浅谈复合土钉墙在深基坑支护中的应用

浅谈复合土钉墙在深基坑支护中的应用
摘 要：土钉墙是近30年发展起来的深基坑支护技术，文章以结合实例为基
准，对复合式土钉墙在深基坑支护中的应用加以探讨。

关键词：支护结构；施工程序；土钉注浆
0引言

复合土钉墙技术突破了传统土钉墙的限制，使该技术在岩土工程多种领域得
到了广泛应用。但该技术自产生以来，业内对其一直未形成统一的认识，在支护
结构加固机理、受力变形的数值模拟、设计计算方法、现场监测、施工质量控制
管理等方面的研究也一直存在不足，但国家建设部于2011年9月16日发布、并
于2012年5月1日实施的《复合土钉墙基坑支护技术规范》（GB50739-2011）
对复合土钉墙从专业定义、分类、勘察、设计、施工与检测、监测等各方面都作
了明确规定，相信有了该规范的约束和指导，对于复合土钉墙的研究将进一步的
深入，而复合土钉墙的应用也将在更加广泛的同时也更加规范。

1工程概况
某工程场地原始地貌单元为冲沟洼地，后经人工回填、平整成现状。该工程
下设一层地下室，地下室面积约2000m2，基坑开挖深度5～7ｍ。拟建地下室西
侧长度约100mm，边线距离用地红线约8m，红线外约10m为一宽约40m的溪
流（溪内常水位均高于坑底，且流量较大），红线与溪流间为现状空地。另经收
集资料及现场调查，西侧场地内及其周边无地下管线和地面高架线分布。该西侧
在基坑开挖范围内分布的主要土层自上而下依次为①素填土：回填时间1～2年，
杂色，总体呈松散状，稍湿～很湿，主要由粘性土混少量碎石组成，透水性弱～
中等；②冲洪积粉质粘土：灰白、灰黄，可塑～硬塑，很湿，主要由粉、粘性含
少量石英中、粗砂组成，透水性弱或为相对隔水层。西侧场地内的地下水主要为
赋存和运移于填土中的潜水，主要接受西侧溪流中地表水的侧向补给以及大气降
水的垂直入渗。

2支护结构设计要求
2.1 支护钢筋混凝土灌注桩及冠梁
1) 支护桩采用钢筋混凝土灌注桩，机械成孔，桩长13.5 m，桩径800 mm，
桩间距为1.5 m，桩身混凝土强度等级C30，主筋保护层厚度50 mm。

2) 冠梁截面尺寸900 mm × 500 mm，混凝土等级C30，主筋保护层厚度35
mm。

3) 灌注桩间打入1 000 mm 长直径14 的钢筋，水平向、竖向间距各为2 000
mm，并挂钢丝网片，钢丝网网格尺寸为50 mm ×50 mm，喷射C20 混凝土。
2.2 土钉墙
1) 土钉。
土钉采用机械和人工洛阳铲成孔，成孔孔径不小于100 mm，土钉入射角度
15°，钢筋每隔2 000 mm 设置一个对中支架，土钉采用Φ22 钢筋。土钉浆
体采用纯水泥浆，水泥采用32.5 矿渣水泥，水灰比0.5～0.6，注浆水泥量严格
按设计要求不得小于每米20 kg，注浆压力0.4 MPa～0.6 MPa。

2) 钢筋混凝土面层。
钢筋网为双向Φ6.5@200，外压Φ14 钢筋。保护层厚度不小于30 mm，Φ14
钢筋应与土钉焊接。喷射作业应分段进行，一次喷射厚度不小于40 mm，喷射混
凝土强度等级为C20，厚度为80 mm。

3) 所用钢筋接头都要按受力钢筋焊接，网片点焊或绑扎成形。钢筋采用
HPB235 及HRB335。

3施工方案
施工程序: 施工准备→定位放线→降水→基坑土方开挖→基坑支护工程→
基坑验收。

3.1 土钉墙支护施工
1) 施工顺序。
由东向西，分层施工，基坑开挖以每个断面土钉间距为厚度进行，逐层向下
开挖，每开挖一层相应完成钢筋土钉的施工和面层混凝土的喷射工作，直至土钉
墙施工完成。根据现场土质，采用先喷后锚。

土钉墙施工工艺流程见图1。

图1 土钉墙的施工工艺流程图
3) 土钉制作、成孔。
成孔作业前，按设计位置确定孔位。孔位呈15°俯角，孔径不小于100，成
孔深度符合设计要求。土钉均采用HRB335Ф22 螺纹钢筋，在施工现场按设计长
度截断或焊接。土钉每隔2 m 焊接一组Φ6.5 钢筋制作的对中支架，土钉钢筋端
部做L 形土钉帽与钢筋网片及混凝土面层连接。在基坑开挖至要求深度后设置
土钉，土钉间距为1.5 m。土钉安装完成后，再固定好钢筋网片（如图2）。

图2 土钉与面层连接大样
4) 土钉注浆。
注浆采用BW150 型注浆机进行。注浆压力控制在0.4 MPa，使浆液充满孔
内并适度扩散到周围土体中，注浆材料选用P.O32.5 水泥，水灰比为0.4～0.5，
浆液应搅拌均匀，注浆充盈系数不小于1.1，随拌随用。浆液在初凝前用完。注
浆过程中边注浆边拔注浆管，并要求始终将注浆管头置于水泥浆液中。

5) 喷射混凝土。
本工程采用干喷法。采用12 m3 的空压机喷射装置用干浇工艺进行喷射。
喷射混凝土的配合比为水泥∶ 砂∶ 碎石= 1∶ 2∶ 2，水泥采用P.O32.5 级水
泥，喷射作业前，做好基层清理。在进行喷混凝土作业时，空压机风量应大于9
m3 /min，气压控制在0.3 MPa左右，喷头水压大于0.15 MPa，喷射间距控制在
1 m 左右，并和墙面尽量保持垂直，以保证喷射强度。开喷前先通风再给料给水，
终凝前先停水停料，再停风。喷射混凝土从开挖层底部逐渐向上进行，接缝部分
做成45°角。喷射第二层混凝土前，应去除第一层混凝土松散、松动的部分。面
层喷射混凝土终凝2 h 后喷水养护不少于3 d。喷射混凝土强度按GB 50204-2002
混凝土结构工程施工质量验收规范中对混凝土强度检查的规定，并根据喷射混凝
土的特点，取同材料、同配合比、同喷射工艺的混凝土作为一个验收批，并要求
每一个工作班内，每50 m3 或小于50 m3 工程量制取一组强度检验试块，每组
试块不得少于3 块。

在施工时设置非工作钉进行抗拔试验，面层混凝土按规范要求进行抗压强度
试验。

3.2 灌注桩施工
工艺流程: 钻机就位→钻孔→注泥浆→排渣→清孔→吊放钢筋笼→二次清
底→插入混凝土导管→浇筑混凝土→拔出导管。

1) 支护桩定位放线。
在钻孔灌注桩开始施工前，根据设计提供的坐标及高程控制点对桩定位放
样，并在不受施工影响的位置设置临时控制点，放线完成后提供完整的测量资料。
复核无误后开钻施工。同时，应对桩位点采取保护措施。

2) 钻机就位。
钻机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，保证钻头中心与桩位中心
相重合，偏差不超过20 mm。

3) 钻进成孔。
钻机的钻杆上标有尺寸，来控制钻孔深度。钻杆上设有扶正器。钻完后用测
绳复测实际孔深。

4) 钢筋笼制作安放。
对钢筋的焊接及检验由专人负责。钢筋笼安放时，应确保笼子顺直、牢固、
不变形，入孔时应对准中心徐徐下放，避免碰撞孔壁，若遇阻碍应查明原因，酌
情处理后，再继续下入，下放到位后，安置牢固、稳定，笼顶标高允许偏差为± 100
mm。

5) 混凝土灌注。
安放钢筋笼后，测量沉渣不大于15 cm 方可浇筑混凝土。混凝土灌注时应
对混凝土作坍落度抽检( 坍落度要求200 mm ±20 mm) ，每根作试块一组。灌注
中应用测绳对混凝土面进行测试，灌注中及时填写灌注记录表。灌注完毕后，对
空桩应及时回填，确保桩头强度和施工安全。

3.3 土钉墙施工技术措施
土钉墙施工前对周围建筑物及地下管线等进行调查，事先制订好防止危及周
围建筑物、道路、地下设施采取的措施以及应急预案。必要时采取针对措施，避
免事故的发生。

1) 从很多土钉失稳的实例看，无论施工阶段还是使用阶段，导致失稳的自
然因素主要是软弱土层和地表及地下水。为预防土钉墙受水浸泡失稳，所有施工
场地地面均做混凝土硬化，并做临时雨水系统排入市政管网，防止地表水对土体
的浸泡。基坑四周做阻水坡，防止雨水流入基坑内。基坑内如有积水及时清除，

以免影响土体稳定。
2) 开挖时应分段分层作业，严禁超挖，尽量缩短土体暴露时间，及时在面
层喷射混凝土。

3) 土钉采用压力注浆，注浆时注满整个钉孔，以免减弱土钉的作用，影响
土钉墙的稳定性。
4) 基坑开挖期间禁止在坑边堆放超过设计要求载荷的重物。
4结语
本侧基坑施工过程中，经历了南方台风季节，雨量较大，外围溪水暴涨，但
均无塌方和较大变形现象的发生，也基本未见坑外地下水从基坑侧壁渗出，基坑
底部也未出现土体变形与隆起现象。从监测单位的监测结果来看，本土钉墙支护
结构最大水平位移为19mm，最大沉降为12mm，周边地表沉降为10mm，地下
水位也无明显波动现象。由此可见，本侧基坑采用打入式钢管土钉墙结合水泥土
搅拌桩截水帷幕的复合支护方案，效果良好，支护结构的设计与施工取得了成功。

参考文献
[1] GB50739-2011.复合土钉墙基坑支护技术规范[S].
[2] JGJ120-99.建筑基坑支护技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社，1999.
[3] GBJ7-89.建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，1990.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。