土钉墙技术在湿陷性黄土地区基坑支护中的应用
时间：2023-03-23 18:45:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
黄春梅（朔州市住房和城乡建设局，山西 朔州 036002）
随着我国社会经济的快速发展，在“一带一路”的发展战略中，统筹协调发展理念尤为重要，尤其在黄土地区的基础建设中，有效应用协调发展理念，充分利用黄土地区的丰富资源，推动各区域经济发展[1]。黄土主要是以粉末状颗粒为主，具有多孔隙、含水量小及易崩解等特点，基坑边坡经人工扰动后，会导致土体结构受到破坏，且力学性质差异性较大，为后续施工造成极大影响。基坑支护主要是为了提高基坑整体稳定性，为基坑内安全施工、防止土体移动、附近道路正常运行等奠定基础，基坑的支护形式主要有土钉墙、钢板桩、灌注桩、地下连续墙等几种支护形式。土钉墙基坑支护技术属于重力式挡土墙支护体系，主要由土钉群、面板及土体共同组成，形成重力式挡土墙体系，其施工依照自上而下的原则，为基坑安全稳定提供保障。为了进一步发挥土钉墙支护的作用，必须充分保证其各个施工环节的质量，本文对某基坑土钉墙支护技术要点进行分析讨论。
建筑基坑工程支护技术的应用，主要是在基坑施工前期需要对基坑深度及土质条件等情况做好数据分析，掌握基坑的实际情况，为基坑支护施工提高保障。基坑支护施工中，需做好安全防护工作，保证各个施工环节的施工安全，从而提高建筑工程整体结构的安全性[2]。此外，随着经济的快速发展，城市高层建筑越来越多，但土地资源贫乏现象逐渐显露，为了满足人们城市化生活需求，基坑深度逐渐增大，则施工难度越来越高，从而进一步体现出基坑支护工程的重要性。
建筑基坑工程经常会出现很多问题，例如基坑工程经常采用钢板桩支护技术，该技术虽便于施工，支护整体稳定性较高，但仍存在对周边影响较大等质量缺陷，甚至会引发周边建筑出现安全隐患，且不同地质条件应采用适宜的支护方法；
部分建筑企业可能会过于追求经济效益，而出现偷工减料等违法行为，给基坑工程质量带来严重危害[3]；
部分人员专业能力较低，缺乏过硬的专业素质，出现安全问题时不能及时拿出处理方案等，都对基坑工程的施工质量产生了一定的影响。
不同地理环境、土质情况选取合适的支护体系，其支护施工要点也不相同。黄土地区具有易湿陷、压缩大等特性，则黄土地区主要采取土钉墙支护技术、地下连续墙支护技术、悬臂式桩支护技术等。
2.1 土钉墙支护技术
土钉墙支护技术主要通过提高基坑整体稳定性以抵抗基坑周边土体及荷载对基坑产生的变形，土钉墙支护技术分为打入式和钻孔注浆两种形式。土钉墙打入式支护技术是将土钉直接打入被加固的土体中，且打入式支护方式具有局限性，只适用于被加固土体易团聚的天然黄土地区；
土钉墙钻孔注浆式支护技术是在基坑壁钻孔、插筋、注浆及喷射面层的支护形式，尤其随着基坑开挖深度的增加，土体极易失稳，侧向压力剧增，通过此方式，提高与土体的摩擦力，将侧向压力转移至土体中，从而实现基坑稳定的目的，并因其施工效果较优，而被广泛应用于实际工程中[4]。
2.2 地下连续墙支护技术
地下连续墙支护技术主要是在基坑周边进行支护，通过挖槽、放筋及浇筑混凝土的形式，实现对基坑加固的目的。地下连续墙支护技术整体连接性能优良，施工振动小，但施工时较易产生建筑垃圾，对周边环境造成一定的影响，施工机械具有很大的局限性，且需要固定模板，经济成本较高，从而导致其工程应用较少[5]。
2.3 悬臂式桩支护技术
悬臂式桩支护技术包括排桩式和板桩式两种。排桩式为了防止相邻桩之间出现伸缩变形，在相邻桩之间预留一定的间隙，且多数采用钢筋混凝土桩的形式，通过钻孔、放置钢筋笼和浇筑混凝土形成排桩结构，但其自身稳定性较差，且存在剪切作用力，易引发安全事故；
板桩式相邻桩之间相互搭接，中间未设置任何缝隙，可分为钢板桩、木板桩及钢筋混凝土板桩三种形式，具有支护面积大、防水效果好的优点，但基坑深度较大时整体稳定性较差，易导致弯曲变形，从而引发安全事故[6]。
3.1 工程概况
某湿陷性黄土地区基坑支护工程中，该场地东侧、北侧周边有建筑物，西侧和南侧位于城市主干道，现场施工时采取有效措施以避免对周边建筑物、主干道及居民造成影响。经过对该地质初步勘察，其土层的基本参数见表1。该建筑地下水位于19.4m～23.5m，基坑采取桩筏基础，考虑现场实际情况，基坑支护采取土钉墙支护方式。
表1 土层基本参数
3.2 基坑支护特点
湿陷性黄土土层结构疏松，土质均匀，但遇水后湿陷性土层结构将被破坏，土体自身强度减弱，并引起下沉的现象。同时，基坑支护难度较大，若支护过程中土体含水量过高时，极易发生剪切破坏，导致边坡坍塌，引发安全事故。因此，在湿陷性黄土地区基坑支护引入土钉墙技术，充分发挥土钉墙支护技术的优势，保证基坑工程的整体稳定性，从而推动土钉墙支护技术的发展[7]。
4.1 土方开挖
湿陷性黄土基坑土方开挖过程中，首先，施工人员应先依照相关图纸进行放样，确保土钉墙位置的精准性，保证土钉墙各项技术符合基坑支护要求；
然后，进行土方开挖施工，并坚持分层开挖、先浅后深的开挖原则，每层土方需开挖至土钉设计标高的下方，之后布置土钉[8]；
最后，每层开挖深度不应超过土钉墙300mm，并同时修正边坡，喷射挂网面层。
4.2 设置土钉
土钉布置前，先采用螺旋钻机在基坑边缘钻孔，钻孔直径为120mm，角度15°。成孔期间，应尽量减少出土的比重，避免土体出现沉降现象，并在成孔后及时注浆，禁止出现多孔同时注浆的现象[9]。土钉选取玻璃纤维增强筋，直径为20mm，参照GB/T 50010-2010《混凝土结构设计规范》可知，土钉与杆连接时选用U 型卡，搭接长度为相同螺旋纹钢筋直径的1.35 倍，则主筋的连接长度不小于800mm。在设置土钉时，避免阳光直射土钉材料，采取分类堆放的方式，并在土钉体全长范围每隔2m设置隔离支架，保证土钉能准确放入钻孔中心位置，土钉杆端头设置托盘，将螺母拧紧，土钉下放时与注浆管一同放下。
4.3 雨季施工要点
本基坑表层杂填土主要为黏性土，透水性较差，但施工期间遭遇雨季，导致土体含水率大大增加，无法进行后续施工，则必须降低土层的含水量，在施工现场设置排水沟，及时排除废水，并在基坑顶部低处设置截水沟，防止雨水渗流[10]。此外，实时监测水流量变化趋势，水流较大时严禁进行后续施工，保证现场施工的安全。
4.4 注浆、网片布设
湿陷性黄土地区的基坑支护中，采用土钉墙支护技术，注浆水泥浆体的抗压强度不应小于20MPa，水泥浆体搅拌过程中，需反复搅拌水泥浆体，并适当添加聚羧酸减水剂及速凝剂，减少水的用量，提高水泥浆体的凝结速度[11]。注浆管出浆时应保持连续，直至浆体溢出孔口为止，若注浆后出现浆体下降的情况，应进行补浆，保证孔口浆体的饱满程度。钢筋网片布设时，采用Φ6@200mm×200mm的单层双向钢筋网片，并在基坑顶处插入Φ12@1500mm的锚筋，插入土体600mm，并在锚筋沿边布设压网筋，钢筋网片通常在混凝土初喷后布设，且钢筋保护层厚度为25mm。
4.5 喷射混凝土面层
湿陷性黄土地区基坑采用土钉墙支护时，应喷射混凝土面层以加固支护体系。土钉墙支护体系的混凝土面层厚度为80mm，按照施工方案将普通硅酸盐水泥、中粗砂（含泥量2.8%）、5mm～15mm碎石及水混合搅拌，配制C25混凝土，并将混凝土喷射至相应区域。混凝土面层喷射时，应垂直喷射，依照自下而上的喷射顺序，喷头距离受喷面应控制在0.8m～1.5m，同时，在未挂网片时可以进行初喷，网片挂完后进行复喷。为了保证喷射效果，可提前将土体润湿，并在喷射时加入速凝剂，加快混凝土的凝结速度，减少土体吸收水分[12]。此外，混凝土喷射完成后进行喷水养护，且迅速进行相应排水，养护7d保证施工效果。
4.6 锚头连接
土钉墙技术支护过程中，施工人员应在喷射混凝土完成后再进行锚头连接施工，将托盘与混凝土面层紧密连接，保证与土钉相互垂直。在混凝土面层初凝后，拧紧螺母，保证螺母与托盘之间无缝隙，且混凝土面层终凝后，再次将螺母拧紧，拧紧力应大于40N·m。
4.7 施工监测
基坑支护采用土钉墙支护技术，可控性较差，极易出现失稳现象，则需要对整个支护过程进行监测，实时反馈现场施工信息。土方开挖监测中，深层土体设置水平位移观测点，每隔10m设置一个，上、中、下三排布置，并设置12 个地表沉降观测点。土钉墙支护施工每天监测不应少于2 次，直至基坑工程支护体系拆除后为止。
5.1 原材料质量控制
土钉墙技术在基坑支护中，必须严格把控施工原材质量，选取坚硬、耐久的材料，严禁使用伪劣等产品，危害施工人员的人身安全，并且禁止使用有害废物、有机物等材料[13]。此外，若使用混凝土外加剂时，应选取对水泥水化无影响的材料，从而为土钉墙支护技术提供安全保障。
5.2 施工质量管理
为了保证土钉墙技术在湿陷性黄土地区的支护效果，必须保证施工方案设计的合理性，严格执行施工技术交底工作，做好施工前期准备工作，并对进场材料、进场设备进行必要的检验，选取适宜的机械设备现场作业。此外，建立完整的施工监测方案，实时监控现场施工安全及周边建筑安全，确保现场施工顺利进行，避免人为因素对施工质量造成影响，降低工程安全隐患。
5.3 基坑止水施工质量管理
基坑支护施工中，止水施工尤为关键，应实时掌握地下水情况，包括雨水渗入、承压水等情况，现场作业前，全面了解现场周围地下水情况，并依据现场实际情况制定相应的止水措施，避免现场施工时出现连续的抽水现象，水位较高位置需设置止水帷幕，保证基坑支护的顺利进行。
综上所述，在土钉墙支护技术进行注浆时，必须进行加压，确保水泥浆体填满整个土钉孔。在湿陷性黄土地区进行基坑支护时，需对湿陷性土层遇水引起沉降现象制定预防措施，进行疏水、排水设置，从而避免土体湿陷而引发安全事故。
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