土钉墙在含水砂卵石地层中的施工要点

1、土钉墙在含水砂卵石地层中的施工要点冯 波，虎铭伟（北京市公路桥梁建设集团有限公司一分公司，北京 102206）摘要：通过工程实例，归纳总结采用土钉墙方式在含水砂卵石地层中进行基坑支护时的设计和施工经验。关键词：土钉墙；砂卵石地层；地下水土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，它是将土钉安设或打入基坑边坡土体内，将土体加固成能自稳的重力式挡土结构。该项技术形成于20世纪70年代，因其造价较其他基坑围护体系低，施工周期短，安全性基本满足基坑稳定性及变形要求，在边坡工程、基坑工程中得到了广泛的认可和应用。但土钉墙对地层的依赖性很大，一般适合于地下水位以上或经过降、排水措施后的素填土、普通粘性土、粘性的

2、砂土和粉土等较均匀土体边坡。对于砂卵石地层，由于其内聚力较小、内摩擦角大，在空间条件允许的情况下按要求放坡开挖，基坑边坡不需支护且自稳性能良好；但是如果受空间限制，无法按要求放坡，开挖过深或长期暴露在外的砂卵石坡体受外力影响很容易失稳，所以在开挖后为保证边坡的稳定需要对其进行支护。土钉墙支护在砂卵石地层中施工难度较大，本文结合工程实例，探讨在含水砂卵石地层中采用土钉墙支护的设计和施工经验。1工程概况房山五渡桥位于房山区十渡镇涞宝路西关上，跨越拒马河，全长550米，包括主桥工程、引桥工程、引道工程。主桥主墩2#承台位于拒马河河滩，为16.0m×11.5m×4m的大体积承台。承

3、台底标高为122.875m，实测2#承台处地面标高约129.5m，基坑开挖深度将近7m。另外由于主桥2#承台距离旧五渡桥较近，承台边线距离旧路、旧桥边线最近2.8m，为保证基坑开挖安全并确保现况交通安全，开挖时需要对旧路、旧桥采取保护措施。受场地空间限制，我们选用土钉墙支护。2工程地质条件整个场区，主要由砂卵石和漂石构成(见图1)。土钉墙所在施工区域地层分布情况如下： 1、人工堆积土卵石素填土：湿饱和，稍密中密。主要由卵石构成，岩性以沉积岩为主，亚圆，中风化；粒径一般为2030cm，最大为3536cm，充填砂砾，夹亚粘土素填土的透镜体。本层厚度为0.803.50m，层底标高为127.00133

4、.40m。亚粘土素填土厚度为：1.00m，层底标高为141.50m。2、一般第四纪沉积土卵石：湿饱和，稍密中密。岩性以沉积岩为主，亚圆，中风化，粒径一般为48cm，最大为1520cm，充填砂砾，局部混少量粘性土，夹中粗砂薄层，局部夹漂石。本层厚度为1.508.20m，层底标高为118.80129.10m。其下地质情况仍为卵石，局部夹漂石，厚度为13.0017.50m，层底标高为105.30105.80m。 图13水文地质条件主桥跨越拒马河，拒马河河谷呈不对称的“U”字型，河床宽200米左右，流经桥位处的水流方向为自东北向西南，拒马河常年有水。据现场勘察，拒马河水流平缓，水深约0.5m，水面宽度

5、约为50m，河底为细砂和砂卵石，测量得现状地下水位标高在126.791m左右。场区地下水位潜水型，其静止水位埋深为0.501.00m，受河水补给，水量较丰富。4人员、材料及机械设备表1主要施工人员序号施工项目岗位人员数量1土钉墙及桩间土护面机械操作工2电工1焊工2钢筋及砼工32基坑降水及开挖机手5木工5壮工10总计28表2主要施工设备序号设备名称型号数量1土钉墙施工空气压缩机/1台搅浆机/1台喷射机/1台电焊机/2台钢筋切割机/2台洛阳铲/15个2基坑降水及开挖挖掘机/3辆铲车/2辆潜水泵/30台表3主要施工材料序号材料名称规格数量产地备注1土钉墙施工钢筋18（HRB335）3t16（HRB3

6、35）1.2t6.5（HPB235）2t水泥60t碎石5-10mm100t砂中细砂40t2降水施工工字钢30#60m钢丝绳120m5土钉墙设计要点5.1设计要求本工程基坑支护结构设计要求：1）保证基坑道路和桥梁的正常使用和安全；2）支护结构水平位移应小于20mm；3）基坑周边地面沉降小于20mm；4）基坑支护结构为临时结构，施工完成后必须尽快完成地下结构施工并将基槽回填。5）土钉墙结构尺寸：土钉墙长约15m，深约7m；北侧坡深7.1m，坡宽1.8m，坡度为1：0.25；南侧坡深6.9m，坡宽5.5m，坡度为1：0.8。6）土钉墙结构布置：土钉布置纵横间距均为1m，采用螺纹18钢筋，自顶面下1m

7、处开始布置，第一排深度为5.5m，其余5排3m；网片采用6.5钢筋，纵横间距20cm。孔道注浆浆体强度不低于M10，喷锚混凝土强度不低于C20，厚度不小于15cm。5.2土钉墙计算土钉墙采用中国建筑科学研究院地基所研发的基坑支护软件进行计算。分北侧、南侧计算，北侧取数基坑坡高7.1m，坡宽1.8m，作用荷载20kPa，距坑边2.8m；南侧取数坡高6.9m，坡宽5.5m，作用荷载20kPa，距坑边1m。 (a)(b) (c)(d) 图2基坑支护软件计算结果6施工操作要点6.1降水开挖土钉墙施工需要在无水条件下进行。首先在基坑开挖边线边角处设一直径约2m，深约1.5m的集水井，井内布置潜水泵进行降

8、水，然后进行基坑开挖。基坑开挖过程从靠近旧路、旧桥一侧开始进行，挖掘时采用放坡后退法，分层开挖并分层进行土钉墙支护施工。每步分层开挖深度约1m，每层开挖完成后，在基坑周围设置排水边沟，将水引入集水井集中排出。随着开挖深度，集水井不断加深加大，潜水泵数量也相应增加，达到将地下水水位降至基坑底面至少50cm。6.2土钉墙施工工艺流程图图3土钉墙施工工艺流程图6.3土钉墙施工要点 图4土钉墙支护平面图边坡修整土方开挖至土钉设计标高下0.5m后，人工及时修整坡面。如砂卵石坡面极不稳定，可先挂网喷锚后再进行下步施工。坡面平整度允许偏差±20mm。6.3.2成孔采用洛阳铲人工成孔，两人一组。成孔

9、过程中注意控制倾角及孔径，成孔后对孔深、孔径、倾角进行检查验收，做好施工记录及隐检记录。如成孔过程中塌孔现象较为严重，采用分批间隔成孔的方式，以免影响现有路基。对塌孔产生的上方空洞，应在上层凿孔注浆将空洞填充补实。土钉墙施工允许偏差见表4。表4土钉墙施工允许偏差序号项目允许偏差值1土钉孔深±50mm2土钉孔径±5mm3土钉孔距±100mm4土钉成孔倾角±5土钉杆体制作安放按设计要求制作土钉杆体，钢筋焊接满足双面焊5d，单面焊10d，并按设计要求加焊定位支架，钢筋保护层厚度应大于25mm。图5土钉杆体图6土钉杆体加工成品注浆按水灰比1：0.6搅拌水泥浆，注

10、浆时，注浆管应插至孔底，并且孔口周边需封堵严密，以确保压浆到位；在一次注浆完成2.0小时内进行二次补浆，并将孔口封堵。钢筋网片制作与安装钢筋网片按设计要求制作，网片规格6.5200×200，网节点采用点焊或绑扎，网片搭接长度不少于300mm。网片外侧按设计要求加焊加强筋。土钉头焊接土钉钢筋按设计要求焊接在钢筋网片的加强钢筋上，加强钢筋与土钉钢筋的焊接长度不小于200mm。图7土钉面层图图8土钉节点图 图9土钉钢筋与加强筋连接图面层喷射砼喷射砼施工过程中严格计量配比，喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，喷射时喷头与受喷面应保持垂直。喷射射距0.81.5m，喷射砼终凝2小时

11、后宜喷水养护。喷射砼厚度允许偏差±10mm。图10土钉墙横剖面图示 图11施工成形的土钉墙土钉墙监测1）监测内容鉴于岩土工程的复杂性及本基坑工程的重要性，本工程采用信息化施工方法，边施工边监测，及时反馈监测结果，掌握基坑边坡及周边建筑物的情况，做到心中有数，确保基坑及周边环境的安全。基坑工程施工及地下结构施工期间，应对基坑支护结构变形、周边建筑物等保护对象进行系统的监测。通过监测，及时掌握基坑开挖及施工过程中支护结构的实际状态及周边环境的变化情况，做到及时预报，为基坑边坡和周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然；通过监测资料与设计参数的对比，可以分析设计的正确性与合理性，科学合

12、理地安排下一步工序。必要时，通过及时修改设计，使之更加合理，施工也更加安全。本基坑支护工程监测内容为：基坑顶部水平位移观测，基坑周边地面沉降观测。2）监测要求以上项目在土方开挖前必须测定初始值，且不少于2次；土方开挖过程中，每日监测一次；开挖至基底且位移稳定之后每37天监测一次；当遇大雨等特殊情况时，适当加密观测次数。监测数据要及时整理并及时反馈给有关人员，发现异常现象及时汇报。位移、沉降监测用的基准点不应少于二个，基准点应设置在基坑开挖影响范围之外。当测试值大于设计或规范要求时，要立即组织有关人员分析原因、研究对策，同时加密观测次数。必要时采取果断抢险措施，以防发生意外。基坑监测控制值：土钉

13、墙墙顶水平位移20mm，地面沉降20mm。3）监测成果定期进行监测成果汇总，并绘制基坑顶面水平位移（L）时间（T）关系曲线图。对监测数据及时进行分析，根据监测数据评价基坑支护结构的稳定性，编制监测报告。本工程监测结果：基坑顶面水平位移3mm，基坑顶面沉降2mm。6.4土钉墙施工过程中可能出现问题的预防措施及处理办法锚杆成孔可能出现的问题及处理办法锚杆成孔可能出现的问题是锚杆在卵石层由于大块卵石的存在不能成孔，遇到该问题可适当调整锚杆角度，在最大限度的调整角度后仍不能解决问题，可改变锚杆施工方法，采用跟管护壁施工方法。流砂的处理办法土钉墙施工过程中最可能出现的问题是在施工至含砂地层时，由于砂层中

14、的滞水未排除干净，形成流砂，致使开挖时不能成坡，甚至影响到上部土钉墙的安全，解决此问题就是在挖土过程中碰到流砂层时，不能贸然开挖，发现有流砂现象，应立即回填，然后在距离坡角12m处开挖，加大放坡角度，待边坡内滞水排除干净后，再开挖边坡坡面。图12边坡残留滞水泄水孔做法大样基坑出现过大变形的处理办法采用桩锚支护结构一般情况下基坑变形较小，发生过大变形的原因一般有三种，一是锚杆松弛，这种情况一般发生在软塑的粘性土中，本工程锚杆锚固层中不存在软塑地层，发生锚杆松弛的可能性不大；二是突发性的外来水影响，如果基坑周围有未处理的不明废旧管线，在意外跑水或雨季雨水聚集渗漏至槽边，可造成基坑过大变形，预防这种情况的措施是加强基坑变形监测，发现基坑变形突然增大，及时查找原因，切断外来水源；三是基坑边堆载过大造成基坑变形，对于该种原因应及时移走基坑边过大堆载。若变形出现较大变形并有持续发展的趋势，应立即在坑底堆土反压以限制变形的继续发展。局部失稳的处理办法土钉墙施工过程中，由于土层局部含水量过大，或者土体中存在竖向节理，有可能造成开挖的作业面自稳时间较短，来不及支护就产生坍塌，严重时可能造成上部已施工完成的土钉墙后一定范围的土体发生较大的竖向变形。解决的办法是：开挖作业面时安排有经验的管理人员对挖出的作业面土体含水量情况及时进行判断，严格控制开挖深度，严禁超挖；缩短作业面裸露的时间，必要时可以先喷