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土钉墙支护在基坑支护中的应用

371 2021-06-08 14:17:11

土钉墙是一种新型的基坑支护形式,其已在国内外许多基坑支护工程中得到了成功的应用,并取得了明显的技术经济效果。土钉墙主要由钻孔注浆式土钉、原位土体和喷射混凝十面层组成,对干打入式十钉或打入注浆式十钉和不同的面层同样可以使用。 土钉墙施工工艺要求土体具有临时自稳能力,以便有一定的时间施作土钉墙,因此对土钉墙适用的地质条件加以限制。

从目前的应用情况来看,土钉墙单独作为支护结构,深度一般在 10m 以内,所以对基坑深度加以限制; 当土钉墙与其他支护结构形式联合使用时,可根据具体情况选用。对于无胶结砂层、砂砾卵石层和淤泥质土,土钉成孔困难,不宜采用土钉墙;对于不能临时自稳的软弱土层,土钉墙施工无法实现,所以不能采用土钉墙支护。从许多工程经验来看,土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此规定采用土钉墙工程必须做好降水,且不宜作为挡水结构。

与地下连续墙和柱列式灌注桩挡墙不同。土钉墙支护的嘴混凝土面层并不是支护结构的主体,而且整个支护是与基坑挖土过程同时完成的(图1- 6)。

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常用的土钉是钻孔注浆钉,以变形钢筋为中心钉体。在成孔困难的松散砂土、软黏土中也可击入钢管作为钉体然后注浆 (管壁有出浆孔)。不注浆的击入钉可用角钢作钉体,它能立即起到稳定土体的作用。

土钉支护的施工速度快、用料省、造价低;与桩墙支护相比,工期常可缩短一半以上,成本大概只有 1/3。土钉支护可以紧贴已有建筑物施工,可以省出桩体或墙体所占有的地面。密集的土钉群与周围土体组成一整体,土钉在其中兼具加筋 (如同混凝土中的钢筋)和锚拉的作用,因此,土钉支护类似重力式挡土墙而又不完全相同。土钉也只有在土体发生变形的条件下,通过与土体之间的界面粘着力使其受拉并起作用,因而又不同于主动压紧土体的预应力锚杆。

尽管土钉是被动受力部件,但土钉支护的变形却并不大,与一般的内支撑桩墙支护相当。国内一些工程实践表明,土钉支护的最大水平位移还往往小于同样土体条件下的桩支护,这显然与土钉支护的特殊施工方法有关。土钉支护施工对土体的搅动小,分层(通常 1~1.5m)、分段(通常不超出 5m) 小步开挖并紧接着迅速支护 (喷射混凝土和设置十钉),这种步步为营的施工工序对控制变形起到了极为关键的作用。由于土体状况多变并难以准确预测,土钉支护的这一优势使其具有较高的安全可靠性。国内在建筑物密集的城市地区用于直立基坑的土钉支护深度已有一些达到16~18m,其中包括复合土钉支护。比较典型的工程如北京庄胜广场基坑(135m×270m),最大挖深 16.2m,砂黏土和细砂地层,用14 排土钉;北京万富大厦基坑,深16.8m,细粉砂和砂黏质粉土地层,用11 排土钉,支护面层兼作为主体结构外墙的外模;北京通港大厦基坑 (50m×70m),深 17m;广州东风路安信工程基坑,深 16~18m,局部软塑粉质黏土,复合土钉支护;这些基坑均紧邻建筑物、道路或管线,支护最大水平位移都控制在基坑深度的 0.1%~0.3%以内。目前,土钉支护在北京地区的发展也十分迅速,从 1995 年开始已有 500 多个基坑支护中采用土钉墙或加复合锚杆,在许多场合大有取代桩支护的趋势。

为了严格控制支护变形和在不良地层(如夹有局部软黏土层)中施工,土钉支护可以和预应力锚杆联合使用,这种复合土钉支护对于高层建筑这样深大基坑且使用期又较长的基坑更为适合。土钉长度分布及土钉墙混合支护方案如图1-7 所示。

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与十钉支护施工方法十分相似的还有一种称为锚杆幕墙的支护,也是从上到下分层开挖,设置较密间距的预应力锚杆并分层现浇混凝土墙面 (厚 20~30cm)。锚杆幕墙支护后来又发展到用预制混凝土板作为墙面。 上述钉、锚支护的共同特点是边开挖、边支护,但锚杆从安装到施加预应力尚需有一个过程,而土钉可以较为迅速地发挥支护作用。联合使用土钉和锚杆则可以优势互补。当联合使用锚杆和土钉时,预应力锚杆的长度应该至少超过土钉长度的 1/3。锚杆、土钉施工机具和微型桩的施工机具基本相同,三者联合成复合土钉支护可以解决多数地质条件下的大型基坑支护的需要。但土钉和锚杆必须占据周边地下空间,使其应用受到限制;基坑暴露时间也不宜太长,土体变形会很大,造成不安全感;当有丰富地下水时,土钉墙支护的施工不宜采用。