杨志刚__浅析复合土钉墙技术应用及展望

杨志刚 广东清远 511515

摘要：本文通过介绍了传统土钉支护的优点与缺点，对复合土钉墙的条件，形式，施工原理进行了简述，从而分析了其现状及必发展之处。 关键词：土钉支护；复合土钉墙；施工技术原理；抢险

引言

土钉支护是用加固和锚固现场原位土体的细长杆件（土钉）作为受力构件，与被加固的原位土体、喷射混凝土面层组成的支护体系。土钉支护技术以其工期短、施工便捷、经济节能、稳定可靠等诸多优点迅速得到发展。但是，面对复杂多变的地质条件、错综布置的地下管网、拮据有限的施工场地、城市建设不可避免的临近附加荷载，土钉支护技术在应用范围上也受到了严峻的考验。首先，在作用原理上，由于土钉支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才能完全受力，因此基坑变形位移相对较大，所以在深度较大的基坑工程尤其是对基坑变形有严格要求时单独采用土钉墙支护方法不能完全满足工程需求。其次，土钉支护主要适用于地下水位以上或进行人工降水后的可塑、硬塑或坚硬的黏性土，胶结或弱胶结（包括毛细水黏结）的粉土、沙土和角砾、填土，也就是说，当遇到地下水位较高的地质条件时，土钉支护的应用将受到很大限制。另外，对于不能临时自稳的软弱土层，土钉支护的现场施工无法实现，因此也不能采用土钉支护。所以，必须运用多种新工艺、新技术，并与其他支护方法

联合使用，开展了形式多样的复合土钉支护技术。

1. 有关于复合土钉墙技术 1.1 复合土钉墙技术的概述

复合土钉墙是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构。它是由普通土钉墙与一种或几种单项支护技术或截水技术有机组合而成的复合支护体系, 它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩、挂网喷射砼面层等。复合土钉墙支护具有轻型、机动灵活, 针对性强, 适用范围广, 支护能力强, 并兼备支护与截水作用等技术特点, 是一项技术先进, 施工简便, 经济合理, 综合性能突出的深基坑和边坡支护技术。它弥补了一般土钉墙的许多缺陷和使用限制,在保证支护体系安全稳定的同时满足某些特殊的工程需要,如限制基坑上部变形,阻止边坡土体内水的渗流,解决开挖面的自立性以及阻止基坑底部隆起,安全可靠、造价低、工期短、使用范围广,因此具有更广泛的应用领域和适用范围。

1.2 适用条件

a.地层条件。普通地层均可应用, 厚层淤泥一般不宜或采用特殊设计适当应用。

b.地下水。不需降水, 弱透水层可直接应用, 富含水地层需采用帷幕截水。

c.基坑深度。 坑深小于12 m 的基坑已有丰富工程经验, 坑深大于12 m 的基坑可与其他支护型式( 如排桩) 联合使用。

d.基坑工程安全等级。 一般用于二、三级基坑, 一级基坑经严格

分析后选用。

1.3 常见形式

复合土钉墙是常规土钉墙、预应力锚杆、止水帷幕这三种支护体系相互结合的产物,有以下三种基本形式如图1所示。

1.4 施工技术原理

现行工程中常用的复合型土钉墙支护，主要是水泥土搅拌桩与土钉墙的结合应用。其原理主要是：通过水泥土搅拌桩对边坡土体进行土体加固，解决土体自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题；以水平向压密注浆及二次压力灌注解决土体加固及土钉抗拔问题；以相对较深的搅拌桩插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流问题，形成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护。因此，复合型土钉墙适用于砂性土、粉土、黏性土、淤泥土及淤泥质土。

2. 复合土钉墙技术的现况及其发展

2.1 研究现况

对于土钉墙技术的研究,国外最早是法国在1972年成功地应用了土钉墙技术作为边坡和基坑支护,德国和美国在20世纪70年代中期也开展了土钉挡墙的应用研究。我国开展土钉墙技术和应用的研究起步较晚,应用的首例为1980年山西太原煤矿设计院将土钉墙技术用于山

西柳湾煤矿的边坡工程,至90年代中期土钉墙技术在我国边坡和基坑工程中得到了推广。

目前对复合土钉支护的研究包括理论研究和试验研究。理论分析主要采用了有限元法和解析法,以及根据工程经验总结的经验方法;试验研究方法主要包括室内的模型墙试验和离心试验等;现场抗拔试验和土压力测试等方法。迄今为止,我国还没有针对复合土钉支护的技术规范,理论研究也相对落后。目前国内大型室内模型试验及足尺墙试验几乎没有,全方位的工程现场原位测试也寥寥无几。

2.2 有待完善的几个方面

综合目前国内外在复合土钉墙支护技术的研究现状,虽然复合土钉墙支护技术在基坑工程中已经得到了广泛的应用,但目前的规范对复合土钉墙的设计基本是借鉴土钉墙的设计方法,在设计计算中未考虑超前支护和止水帷幕的作用。对复合土钉墙的研究目前尚未形成统一的规范。在现场监测手段与方案、加固机理、支护结构受力情况等方面的研究仍然存在不足的地方。针对这些不足,对复合土钉墙的研究工作可从以下几个方面开展:

2.2.1 现场监测技术

对基坑工程的现场监测是指通过埋设测点和仪器对基坑开挖过程中地下水位的变化、支护结构的内力和变形以及周围环境(建筑物和地下管线) 进行测量和分析,用以指导和管理施工。此类研究目前主要侧重于针对具体工程或个案的现场资料整理及其理论分析。现场监测是指导基坑施工、分析支护结构受力变形以判断支护结构和基坑

的安全稳定性、分析开挖过程对周围建筑物影响以及理论分析和数值计算的十分重要的基础性工作,该项工作所提供的技术资料和相关测试数据对后续的分析评价具有十分重要的影响,因此,很有必要进一步深入研究监测技术和仪器埋设方法,提高现场监测技术水平,提高仪器的监测寿命和测试数据的准确性。

2.2.2 支护结构受力变形的数值模拟

对复合土钉墙支护结构进行数值计算,分析和探讨其加固机理、受力变形破坏机理以及改进设计计算方法是一项重要的工作。目前的研究主要集中于采用有限元方法对复合土钉墙受力变形进行数值计算分析,特别是对土钉受力变形的研究。此类研究欠深入和全面,应加强考虑土体拉裂的本构模型、土钉与不同土层的相互作用、水位变化引起的渗透压力作用、开挖卸荷过程中土体应力场的改变等方面的研究。

2.2.3 复合土钉墙设计计算方法

目前研究主要集中于复合土钉墙的稳定性分析,国内流行的基坑设计软件中在计算复合土钉墙方面,设计方法不系统,不统一,无相关技术标准,实际工程中往往是简单套用土钉墙的计算方法或是基于叠加原理的简单计算,对支护结构与土体的耦合作用、不同卸荷条件、不同边载条件以及优化设计等方面缺乏系统和深入的研究。

3. 基坑开挖现场注意事项及抢险措施

a.支护应按施工方案规定的分层开挖深度按作业顺序施工，上层作业面注浆结束48h及砼面层喷射24h后方可进行下一层深度的开挖。

b.当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动，当基坑边线较长，可分段开挖，开挖长度20m～30m。 c.支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护且应尽量缩短边壁土体的裸露时间。

d.基坑开挖过程中，应随时预备砂袋，如发现基坑侧壁出现变形位移大于0.30％则应立即停止开挖，堆填砂袋，防止基坑继续变形，并立刻进行支护。

e.基坑在开挖阶段,应加强对基坑边坡的沉降及水平位移的检测。

4. 质量检查与验收标准

支护施工使用的水泥、钢筋、砂和碎石等原材料和成品，应按现行有关施工验收规范和标准进行检验。

4.1 原材料检验

支护施工所用原材料（水泥、砂石、钢筋等）的质量要求及材料性能的测定,均应以现行的国家标准为依据。

4.2 注浆强度及喷射砼强度检验

用于注浆时的水泥浆强度用70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件经标准养护后测定, 每工作批至少留取1组(每组6块)试件,给出28天强度,注浆强度等级不低于15MPa；喷射砼强度可用边长100mm的立方体试块进行测定, 每工作批至少取1组(每组3块)试件，给出28天强度，强度等级不低于C20。

4.3 喷射砼厚度检验

喷射砼厚度，可以用砼厚度标志或其他方法检查，有争议时以凿孔法为准。检查数量为每300m2取一组,每组不少于3个点,其合格条件可定为: 全部检查处厚度平均值应大于设计厚度,最小厚度不应小于设计厚度的80%。

5. 结束语

经过发展,复合土钉墙支护技术凭借其适应性强、工程造价低、安全可靠、施工方便等特点在基坑工程中得到越来越多的应用。工程应用表明,在地质条件较复杂的地方,复合土钉墙具有传统土钉墙无法比拟的优点。复合土钉墙支护技术具有广阔的应用领域和应用前景。