土钉墙在超软地基基坑支护中的应用研究

1、土钉墙在超软地基基坑支护中的应用研究摘要：工程超软地基具有独特的性质，在施行土钉墙基坑支护的实际操作过程应该全面掌握各项因素，探讨有效的预测及防范措施。土钉墙基坑支护构造能够获得理想经济效益，应该在条件适宜的工程基坑支护施工过程中推广使用。本文以某工程为例，深入分析土钉墙在超软地基基坑支护中的应用。关键词：土钉墙; 超软地基; 基坑支护; 应用研究1.工程基本情况 作为本次研究对象的工程位于我国东北平原地区，该工程地形平坦，属第四系滨海淤积平原。场地中有承压水与潜水两种第四系孔隙水，潜水的透水性不是非常理想，基本上存在于全新统上段海相粉质粘土、淤泥质粉质粘土层里，渗透数值在10-7至10-6c

2、m/s之间，水位埋深数值在0.2至0.6m之间，部分低洼区域和地表较为接近。施行工程场区地质勘察，搜集到的土层主要物理力学性指标包括以下内容：1-3层淤泥质粉质粘土重度是17.9kN/m3，厚度是4.3m，孔隙比是1.088，含水率是36.7%，cq是13.8，ccq是14 kPa；第2-1层淤泥质粘土重度是17.2 kN/m3，厚度是2.7 m，孔隙比是1.412，含水率为 50.3 %，cq 是11.2，ccq 是11 kPa；第2-2层淤泥质粘土重度是16.9 kN/m3，厚度是5.0 m，孔隙比是1.522，含水率是54.4 %，ccq是12kPa，cq是8.9；第3-1层粉砂重度是1

3、9.7 kN/m3，厚度是1.7 m，孔隙比是0.699，含水率为 24.4 %，cq是28.9，ccq是8 kPa。基坑大部分开挖深度数值为6.0m，部分区域局数值为7.3m，平面呈现矩形状态，东西两侧长度是16.3m，南北两侧长度是73.0m。 2. 土钉墙设计及抗拔试验 2.1土钉墙设计 结合工程场区四周环境及地质情况，应该优先采取典型的局部卸载放坡加土钉墙基坑支护结构，这种基坑支护结构能够满足该工程所有潜在需求，实现最大化经济效益目标。工程地质勘测数据显示，基坑开挖区域中土层具有颇为理想的地质条件，因此在设计的时候可以使用人工成孔土钉，直径为100 mm，土钉锚固体极限摩阻力则为16k

4、Pa。结果反复核算得知开挖数值满足设计标高的时候如果土钉还没有开始施工，工程情况将会处于最不利状态，而此时整体安全稳定数值是1.199，基本上符合规程【5】三级基坑标准要求。因为软土没有良好的自稳能力，土压力不平衡情况下可能会出现失稳现象，所以应该结合使用超前锚杆，来获得理想的施工质量及水平。将超前锚杆布设于-4.8m高程区域，超前锚杆使用48mm注浆钢管，长度是7.2m，间距是800 mm，同时和第三道土钉钢筋焊接，这样开挖基底可以获得的整体安全稳定数值是1.535。在置筋前,采用空压机将孔内残留及扰动的废土清除干净,为保证土钉钢筋体在孔中的位置,须在钢筋上焊置定位架,间距2 m。钢筋顶端焊

5、接井字形的架,与面板钢筋网及横纵向连接筋连接。 2.2土钉抗拔试验 在工程现场首道土钉施工情况前提下，选择长度为10.0m的6根土钉进行抗拔承载力试验，获得的数据如下：土钉#西1的水泥用量为250/kg,期龄为16/d,极限抗拔力为55/kN；土钉#北5的水泥用量为500/kg,期龄为15/d,极限抗拔力为65/kN；土钉#北47的水泥用量为300/kg,期龄为8/d,极限抗拔力为70/kN；土钉#北60的水泥用量为250/kg,期龄为8/d,极限抗拔力为55/kN；土钉#南13的水泥用量为200/kg,期龄为5/d,极限抗拔力为20/kN；土钉#南23的水泥用量为250/kg,期龄为5/d,

6、极限抗拔力为35/kN。如果钢管击入土钉直径数值为100 mm，设计极限摩阻力是16 kPa的时候，长度为10.0 m土钉的极限抗拔力则是50.2 kN，根据现场土钉抗拔试验数据可知#北47，#北5，#西1及#北60土钉都能满足极限抗拔力设计标准，#南23及#南13土钉则不符合极限抗拔力设计标准。土钉每米水泥量至少为30 kg，施工时必须严格将注浆量控制在允许范围内，注浆时要尽最大努力减少冒浆量，有效把握注浆压力及速度。首先施行低压注浆，压力数值在0.2 MPa之内，浆液初凝再施行二次注浆，将注浆压力数值提升至0.5 MPa。 3. 土钉墙动态设计及施工 3.1土钉墙动态设计 结合工程地质勘探

7、报告可知淤泥质与淤泥质粉质粘土均具备良好的凝聚力，都能够形成人工成孔与基坑开挖面。但是在工程基坑现场开挖过程在，形成卸载平台之后形成首道土钉边坡开挖面的难度系数非常大，地下水位数值偏高，很难形成首道土钉边坡开挖面，极易出现流土情况，同时卸载平台面上存在很多横向裂缝，直接提升了人工成孔的难度系数。处于高地下水位请款下，淤泥质粉质粘土的凝聚力基本上为零，阻碍了土钉墙的顺利施工，因此应及时进行整改。可以维持土钉原有长度，将人工成孔钉更换为钢管击入钉，超前锚杆间距提升至800 mm，长度提升至10.0 m，布设于卸载平台上并提前开展相关工作。经过以上措施的落实能够切实提高超前锚杆稳固性及地基自承载能力

8、，3至4 h内基本上不会出现流土塌滑。如果淤泥质粉质粘土凝聚力数值为2 kPa，保持原有内摩擦角，土钉墙整体结构安全稳定数值为1.278，能够符合规程【5】二级基坑的标准要求。 3.2土钉墙施工 土钉墙深基坑支护结构施工的最主要特点是动态设计、信息化施工，这意味着在其施工过程中经常会遇到一些特殊问题需作特殊处理，应及时优化设计，使其更趋合理，不同地质条件、水文地质和环境条件均须采取相应的施工技术措施。基坑开挖进度应受到严格的控制，若开挖进度过快，就意味着边坡的加载速率过快，一方面土钉锚固体没有达到设计强度，边坡加固效果差；另一方面施工加荷速率对软土的变形和强度影响很大，开挖过快，加荷速率过大，

9、边壁土体塑性流动区增大，从而边壁土体强度降低，边壁变形增大，甚至会导致土钉墙的失稳。若严格控制开挖进度，在土钉充分发挥其锚固力的同时边壁软土逐步固结，强度逐步增长，这样不但可防止基坑边壁失稳，而且可减少边壁变形。开挖时应采取分层逐段开挖，作业面长度控制在10 m以内，同时，严格控制超深挖。为防止支护前作业面变形失稳，应在作业面上先构筑第1层喷混凝土面层，而后，击入注浆钢管，再喷射第2层钢筋网混凝土面层，待面层达到一定强度后进行土钉注浆，注浆应从底部开始，其注浆压力由低到高缓慢加压，若加压过大或过快可能会加速软土变形，严重时甚至会引起面层崩裂，对支护十分不利。在本工程土钉墙实施过程中，在施工西侧

10、土钉墙时，由于该段长度仅为16.3 m，在卸载平台上没有设置超前锚杆，施工到第3道土钉时，卸载平台和原地表面产生了较大的沉降，2 h 内的最大地面沉降量高达100 mm，但此时土钉墙无整体滑动迹象，这主要是由于坡面流土而致使坡体内土体产生流失所致。为此采取紧急措施，在开挖第3道土钉边坡面前先施工超前锚杆，超前锚杆长度为6.0 m，间距为800 mm的注浆钢管，设置超前锚杆后，地表位移得到控制，且在施工第3，4道土钉及基坑开挖到设计高程的过程中土钉墙位移很小。在施工南侧土钉墙时，土钉墙由西向东推进，当基坑开挖到设计高程时，基坑开挖推进到30 m左右时发现，土钉墙产生整体滑移，日最大水平位移量高达

11、80 mm，并伴随基坑隆起，隆起量达150200 mm，同时，地面纵向裂缝明显增大，其原因有以下3个方面： 基坑开挖太快，原先在基坑中部的反压土体在短时间内挖除，土钉墙内的应力水平明显增大，同时，土钉锚固体的强度尚未达到设计强度；基坑产生隆起现象时未能及时打设松木桩以稳定土体； 地表产生裂缝时而未及时回灌水泥浆，裂缝内被地下水所填充，且场区内的地下水源源不断地补充到裂缝内，对土钉墙的稳定十分不利。后经卸载处理，即将卸载平台由 2.0 m增大到 6.0 m，同时打设松木桩，这样才使土钉墙得到稳定。 4.土钉墙基坑支护结构的完善 土钉墙支护淤泥质粉质粘土地基基坑具有很大的风险性，尤其当地下水位较高

12、、且地基土较松散时更为突出，为此，在土钉墙基坑支护结构的设计和施工过程中应更加慎重。土钉墙设计时应有效控制地表位移及地面裂缝的产生，在设计时除将卸载平台延伸至最危险滑动面以外，应增加表层土钉，才能有效地控制地表裂缝的产生和开展。若受到施工场地的限制，且周围环境对地基变形的要求较高，则应采用复合土钉墙的基坑支护结构型式。就该工程地质条件来说，应用粉喷桩作为超前支护措施，这样更有利于提高软弱土的自立性，增加基坑的抗隆起稳定，提高土钉的注浆效果，提高喷射混凝土面与土钉之间的粘接力，发挥面层、土钉与地基土之间的协同工作。 5.结束语 本文通过分析研究土钉墙在超软地基基坑支护工作中的实际应用，得出一些经验总结，希望能够给予相似工程设计及施工提高参考。若工程地基处于高水位环境中，且属于淤泥质粉质粘土的时候，地基土容易出现液化情况，在设计地基土凝聚力时应该选择零数值或较小数值。使用超前锚杆能够迅速提升土钉墙整体安全稳定数值及基坑边坡土体自承载能力。可以通过加设表层土钉或加大土钉长度来将地表裂缝控制在适宜范围之内，确保实现土钉墙基坑稳定目标。如果基坑处于较为复杂的环境中，应该优先考虑使用复合土钉墙基坑支护结构来作为饱和淤泥质粉质粘土基坑的施工形式。 参考文献 【1】王宗鸣.基坑支护施工技术在某