土钉墙在徐州国际商厦深大基坑支护工程中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ＧＥＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＷＯＲＬＤ　ＶＯＬ　５　Ｎｏ　３　土钉墙在徐州国际商厦　深大基坑支护工程中的应用　赵洪君李乐功　袁有田　施建斌　（徐州基桩工程公司）　摘要据徐州国际商厦深大基坑工程实际，选用了土钉墙支护方案，取得了在厚度较大的软土地区进行　土钉墙结构设汁、施工等方面的经验。　关键词　土钉墙　支护结构施工质量检测　ｌ　工程概况　１．１概述　徐州国际商厦总建筑面积１３５０００　ｍ　，主楼４２　层，设地下室２层，高１６８　ｍ，裙楼７层。基坑平面　呈矩形，东西长１４０　６　ｍ，南北宽６８．６　ｍ，平面面积　９６４５．１６　ｍ　，其中主楼面积４９０５．０４　ｍ　。主楼北侧　（深区）基坑相对开挖深度１２　ｍ（坑底标高为　一１２．４　ｍ），边长为９６　ｍ；裙楼（浅区）基坑相对开　挖深度４．７５　ｍ（坑底标高为一５．１５　ｍ），周长为　３３２．４　ｍ；主楼与裙楼结合部位（深浅结合部位）基　坑相ｘ￣Ｊｔ：挖深度７．２５　ｍ（坑顶标高为一５．１５　ｍ，坑　底标高为一１２．４　ｍ），周长约为１７６　ｍ。　基坑北侧距河清路南侧约３　ｍ．河清路宽１２　ｍ．　其北侧设有煤气管道，北侧东段有一东西长５０　ｍ、　南北宽２０　ｍ、高７层的商办综合楼：南侧距富庶街　约１０　ｍ；东侧与西侧距彭城路与中山路约２０　ｍ。　１．２工程地质条件　基坑支护范围内的地基土自上而下依次为：①　杂填土，ｆ～稍湿，松散～密实，厚度１．０～５．８　ｍ；　②粘土：饱和，软～呵塑，底部流塑，厚度　０．４５～３．２０　ｍ。夹有饱和、软～可塑的粉质粘士　（②一１）及饱和、松散～稍密的粉土（②一２）夹层；　③老城杂填土：以淤泥质、粉质粘土及淤泥质粘土为　主，局部含泥炭及有机质，含较多砖、石碎块，饱和，　可塑～软塑，局部流塑、松散。厚度３．０～１　１．７　ｍ：　④粉砂：饱和、松散～稍密。该层主要分布在场地东　北角，向西南逐渐变薄并尖灭。厚度０．２～３．３　ｍ。　⑤含砂姜粘上：饱和、硬塑～坚硬，厚度１０．０～　１７．７８　ｍ。基坑开挖深度范围内地下水含水层为潜　水；上层滞水存在于③层老城杂填土中。　２支护方案选择　本工程支护的重点是主楼北侧边长为９６　ｍ、开　［收稿日期］２００Ｉ—ｌｌ一１５　３２　挖深度为１２　ｍ的深区，难点是如何解决在含有块石　的厚层软塑状淤泥质土以及在含有承压水的粉砂层　中施工困难的问题。根据本工程的工程地质条件及　周围环境情况，结合徐州地区类似基坑工程的设计　与施工经验，提出了２种设计方案。方案１：深区及　深浅结合部位采用土钉墙，浅区采用放坡＋喷砼挂　网。方案２：深区采用排桩（人工挖孔桩）＋２～３层　锚杆的支护结构；浅区采用放坡＋喷砼挂网；深浅结　合部位采用放坡＋悬臂式排桩。由于土钉支护结构　施工能与土方开挖同步进行，它具有工期短、造价低　等优点，与方案２相比可节省费用约５０万元、缩短　工期３０天．因此在综合考虑了本工程具有支护范围　广、开挖深度大及工程地质条件复杂等特点，最终选　取了方案１。　土钉墙是以新奥法理论为基础，是在土体中增　设一定长度与分布密度的锚固体，锚固体与土体牢　固结合而共同工作，以弥补土体自身的不足，增强土　体边坡的自身稳定性，形成具有自支撑能力的稳定　土体，并能承受未加筋区域土体的侧压力。从原理　上讲它属于主动制约机制的支护结构。　３支护结构设计　根据基坑开挖深度及周围环境的不同，将基坑　分为３个区。基坑平面布置及各区支护剖面如图　１、２所示。　各区设计参数如下：　（１）１区（深区）：相对挖深１２．０　ｍ，采用１：０．２　坡度，土钉长Ｌ＝１　１．０～１６．０　ｍ，钢筋规格１西２５；　上钉倾角　＝１０。，成孔直径１３０　ｍｍ；钢筋网为　８＠２００双向；喷砼厚度为１００　ｍｍ，砼强度等级为　Ｃ２０；锚固体抗压强度为１５　ＭＰａ，浆体为净水泥浆，１　～３层采用一次注浆工艺施工，４～８层采用二次注　浆工艺施工。在每层相邻土钉之间设直径１００　ｍｍ、　长度为１０００　ｍｍ的泄水孔。　维普资讯 http://www.cqvip.com 差　堡墨…曼：．妻一要ｉ　………………………………………………………………………………………………………《ｉ　ｉ薯ｉ；ｊ霹　斗　玎　ｒ　冒　【　图１基坑平面布置图　Ｉ区土钉培正直面图　Ｉ区剖面图ｌ一１　Ｉ　ＩＩ区｛：钉培ｊ＿Ｆ立面图　ＩＩ区剖面图卜１　Ⅲ区自然放坡立面图　图２各区立面图与剖面图　（２）Ⅱ　（深浅结合部位）：相对挖深７．２５　ｍ，　采用１：０．３５坡度，设计３层土钉，土钉长Ｌ＝６．０～　７．５　ｍ，钢筋规格１西２０；土钉倾角　＝１５。，成孔直　径１３０　ｍｍ；钢筋网为西６．５＠２００双向；喷砼厚度为　１００　ｍｍ，砼强度等级为Ｃ２０；锚固体抗压强度为　１５　ＭＰａ，浆体为净水泥浆，采用一次注浆工艺施工。　在每层相邻土钉之间设直径１００　ｍｍ、长度为　１０００　ｍｍ的泄水孔。　（３）Ⅲ区（浅区）：开挖深度为４．７５　ｍ，采用　１：０．７５坡度，在坑壁上布设西６．５＠３００双向钢筋　网；坡顶打入１　２５、Ｌ＝１。５０　ｍ的挂网钢筋；坡面　设置西２５、＠２０００×２０００、Ｌ＝１．５　ｍ摩擦土钉；钢　筋网外侧加焊西１４＠１５００×３０００的加强连接筋；喷　砼厚度为７０　ｍｍ，砼强度等级为Ｃ２０。　４土钉墙施工　４．１土钉墙施工工艺流程　基坑降水施工一测放边线一基坑分层分段开挖　（深度约１．５　ｍ，分段长度为２０～３０　ｍ）一修整边坡　一定孔位一成孔一制安土钉钢筋及注浆管束一配制　水泥浆一一、二次注浆一铺设钢筋网同时布设泄水　孔一焊加强连接钢筋一将井字型钢筋与土钉、加强　连接钢筋及钢筋网采用焊接连接一配制砼一喷射砼　（分二次进行，每次５０　ｍｍ）一砼面板养护一重复上　述工序至基坑底一坑底布置排水盲沟及集水井一地　下室施工。　４．２土钉墙在杂填土中使用应采取的技术措施　本工程施工所涉及的土层以老城杂填土为主，一　　该层埋藏唐、明、清等历朝历代的古城废墟，夹有条　石、块石等障碍物，采用一般的螺旋钻具成孔，常常　达不到设计深度，为此本工程采用岩芯钻具成孔，基　本上解决了在老城杂填土中成孔困难的问题。有时　少量钻孔虽能钻进至设计孔深，但土钉注浆管束仍　无法达到设计深度，此时可以适当地移动孔位，重新　成孔，直到土钉注浆管束达到设计深度，最后在废弃　的孔内插入钢筋并注浆封孔。　４．３　土钉墙在成孔过程中遇承压水应采取的技术　措施　当基坑东北角土钉施工至第５层时，孔口大量　涌水，经多次注浆仍无法封堵。经查明，④层粉砂层　含水量丰富且为承压含水层，水头压力差为５～　６　ｍ。水土的大量流失，引起坑壁的应力增加，位　移、沉降增幅较大。为保证基坑的安全，采取如下处　理措施：在第４层与第５层土钉之间设置轻型井点，　降低承压水的水头压力差，增强边坡的稳定性，确保　成孔后注浆的顺利进行；采用超前花管对④层粉砂进　行注浆处理，形成止水帷幕，防止停止降水后基底发　生管涌现象。基坑挖至设计标高后，停止降水，采用　压密注浆工艺对轻型井点管进行封孔止水。采取上　述措施后，遏制住了位移、沉降增加，满足了下部土方　开挖及土钉墙施工的需要，保证了工程的顺利进行。　５施工质量检测　５．１土钉抗拔试验　土钉抗拔力为土钉设计中的主要参数，也是衡　量土钉施工质量和土钉与土体相互作用的重要指　标。为了验证设计的正确、合理性，进一步获取相关　的设计参数，在正式施工前应进行土钉抗拔试验。　本工程分别于第３层与第５层各做一组土钉抗拔试　验，第３层试验土钉长１４　ｍ，采用一次注浆工艺施　工，第５层试验土钉长１６　ｍ，采用二次注浆工艺施　工。在土钉完成７天后作抗拔试验（未做破坏性试　维普资讯 http://www.cqvip.com …………………………………………　曼　…ＷＯ…ＲＬＤ…Ｖ…ＯＬ…５…ＮＯ．　验）。试验结果表明，第３层土钉张拉至７０　ｋＮ锁　定，其位移量为６～８　ｍｉｌｌ；第５层土钉张拉至９５　ｋＮ　锁定，其位移量３～５　ｍｍ，说明土钉与土体结合良　好，且二次注浆能较好地改善土体的结构，提高土体　的抗剪强度及土钉的抗拔力，减少土钉位移量，限制　了墙体的变形。　２６　ｍｍ，约提高４５％，而７月３日测得该点位移为　６２　ｍｍ，由此可见，随着雨水下渗并沿泄水孔排泄　后，墙顶位移将逐渐恢复；东部位移量较大的原因可　能是因该部位层④为承压含水层，降水后土体重新　固结所致。沉降观测结果显示，在距土钉墙墙顶一　倍基坑挖深范围内地面沉降一般在３０～５０　ｍｍ，最　大为５６　ｍｍ，一倍基坑挖深范围之外的地面沉降较　小，一般为５～１０　ｍｍ。　５．２土钉应力监测　基坑开挖后．土钉承受墙体自身的侧向上压力　及未加筋区域土体产生的侧压力，当土钉受力超过　设计允许值时，将导致支护体系失稳，因此应对土钉　受力状态进行监测。　土钉受力状态监测是沿坑壁布设若干监测断　面，在每个断面的每一层处埋设一个应力计，采用　ＳＸＰ一３型弦式频率测定仪进行测定。监测结果　（图３）表明，随着基坑开挖的逐步加深，土钉受力越　来越大，当最后一层土钉施工结束后，上部各层土钉　应力将趋于稳定；中下部（５层与６层）土钉应力较　大，其值约为７０～７５　ｋＮ，其余各层土钉应力较小，　其值约为２５～４５　ｋＮ；土钉应力受降雨因素影响较　大，如在６月２８日及７月１７日二场大暴雨期间测　得的土钉应力比正常状态下平均增加１５％～３０％，　最大增加约８０％。在整个施工监测期间，土钉最大　拉力为９２　ｋＮ，未超过预警值１４４　ｋＮ（土钉拉力设计　允许值为１８０　ｋＮ），故土钉墙整体受力是安全的，其　稳定性满足设计与施工要求。　３　５　９　ｌ２ｌ５ｌ８　２ｌ　２４　２７　３０　３３　３６　３９　４２　４５　４８　５ｌ　５４　５７　６０　６３　６６　６９　７２　７５　７８　８ｌ　８４　８７∞９３　９ｆｉ　９９　ｌ＂／ｄ　图３土钉应力监测曲线图　５．３沉降与位移观测　为了确保施工期问支护结构与周围道路、管线　及建筑物的安全使用，在基坑施工过程中，应对士钉　墙顶的位移及周围地面的沉降进行观测，为此，沿基　坑的四周布设若干个观测点，在重点部位基坑的北　侧布置了３条位移与沉降观测控制线。位移观测结　果（图４）表明，土钉墙墙顶水平位移具有中间大两　端小的特点，两端的位移一般为２０～４０　ｍｍ，中间的　位移一般为６０～７０　ｍｍ；降雨对土钉墙墙顶位移的　影响明显，如８　观测点６月２４日位移量为５７　ｍｍ，６　月２８日暴雨期间观测到的位移量为８１　ｍｍ，增加了　３４　图４　Ｉ区土钉墙墙顶位移曲线图　６结论与建议　通过土钉墙在本工程的实践，可以得出以下结　论与建议：　（１）由于土钉墙能够充分发挥土体的自支撑能　力，具有造价低、工期短等特点，因此在地质条件与　周围环境条件许可的情况下应优先采用土钉支护结　构。　（２）采用岩芯钻具成孔可以较好地解决在夹有　块石的杂填土中的成孔困难的问题，使上钉支护结　构在杂填土中得到应用。　（３）采用井点降水结合超前花管注浆形成的止　水帷幕的方法可以解决在承压含水层中成孔与注浆　困难的问题，使土钉支护结构在承压含水层中得到　应用。　（４）采用二次注浆工艺可以较好地改善土体的　结构，提高土体的抗剪强度及土钉的抗拔力，减少上　钉位移量，从而限制了墙体的变形。　（５）从支护结构位移曲线图及土钉应力曲线图　可以看到，降雨对土钉支护结构的内力与位移具有　重大的影响，因此在设计时应考虑到季节对施工的　影响，应在坡面上设置排水系统及时排除雨水．以减　轻其对土钉支护结构带来的不利影响。　（６）在厚度较大的软土地区，只要合理选取：七　钉参数，采取适宜的技术措施，土钉支护结构同样也　可以获得成功。　第－－４＇Ｆ者通讯地址：徐州东郊下淀杨庄，徐州基桩工程公司　邮编：２２１００４