土钉支护施工及验算要求高层建筑施工（第3版）简介

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：土钉支护还必须验算施工各阶段，即开挖至各个不同深度时的稳定性。一般情况下，可在支护基坑内选用人工降水，以满足基坑工程、基础工程的施工。

随着国内高层建筑和基础设施的大规模兴建，深基坑开挖项目越来越多，在基坑开挖中，由于经济、可靠，且施工快速、简便，对场地土层的适应性强，结构轻巧，柔性大，有很好的延性等，土钉支护现已成为桩、墙、撑、锚支护之后的又一项较为成熟的支护技术。但土钉支护也存在一定的局限性：如现场需有允许设置土钉的地下空间；当基坑附近有地下管线或建筑物基础时，在施工时有相互干扰的可能；在松散砂土，软塑、流塑黏性土以及有丰富地下水源的情况下，不能单独使用土钉支护，必须与其他的土体加固支护方法相结合；土钉支护如果作为永久性结构，需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。

（一）土钉支护的构造和工作机理

1.土钉支护的构造

土钉支护一般由土钉、面层和防水系统组成。土钉的特点是沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体（图1-53），在土体发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的黏结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。

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复合土钉墙基坑支护技术规范

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图1-53　土钉支护的构成

2.土钉支护的工作机理

土钉与锚杆从表面上看有类似之处，但二者有着不同的工作机理，如图1-54所示。

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图1-54　土钉与锚杆的对比

（a）土钉；（b）锚杆

锚杆沿全长分为自由段和锚固段，在挡土结构中，锚杆作为桩、墙等挡土构件的支点，将作用于桩、墙上的侧向土压力通过自由段、锚固段传递到深部土体上。除锚固段外，锚杆在自由段长度上受到同样大小的拉力，但是土钉所受的拉力沿其整个长度都是变化的，一般是中间大，两头小，土钉支护中的喷混凝土面层不属于主要挡土部件，在土体自重作用下，它的主要作用只是稳定开挖面上的局部土体，防止其崩落和受到侵蚀。土钉支护是以土钉和它周围加固了的土体一起作为挡土结构，类似重力式挡土墙。

锚杆一般都在设置时预加拉应力，给土体以主动约束；而土钉一般是不加预应力的，土钉只有在土体发生变形以后才能使它被动受力，土钉对土体的约束需要以土体本身的变形作为补偿，所以不能认为土钉那样的筋体具有主动约束机制。

锚杆的设置数量通常有限，而土钉则排列较密，在施工精度和质量要求上都没有锚杆那样严格。当然锚杆中也有不加预应力，并沿通长注浆与土体黏结的特例，在特定的布置情况下，也就过渡到土钉了。

（二）土钉支护的结构设计分析

1.外部稳定性分析（体外破坏）

如图1-55所示，整个支护作为一个刚体，发生下列失稳：

（1）沿支护底面滑动[图1-55（a）]。

（2）绕支护面层底端（墙趾）倾覆，或支护底面产生较大的竖向土压力，超过地基土的承载能力[图1-55（b）]。

（3）连同周围和基底深部土体滑动[图1-55（c）]。

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图1-55　外部稳定性破坏

2.内部稳定性分析（体内破坏）

当内部稳定性破坏时，土体破坏面就会全部或部分穿过加固了的土体内部[图1-56（a）]。有时将土体破坏面部分穿过加固土体的情况称为混合破坏[图1-56（b）]。内部稳定性分析多采用边坡稳定的概念，与一般土坡稳定的极限平衡分析方法相同（图1-57），只不过在破坏面上需要计入土钉的作用。

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图1-56　内部稳定性破坏（一）

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图1-57　内部稳定性破坏（二）

当支护内有薄弱土层时，还要验算沿薄弱层面滑动的可能性（图1-58）。

土钉支护还必须验算施工各阶段，即开挖至各个不同深度时的稳定性。需要考虑的不利情况是已开挖到某一作业面的深度，但尚未能设置这一步的土钉（图1-59）。

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图1-58　内部稳定性破坏（沿薄弱层面滑动）

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图1-59　内部稳定性破坏（施工阶段稳定性）

（三）土钉支护的施工

1.施工准备

在进行土钉墙施工前，要认真检查原材料、机具的型号、品种、规格、土钉各部件的质量、主要技术性能是否符合设计和规范要求。平整好场地道路，搭设好钻机平台。做好土钉所用砂浆的配合比和强度试验，以及构件焊接强度试验，验证能否满足设计要求。

土钉注浆材料应符合下列规定：

（1）注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆，其中水泥浆的水胶比宜为0.5；水泥砂浆配合比宜为1∶1～1∶2（质量比），水胶比宜为0.38～0.45。

（2）水泥浆、水泥砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。

2.钻孔

根据不同的土质情况，采用不同的成孔作业法进行施工。对于一般土层，当孔深≤15m时，可选用洛阳铲或螺旋钻施工；当孔深＞15m时，宜选用土锚专用钻机和地质钻机施工。对饱和土易塌孔的地层，宜采用跟管钻进工艺。掌握好钻机钻进速度，保证孔内干净、圆直，孔径符合设计要求。钻孔时如发现水量较大，要预留导水孔。

土钉成孔施工宜符合下列规定：

（1）孔深允许偏差±50mm；

（2）孔径允许偏差±5mm；

（3）孔距允许偏差±100mm；

（4）成孔倾角偏差±5%。

3.开挖

土钉支护应按设计规定的分层开挖深度及作业顺序施工，在未完成上层作业面的土钉与喷混凝土支护以前，不得进行下一层深度的开挖。当基坑面积较大时，允许在距离四周边超过8～10m的基坑中部自由开挖，但应注意与分层作业区的开挖相协调。

为防止基坑边坡的裸露土体发生塌陷，对于易塌的土体可考虑采用以下措施：

（1）对修整后的边壁立即喷上一层薄的砂浆或混凝土，待凝结后再进行钻孔。

（2）在作业面上先构筑钢筋网喷混凝土面层，然后进行钻孔并设置土钉。

（3）在水平方向上分小段间隔开挖。

（4）先将作业深度上的边壁做成斜坡以保持稳定，然后进行钻孔并设置土钉。

（5）在开挖前，沿开挖面垂直击入钢筋或钢管，或注浆加固土体。

4.确定排水系统

土钉支护宜在排除地下水的条件下进行施工，应采用恰当的排水系统，包括地表排水、支护内部排水以及基坑排水，以避免土体处于饱和状态，并减轻作用于面层上的静水压力。

基坑四周支护范围内的地表应加以修整，构筑排水沟和水泥地面，防止地表降水向地下渗透。靠近边坡处的地面应适当垫高，以便于水流远离边坡。

一般情况下，可在支护基坑内选用人工降水，以满足基坑工程、基础工程的施工。

5.设置注浆

土钉成孔采用的机具应符合土层的特点，满足成孔要求，在进钻和抽出过程中不引起塌孔。在易塌孔的土体中钻孔时，应采用套管成孔或挤压成孔。钻孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记和编号。孔位允许偏差不大于200mm，成孔的倾角误差不大于±3°。当成孔过程中遇有障碍需调整孔位时，不得损害支护原定的安全程度。对成孔过程中取出土体的特征应按土钉编号逐一加以记录并及时与初步设计时所认定的特征加以对比，发现有较大偏差时应及时修改土钉的设计参数。钻孔后要进行清孔检查，对于孔中出现的局部渗水塌孔或掉落松土应立即处理。

土钉钢筋置入孔中前，应先装上对中用的定位支架，保证钢筋处于钻孔的中心部位，支架沿钉长的间距为2～3m，支架的构造应不妨碍浆液自由流动。支架可为金属或塑料件。

土钉钢筋置入孔中后，可采用重力、低压或高压方法注浆填孔。通常宜用0.4～0.6MPa的低压注浆。压力注浆时应在钻孔口部设置止浆塞（如为分段注浆，止浆塞置于钻孔内规定的中间位置），注满后保持压力3～5min。

对于下倾的斜孔，采用重力或低压（0.4～0.6MPa）注浆时应选择底部注浆方式。注浆导管底端应先插入孔底，在注浆的同时将导管以匀速缓慢地撤出，导管的出浆口应始终处于孔口浆体的表面以下，以保证孔中的气体能全部逸出。

对于水平钻孔，需用口部压力注浆或分段压力注浆，此时必须配排气管，并与土钉钢筋绑牢，在注浆前与土钉钢筋同时送入孔中。注浆用水泥砂浆的水胶比不宜超过0.4～0.45。当用水泥净浆时，水胶比不宜超过0.45～0.5，并应加入适宜的外加剂以促进早凝或控制泌水。施工时当浆体稠度不能满足要求时，可外加化学高效减水剂，不得任意加大用水量。

每次向孔内注浆时，应预先计算所需的浆体体积，并根据注浆泵的冲程数求出实际向孔内注入的浆体体积，以确认注浆的充填程度。实际注浆量必须超过孔的体积。

注浆作业应符合以下规定：

（1）注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净，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；

（2）注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管；

（3）土钉钢筋应设置定位支架。

6.钢筋网喷混凝土面层

在喷射混凝土前，面层内的钢筋网应牢固地固定在边壁上，并应符合规定的保护层厚度要求。钢筋网片可用插入土中的钢筋固定，在混凝土喷射下不应出现振动。喷射混凝土的射距宜在0.8～1.5m范围内，并从底部逐渐向上部喷射。射流方向一般应垂直指向喷射面，但在钢筋部位，应先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙。为了保证施工时的喷射混凝土厚度达到规定值，可在边壁面上垂直打入短的钢筋段作为标志。当面层厚度超过120mm时，应分两次喷射。当继续进行下步喷射混凝土作业时，应仔细清除施工缝接合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿。

钢筋网在每边的搭接长度至少不小于一个网格边长。如为搭焊，则焊长不小于网筋直径的10倍。喷射混凝土完成后应至少养护7d，可根据当地环境条件，采取连续喷水、织物覆盖浇水或喷涂养护等养护方法。喷射混凝土的粗集料最大粒径不宜大于12mm，水胶比不宜大于0.45，应通过外加减水剂和速凝剂来调节所需坍落度和早强时间。当采用干法施工时，空压机风量不宜小于9m3/min，以防止堵管，喷头水压不应小于0.15MPa。喷前应对操作人员进行技术考核。

喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：

（1）钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于20mm；

（2）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设；

（3）钢筋网与土钉应连接牢固。

喷射混凝土作业应符合下列规定：

（1）喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm；

（2）喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为0.6～1.0m；

（3）喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3～7d。

7.张拉与锁定土钉

张拉前应对张拉设备进行标定，当土钉注浆固结体和承压面混凝土强度均大于15MPa时方可张拉。锚杆张拉应按规范要求逐级加荷，并按规定的锁定荷载进行锁定。

土钉墙应按下列规定进行质量检测：

（1）土钉采用抗拉试验检测承载力，在同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的1%，且不应少于3根；