复合土钉技术在复杂地质条件下基坑支护中的应用

张月清 李 泽 张慧东 王恒攀 张晓欣

1 工程概况

1.1 工程介绍

甘肃省兰州市七里河区崔家大滩安置点项目施工三标段，位于七里河区西津西路1212 ～1240 号，S092 规划道路以东，B096 规划道路以西，S091 规划道路以南，S067 规划道路以北，呈东西向展布。

该项目长约为200 m，宽约为105 m，为住宅楼及附属设施，地上共17 ～32 层，地下共2 层。基坑开挖深度为11.10 ～5.60 m。

1.2 周边环境

通过查阅地勘报告及现场走访调研，发现施工现场的周边环境较为复杂，具体如下：第1，基坑北侧为正在施工的S091 号道路，基坑边距离场地约8 m。第2，基坑东侧为停车场，距离基坑上口约30 m，停车场与基坑中间为规划道路和绿化用地。第3，基坑南侧为物流中心彩钢板房，距离基坑上口约30 m，停车场与基坑中间为规划道路和绿化用地。第4，基坑西侧为苗圃花园小区以及甘肃昆仑燃气大滩CNG 加气站，苗圃花园小区住宅楼为地上32 层、地下2 层，基础为筏板基础形式，距离基坑上口约7 m；甘肃昆仑燃气大滩CNG 加气站办公楼为地上3 层，基础为浅基础形式，距离基坑上口约8 m。

1.3 工程地质条件

1.3.1 地形地貌

拟建场地属于黄河南岸河漫滩，地势西南高、东北低，总体较为平坦，地面标高介于1527.46 ～1530.00 m，最大高差2.54 m。场地现状为拆迁刚完成，地表广泛分布有建筑垃圾、生活垃圾等[1]。

1.3.2 地层岩性

卵 石（Q4al+pl）： 青 灰 色、密 实， 粒 径 为20 ～60 mm 的 占40% ～55%， 大 于60 mm 的 约 占20%，局部夹漂石的约占10%，磨圆度较好，颗粒形状呈亚圆形，母岩成分以硅质岩、砂岩、花岗岩为主，分选性较好，充填物为中粗砂，占10 ～15%，钻进进尺缓慢，塌孔、漏浆严重。该层分布连续，分布稳定，分布在场地下部。层厚6.50～24.50 m，层顶面高程为1510.51 ～1527.67 m，层顶面深度0.50 ～17.50 m，未揭穿。

1.3.3 水文地质条件

由地勘报告可知，本工程的场区地下水为孔隙潜水类型，赋存于卵石层中，埋深为6.60 ～9.50 m，稳定水位标高介于1517.21 ～1522.04 m，最大高差为4.40 m，含水层主要为卵石层，渗透系数为60 ～80 m/d，单井涌水量为200 ～400 m3/d。主要接受大气降水和黄河渗流补给，地下水位随季节变化幅度较大，水位变化幅度为2.50 m。基坑支护过程中，地下水位于施工面之上，因此施工过程中需要考虑降水[3]。

2 基坑支护方案选择

依据周边环境、工程地质条件，并结合施工特点，基坑采用“微型桩+预应力锚索”“复合土钉墙”的支护措施。

3 施工工艺及要点

3.1 施工流程

方案编制（含专家论证）—施工准备—工作面开挖—孔位布点—成孔—安设土钉—注浆—铺设钢筋网—喷射混凝土面层—开挖下一步。

3.2 主要施工工艺操作要点

3.2.1 土方开挖

土方开挖应分层开挖、分段均衡，并严禁超挖，严禁将两层土钉或锚索合并在一起开挖，土钉或锚索注浆未完成则不得进行下层开挖，分层开挖深度不得大于1.5 m，严禁大面积无序开挖。弃土不得妨碍施工。弃土堆边坡坡脚与基坑坑顶边缘的最小距离大于基坑深度。

3.2.2 土钉墙施工

成孔。土钉设置范围内存在地下管线等设施时，应查明其位置并避开。土钉成孔过程中若遇障碍物需要调整孔位时，应及时通知原设计单位，复核是否影响基坑支护的安全性，在不影响安全性的前提下进行位置调整[4]。同时，成孔后要进行清孔检查，对塌孔处及时处理。

设置土钉。土钉采用48 mm（直径）×3 mm（壁厚）的钢管制作，管上沿杆长每隔0.25 ～1.0 m 设置倒刺和出浆孔，孔径宜为5 ～8 mm，管口2 ～3 m 范围内不宜设出浆孔。杆体底端头宜制成锥形，接头承载力不应低于杆体材料承载力，外端水平向采用116 加强筋通长布置，外端加强筋为2 根“L”型16（HRB400）钢筋，长度400 mm 的“L”型加强筋一端与土钉焊接，一端与水平压筋焊接，最终成“┙┕”型。土钉杆体在使用前必须调直、除锈、除油，并严格按设计尺寸下料。

注浆。为了清除钢管内残留碎屑，土钉注浆之前，应该将风管通至钢管底，采用压缩空气清孔，风压0.2 ～0.6 MPa，边清边拔管；注浆采用强度等级为42.5 级的普通硅酸盐水泥制成的水泥浆，水泥浆的水灰比为0.45 ～0.55；注浆体的强度等级不低于20 MPa。可根据需要选用具有早强、缓凝、减水、降低收缩及防冻等作用的外加剂。

面层施工。本工程混凝土面层厚度为80 mm，湿法喷射，水泥与砂石的质量比宜为1 ∶3.5 ～1 ∶4，水灰比宜为0.42～0.50，砂率宜为0.5～0.6，粗骨料的粒径不大于15 mm；喷射混凝土作业与挖土协调，分段进行，同一段内喷射顺序应自下而上；喷射混凝土施工24 h 后，应喷水养护，养护时间不少于7 d；气温低于5 ℃时，不得喷水养护。

3.2.3 预应力锚索施工

工艺流程。预应力锚索施工的流程为：定位―钻孔―预应力锚索的制作与安装―灌浆―外锚头制作―张拉锁定。

施工要点。第1，本工程的预应力锚索钻孔采用跟管钻进工艺，锚索成孔孔径＞150 mm。第2，锚固注浆材料为水泥浆，水灰比为0.45 ～0.55，水泥选用42.5 等级的普通硅酸盐水泥。第3，为保证锚固质量，预应力锚索注浆均采用二次高压注浆方式。注浆采用孔底反压向注浆，孔口采用塞填堵塞，第1 次注浆采用水灰比应为0.45 ～0.50 的水泥浆，注浆压力0.4 ～0.6 MPa，稳定时间2 ～5 min直到浆液从孔口溢出为止，完成第一次注浆待其初凝之后进行第二次高压补浆，补浆采用纯水泥浆，水灰比应为0.50 ～0.55，注浆压力应为1 ～2 MPa，使浆液冲破封口橡胶膜及初凝水泥浆，浆液注入初凝浆和土体之间，达到注浆压力后持续1 ～2 min，即可结束注浆；全孔注浆两次完成。第4，待锚索浆体超设计值的80%后，方可进行锚索预应力张拉，正式张拉前先进行1 ～2 次的预张拉，预张拉值为设计值的10%～20%。第5，预应力锚索钢绞线要选用1×7 标准型，强度采取低松弛、极限抗拉强度为1860 MPa 的钢绞线，每组锚索应由直径为15.2 mm 的6 束钢绞线组成。第6，锚索锚固段需要除皮、去油、清洗处理，自由段套波纹管，外绕扎工程胶布，波纹管外侧注满水泥浆。第7，注浆管管底封闭，其管端0.5 ～1.5 m 范围内打注浆孔，孔径不小于5 ～8 mm，孔眼采用橡皮膜包裹，防止紫液倒流，其他区域不得打注浆孔，且注浆管不得破损。第8，钢绞线截取的长度必须预留1.0 ～1.5 m 作为预应力张拉工作段。第9，预应力锚索张拉时，锚杆固体的强度必须达到75%且不小于15 MPa，采用逐级张拉的方式，张拉荷载分别按设计荷载的25%、50%、75%、100%、110%逐级依次进行。第10，最后一次超张拉维持时间达到要求且无异常后，松弛拉力至设计要求的张拉锁定值进行锁定，锁定后预应力损失不得大于10%。第11，基坑顶部环境（建筑物、动载）复杂区域的预应力锚索端部设置锚索压力计，后期定期观测锚索应力变化，若存在松弛，需要及时补张拉。第12，预应力锚索张拉锁定后不得切断长出锚索，以便后期预应力损失补张拉[5]。

4 基坑监测及施工质量控制

4.1 基坑监测

本工程基坑工程主要监测内容为：基坑顶部、底部的水平位移变形，基坑顶部周边地面沉降位移；周边建筑物、地面、道路的沉降位移；基坑周边地表、道路的变形裂缝等。

4.1.1 基坑监测点的布置

依据相关规范及图纸设计要求，本工程基坑四周坡顶共布置46 个基坑位移监测点，间距15 ～20 m，在基坑稳定影响范围以外稳固的位置设置3 个基准点。

4.1.2 基坑监测的频率

基坑工程监测开始于基坑工程施工前，直至地下工程完成为止（包括侧壁土方回填完成）。基坑监测频率如表1 所示。

表1 一级基坑监测频率表

4.1.3 监测报警

本工程基坑开挖边坡顶部水平位移监控预警值为边坡高度的3‰。基坑工程监测数据超过预警值，或出现基坑、周边建（构）筑物、管线失稳破坏征兆时，应立即停止基坑危险部位的土方开挖及其他有风险的施工作业，进行风险评估，并采取应急处置措施。当出现下列情况之一时，必须立即进行危险报警，并通知有关各方对基坑支护结构和周边环境中的保护对象采取应急措施。第1，监测项目的内力及变形监测累计值达到报警值。第2，复合土钉墙或周边土体的位移值突然明显增大，或基坑出现流土、管涌、隆起、陷落或较严重的渗漏等。第3，土钉、锚杆体系出现断裂、松弛或拔出的迹象。第4，周边建筑的结构部分、周边地面出现较严重的突发裂缝或危害结构的变形裂缝。第5，周边管线变形突然明显增长或出现裂缝、泄漏等。第6，其他必须进行危险报警的情况。本工程在施工过程中未出现预警情况。

4.2 基坑支护施工质量控制

4.2.1 土钉墙支护结构

施工前，原材料的品种、规格、型号及相应的检验报告必须进行检测且齐全。土钉墙支护工程施工中应对土钉或锚杆杆体长度、土钉验收抗拔力或锚杆两个主控项及土钉或锚杆位置等8 个一般项进行检验。土钉墙以及预应力锚杆的支护质量检验应符合表2 的要求。

表2 土钉墙和锚杆的质量检验标准

4.2.2 微型桩质量检验要求

混凝土微型钢管桩的桩位偏差。施工过程应检查施工状况，检查内容应包括桩机垂直度、桩截面尺寸、桩长、桩距等。此外，还要进行质量检验，检查桩身的完整性，检查数量为总数的10%，且不少于3 根。微型钢管桩的桩位偏差必须符合规范要求。

注浆强度检验。用于注浆的水泥砂浆试件使用规格为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 立方体试模进行制作，制作完成后放入标养室进行养护。每批至少留取3 组（每组3块）试件，强度必须符合设计要求。

3）喷射混凝土质量控制。第1，喷射厚度检测。本工程的喷射混凝土厚度采用钻孔法检测，钻孔数宜每200 m2一组，每组不应少于3 点进行。第2，喷射混凝土强度检测。喷射混凝土强度使用边长为100 mm 的立方试块进行测定，每批至少留取3 组（每组3块）试件。强度必须符合设计要求。

5 结语

在建筑行业不断发展的过程中，基坑支护施工的重要性日益凸显。通过深入分析关键工艺技术，采取相应的质量控制措施，能够有效降低施工风险，提升施工效率和施工质量，为项目的顺利完成保驾护航。