8安全措施
8.1基坑监测
基坑开挖前、开挖中、开挖后随时对基坑进行监测，直至基坑回填完成，注意基坑的变化情况，确保基坑的安全。
依据设计要求对基坑进行坡顶水平位移的监测、坡顶沉降的观测、地表开裂的监测等。
8.1.1基坑监测程序
8.1.2基坑水平位移监测
采用视准线法，即沿基坑边线设置一条视准线，在该线的两端设置工作基点A、B（如图11）。
测量基点A、B设置在基坑一定距离的稳定地段，基坑角点的水平位移通常较小，这时可将基坑角点设为临时基点C、D，在基坑每个开挖阶段可以用临时基点监测，如需变换时用基点A、B测量临时基点C、D的侧向水平位移，再用此结果对各测点的侧向水平位移值作校正。
图11
量测方法：
沿基坑的每一直线边建一轴线，并在直线边上布设水平位移点，轴线上不需测距，也不需测角，只需将轴线用全站仪投射到位移点旁边，即可量取位移点离轴线的偏距，通过两次偏距的比较来发现水平位移量。
开挖前一周取连续3次观测值的平均值作为初始值，施工过程中的日常监测值与初始值的差为其累计位移量，本次值与前次值的差值为本次位移量。
8.1.3基坑地面沉降量测
采用相对高程系，在基坑开挖深度范围之外设5～8点作为参照点，建立水准测量监测网，参照Ⅱ等水准测量规范要求用水准仪引测。
历次沉降变形监测是通过高程基准点间联测一条闭合或附合水准线路，由线路的工作点来测量各监测点的高程。
各监测点高程初始值在施工前测定（至少测量2次取平均）。
某监测点本次高程减前次高程的差值为本次沉降量，本次高程减初始高程的差值为累计沉降量。
8.1.4基坑监测注意事项
1观测精度要求：
满足国家二级（按规范要求）基坑变形测量精度要求。
2观测时间的确定：
基坑开挖每一步都应做基坑边坡变形观测；观测时间每天一次，变形量突然增大或变形过大并不能稳定时必须连续观测，基坑回填后停止观测。
3场地查看与记录：
施工前对原场地进行全面调查，查清有无原始裂缝和异常并作记录，照相存档；施工期间每天应检查基坑周围有无裂缝发生；每次观测边坡位移记录详细记入汇总表并绘制边坡位移曲线。
4每次观测应用相同的观测方法和观测路线；观测期间使用一种仪器，一个人操作，不能更换；加强对基坑各侧沉降、变形观测，特别对有地下管线的各边坡可进行重点观测。
5应派专人进行现场基坑周围及边坡巡视，关键部位加强观测，并做好记录。
假设基坑安全风险等级为三级，当监测项目的变化率连续3天超过预警值的50%，应立即启动应急预案。
8.2安全措施
1制定安全生产责任制：
认真贯彻安全第一、预防为主的方针。
项目经理是项目安全生产第一责任者，安全员是安全直接责任者，建立、健全各级各部门的安全生产责任制，制定奖罚办法，责任落实到人。
坚持定期安全检查，及时发现事故隐患。
2基坑施工过程中实行安全值班制度。
加强领导安全值班检查制度，每项施工工序必须有详细的技术、安全交底，签字齐全，方可施工。
3作业队伍设一名专职安全员，协助项目安全员的工作，严格贯彻各项生产管理制度和操作规程，做到只要有人施工就要有安全员在现场。
随时发现安全隐患，及时纠正改进。
加强全员安全教育，使广大职工牢固树立“安全第一，预防为主”的意识，克服麻痹思想，组织职工有针对性的学习安全生产知识和规章制度，做到思想上重视，生产上严格执行。
新工人入场必须进行安全教育，签订安全协议；换季时应对外事人员进行换季教育；坚持每周不少于一次的安全教育，坚决制止违章指挥和违章作业。
落实安全生产责任制和贯彻执行各种规章制度。
4所有参试人员都必须进行进场前的安全教育，考试合格后方可施工。
一线工人应掌握本工种操作技能，熟悉本工种安全技术操作规程。
各类机械设备的操作工、电工、焊工等工种，必须经过专门安全操作技术训练，考试合格后方可持证上岗。
5施工现场重点部位及危险作业部位如基坑边设安全生产标志，随时提醒职工注意安全生产。
场内各种安全设备、设施等，任何人不准擅自拆除。
6特种作业人员必须持证上岗，佩戴相应的劳动保护用品。
7所有进入工地人员必须正确戴好安全帽，遵章守纪，佩戴标记。
8坚持班组施工的班前讲话。
9施工现场按施规划，必须有安全生产宣传挂牌，主要部位作业面、通道口都必须挂有安全宣传标语或安全警示牌。
10对施工便道定期维护，尤其在雨天加强养护整修，杜绝交通事故。
11加强对设备的检查、保养、维修，保证安全装置完备、灵敏、可靠，确保设备的正常安全运行。
12施工用电必须符合用电安全规程。
现场电器设备要有防漏点措施，非电工不得安装、操作电器设备。
13夜间照明要有足够照明设备，手持灯必须采用36V低压电，电器设备要有可靠的接地线，电器设备操作人员操作时必须带防护用具和绝缘手套。
14基坑施工时，要作好基槽防护栏杆及上下人马道。
清除槽壁、槽顶附近松散砖瓦石块，防止其掉落伤人。
设专门人员于基坑周边进行巡视，保证槽底施工人员、槽边行走人员的安全。
15大风、雨天后要对所有安全设施进行仔细检查，清除隐患后方可继续施工。
9环境保护措施
9.1施工现场主要道路硬化，场地平整不积水，道路平坦、整洁。
9.2材料不乱堆乱放，无散落物；建筑基坑周边保持清洁；建筑垃圾必须集中、密闭、分捡存放，及时处理。
9.3施工现场设专人负责卫生保洁，保持现场整洁卫生，道路畅通，无积水，车辆不带泥出现场。
9.4施工废水沉淀后再排往市政管网。
9.5场内裸土用密目网全部覆盖。
10效益分析
10.1与其它基坑支护方法比较土钉墙施工简单，专业性不是很强。
施工队伍选择面广。
10.2由于施工简单因此施工速度快，工期短，受制约因素少。
10.3支护后，与其它支护方法比，边坡稳定，对相邻建筑物和道路影响小。
10.4与其它支护类型相比，造价可降低10%～40%。
11应用实例
中铁一局南京地铁九号线郭公庄车辆段综合楼的深基坑支护采用了本工法，并取得了良好的经济效益。
南京地铁9号线工程郭公庄车辆段位于南京市丰台区郭公庄村，综合楼位于车辆段场区中部南侧，由综合办公楼、综合维修楼组成，±0.000相对于绝对标高为46.4m。
其中综合办公楼为地下一层、地上11层框架剪力墙结构，建筑高度49.8m，总建筑面积15207m2，综合维修楼为地下一层，地上5层框架结构，建筑高度25.2m，总建筑面积7590m2。
根据施工图纸，综合办公楼及综合维修楼基坑开挖深度为-8.35～-5.95m不等，中心局部开挖深度为-8.75m，属于深基坑工程。
基坑支护形式采用土钉墙支护。
开工日期2010年10月17日，竣工日期2010年11月6日，历时20天。
为以后实现各节点工期赢得了条件、打下了基础。
通过本工程的施工得出一些体会，在土钉墙施工技术方面应特别注意以下方面：
（1）基坑开挖必须严格按照设计放坡坡度进行施工，修坡要平整，否则坡度过小护坡安全得不到保障，坡度过大导致肥槽宽度不足，严重时会导致基坑宽度不足。
（2）安放土钉时要保证土钉置于土钉孔的中央，注浆时确保进行多次补注，保证土钉孔注浆饱满，这样才能保证土钉、水泥浆、土体形成完整的一体。
（3）土钉钢筋与水平压筋的焊接必须满焊，并保证其焊接质量。
因为土钉和混凝土网喷层就是通过这道关系才形成的一个整体防护体。
（4）喷护混凝土面层时要保证钢筋网片置于混凝土面层的靠外侧，这样土钉墙的抗拉、抗拔性能才能充分发挥作用。
（5）深基坑支护完成后，基坑回填完成之前，在坑里进行施工时要注意对护坡的保护，不能进行破坏，对被破坏的部位要及时进行修复，防止基坑产生危险。
（6）本工程唯一不足的就是基坑肥槽宽度设计过小（设计宽度为800mm），对后面地下室外墙的施工和外架的搭设带来困难，在以后的施工中建议肥槽宽度应设计为1200mm左右才能满足施工的需要。
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