土钉支护及水泥土桩技术在建筑工程中的应用

温革生+张玉中

摘要： 以在建的某框架结构基础为工程背景，结合工程项目特点和难点，介绍了改扩建工程基础的施工方法。采用了土钉墙基坑支护技术和夯扩水泥土桩地基处理技术，对基坑起到了很好的加固作用，即降低了对周围建筑物的影响，同时施工简单，施工速度快，成本较低。

Abstract： Under the background of a construction framework foundation， combined with the project characteristics and difficulties， this paper introduces construction method of expansion project foundation. The foundation pit support technology of soil nailing wall and foundation treatment technology of rammed expanded cement soil pile are used， which has a good reinforcing effect on the foundation pit， reducing the influence to the surrounding buildings. At the same time， there are advantages of simple construction， fast construction speed and low cost.

关键词： 基坑；地基；土钉墙；夯扩水泥土桩

Key words： foundation pit；foundation；soil nailing wall；rammed expanded cement soil pile

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0228-03

1 工程概况

该在建建筑是一座地上6层地下两层的建筑物，该建筑物位于一座10层的办公楼和一座6层的宿舍楼中间，在这两座楼周边存在一些暖气管道和自来水管道，因此在施工时不仅要考虑基坑开挖对两边建筑物的结构的影响，而且还要考虑对周围管道的保护。本建筑物在基坑施工中，基坑支护采用的是土钉墙支护技术，地基处理采用的是钻孔夯扩水泥土桩。

2 施工特点

2.1 土钉墙支护 对于这样的深基坑采用土钉墙支护技术具有如下特点：①施工起来操作简便、迅速在保证质量的基础上能够适当提前工期；②所需求的仪器设备比较简单且容易操作；③比较容易控制质量，施工期间支护结构的水平位移较低，一般为基坑分层深度的千分之一到千分之二之间；④具有明显的经济效果，与护坡桩、板桩支撑墙等一些支护方式相比成本降低百分之十到百分之三十之间；⑤所需操作面较小，即占用的空间较小，同时能够充分利用现代的一些仪器进行信息化施工。

2.2 钻孔夯扩水泥土桩加固 施工设备简单，主要有两个施工设备，一个是小型的螺旋钻孔机，另一个是重锤夯扩设备。工艺容易操作，在整个施工过程中只需要六个工人，其中一个工人操作钻孔设备，两个人负责把水泥和土拌合在一起，一个人负责把水泥均匀摆到钻孔位置方便使用，一个人负责操作重锤夯扩设备，还有一个人负责整理施工设备的通电线。由于施工设备简单，需要的工人少，施工速度快，所以施工成本较低。

3 施工工艺

3.1 土钉墙支护

3.1.1 坡面处理 土钉墙工作面的开挖遵循自上而下，分层分段的原则，每层开挖深度一定要根据设计要求进行，一般为土钉竖向间距（控制在1～2m范围内），同时要保证开挖后土体不被破坏即完全自立，开挖的长度一般不超过10m，因为超过10m后支护将比较困难，同时对基坑的稳定性产生影响。开挖过程中对坡面尽量避免扰动，以免造成土体不稳定，开挖后需要人工对坡面进行修整，剔除一些虚土。墙面坡度一般不宜大于1：0.1，平整度的允许偏差在±20mm范围之内。

3.1.2 成孔 ①设备与成孔方法的选择。土钉成孔的方法和成孔的设备应该根据施工环境、项目具体的地质情况以及设计参数要求等进行选择。常见的钻孔方法一般包括人工法（人工洛阳铲）和机械施工法（回转钻进、螺旋钻进、冲击钻进）两种成孔。本工程采用的是人工洛阳铲成孔技术。由于人工洛阳铲成孔节约施工成本，且不受地形条件限制，方便了施工；在一定程度上使用洛阳铲成孔能提高了工作效率，能够加快施工进度；采用洛阳铲成孔，还可以减少护壁施工工序，同时也避免了环境污染，在整个施工过程中降低了工程成本，有着显著的经济效益。

②成孔的要求及注意事项：1）在成孔前，首先根据设计要求进行放线，用石灰或者油漆做出相应的标记并进行编号；2）成孔过程中应做好相应的记录，包括成孔的编号、深度等相关信息；3）成孔的标准：孔之间的距离与设计值偏差为±100mm之內，孔的深度与设计值偏差在±50mm之内，孔的大小与设计值偏差在±5mm之内，成孔的角度偏差在±5%范围之内；4）钻孔后需要立即清孔，排出孔内的松散物，成孔后需及时安放土钉，在注浆时保持土钉在孔中间位置。

3.1.3 土钉设置及一般规定 土钉的长度、直径、间距和倾角是影响其质量的重要因素，而各项均有相应的规定，具体如下：①土钉置入要求。为了保证土钉钢筋在孔中心的位置，因此必须在钢筋上设置支架筋，支架筋夹角为120度，沿着土钉长度方向每隔2～3m设置一组。②土钉直径要求。土钉多采用Ⅱ级或Ⅲ级螺纹钢筋，直径一般在 16mm与32mm之间，孔径的大小一般最小为100mm，最大是12mm，如果是锚杆桩支护土钉墙的结构形式时，直接用直径为48mm钢管压入土中。③土钉间距规定。土钉的布置一般采用梅花形，也有矩形布设方式，水平间距一般为1.0～1.5m，竖向间距与水平间距一样。④土钉倾角规定。土钉倾角主要取决于土体分层情况，当然还与注浆钻孔工艺有关，一般在5°～20°之间。⑤土钉长度规定。土钉长度随着开挖深度的变化而变化，一般是其0.5～1.2倍。

3.1.4 注浆 注射水泥浆时一般有重力和压力两种注浆方式。重力注浆是依靠水泥浆体的自重沿着孔流到孔底直到注满为止，一般要求浆体的水灰比为0.5，但是必须在浆体初凝前进行补浆，一般为1～2次；压力注浆时必须在孔口安装止浆塞，注满后保持压力不变，并持续一定时间，一般为3～5min。

3.1.5 钢筋网的绑扎 混凝土面层的钢筋网钢筋的直径一般为 6～10mm，架设的钢筋网里的钢筋之间的间距最好为150～300mm，钢筋网格间距设置的误差在±10mm，钢筋网搭接长度应大于一个网格边长或200mm。土钉与面层钢筋要设置加强钢筋或承压钢板构造，与土钉钢筋一般采用焊接连接，搭焊焊长应大于网筋直径的10倍。

3.1.6 喷射面层 在喷射混凝土之前，需要对钢筋网进行检查，看是否固定在坑上，合格后才能进行喷射。为了保证喷射砼时钢筋网不出现位移，一般可把钢筋网插入土中进行固定，或者在其下采用垫块。喷射砼强度等级不能低于 C20，其面层的厚度一般为80～130mm。

3.1.7 下一次的开挖 如果当层的注浆体和面层砼的强度达到设计强度的百分之七十以上时，才可以进入下层的施工。

3.2 钻孔夯扩水泥土桩加固

3.2.1 工艺原理 重锤水泥土挤密桩是先成孔，再以“超压强”重锤在“孔内深层领域内”对地基和孔内填料进行冲击夯扩，使填料向孔底和周侧强力的“挤密压实固结”。

3.2.2 施工步骤 用钻孔机械钻相应直径的孔，然后对孔深度和垂直度进行检查，孔深度和垂直度达到要求后，方可开始填料，用成桩回填设备分层夯实回填，直至重复回填到设计的标高。

3.2.3 工艺流程 如图1所示。

3.2.4 施工工艺要点

用转孔机钻孔，先从外排钻孔然后从后里排钻孔，同一排钻孔时应间隔1～ 2孔进行，钻孔前先进行放桩位。桩孔的直径和深度要和设计的直径、深度值相同，在特殊情况下，个别桩位需移动位置时，必须经建设单位、监理单位施工现场负责人确认后，才可以进行换位钻孔。成孔后应清底夯实、夯平，对已成孔的桩孔应防止灌水或土块杂物落入。

4 加固机理

4.1 土钉墙支护 土钉墙支护技术在挡墙、边坡、深基坑等工程中是一种常用的技术，目前已经被广泛使用，它主要由土钉群、被水泥浆加固的土体和墙体组成。由于土钉具有较高的刚度、抗拉、抗剪强度特性，当土钉与土体构成一个复合的整体，则可提高边坡的基本稳定性和承受坡顶荷载能力。所以用来抵挡土压力或其他附加荷载能力就会得到提高。而钢筋网喷射混凝土面层可以约束土钉间的变形，从而保护开挖面的稳定。

4.2 夯扩水泥土桩 水泥土是一种由土和水泥按照一定的比例配置成的混合材料。由于水泥是属硬性胶凝材料，不仅能够减少土中的含水量，而且还能发生水化反应把土体散粒材料胶结起来，同时水化反应产物还能与土中的活性的三氧化二铝发生反应使其强度进一步提高。若水泥土经过机械夯实强度将会进一步提高，但是其强度主要影响因素还是水泥，水泥强度越高、含量越多，强度越高。经强夯之后的水泥土早期强度较高，一般十天可达到极限强度的百分之五十五左右，但是如果是搅拌水泥土，虽然密实强度较小，但具有较大的胶结强度，如果同样的水泥用量的条件下，搅拌水泥土桩强度低于夯实水泥土桩，同时搅拌水泥土桩的强度增长也小于夯扩水泥土桩。在强度和变形方面夯扩水泥土桩类似于刚性桩的特性。通过大量的试验得出，如果夯实水泥土桩所承受的应力在其极限强度的百分之八十以内时，应力与应变能够较好的保持线性关系。因此在桩顶应力一定范围内夯实水泥土桩特性类似于刚性桩，全长的摩阻力能够发挥出来。充分利用这些材料的特性可以使地基的强度在短时间得到较大的提升。

5 总结

该建筑在基坑施工中所受周围影响因素较多，如周围的高层建筑物和不可动的管道，因此需选择合理的施工方法。本建筑的基坑施工中对基坑边坡采用的是土钉加固法，在地基处理上采用的是夯扩水泥土桩对地基进行加固。这两种施工方法对该基坑起到了很好的加固作用，即降低了对周围建筑物的影响，又满足了施工要求。

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