土钉墙+喷锚复合支护技术在深基坑工程中的分析应用
关键词：高层建筑；基坑工程；土钉墙支护；位移监测
1、引言
高层商住楼深基坑支护的方案有护壁桩、锚杆、喷锚、土钉墙等多种方式，各种方案有其优点和局限性，应在深入掌握和研究水文、地质资料和周边环境条件的基础上，进行方案的分析、论证与优化。
特别是现代高层建筑基坑工程朝着深、大、结构更复杂的方向发展，基坑结构支护也不再是采用单一的技术方法，而是多种支护方式的综合应用。因此，选择科学合理的基坑支护方案，以确保证基坑支护工程的质量和施工安全。
2、工程概况
湖南某高层商住楼，主楼为28层，裙楼为5层，总建筑面积94926m2。框剪结构，筏板基础。基础埋置深度-11.5m，带二层地下室，局部二层半。基坑长约210.5m，宽约75.8m，基坑设计开挖深度6.5～10.4m，基坑平面布置见图1。
经比较，采用土钉墙+喷锚复合支护方案，开挖过程中须注意基坑周围的建筑物及地下管线。
本基坑地质条件相差较大，地面高差悬殊，拟建场地中部有一陡坎，南高北低，高差约3.5m。地层自上而下依次分布为：①杂填土层：厚度差异较大，呈东厚西薄状，在0.70～5.5m之间。②粉土层：厚度0.55～7.0m，局部区域缺失。③卵石层：埋深4.1～8.2m，勘察厚度7.2～25.6m。各地层相关力学性质指标见表1。
3、土钉墙+喷锚复合支护设计方案
本工程采用设计软件SN2000进行整体稳定性验算，按照现行有关技术规程，基坑南面边坡支护工程的安全等级为一级，工程的重要性系数为③＝1.0。本工程主楼与裙楼的筏板板底标高不一致，使得基坑边坡深度相关较大，为了合理经济地支护基坑，根据不同的深度分区分别进行支护。主要考虑保证坑壁土体稳定及周围留有一定的施工空间，采用适度放坡后土钉墙支护的方案（详见基坑平面图）。
3．1土钉设计参数
基坑底边线距离基础边线0.5m，基坑顶边线距离基坑底边线2.5m。土钉梅花状布置。土钉直径100mm，土钉钢筋均为Ⅱ级钢筋，直径18mm，土钉与水平面之间的夹角为15°（见图2）。土钉固结用水泥素浆，采用P.O.32.5R级普通硅酸盐水泥，水灰比0.45，具体设计参数见表2，表3。
3．2挂网、喷射混凝土的设计
喷射混凝土厚80mm，配钢筋网为φ6@200mm×200mm，加强筋为4φ16mm，长度400mm，在坡顶位置上包300mm，钢筋网剖面见图3。
喷射混凝土可根据土质情况分两次喷射，也可一次喷射成型。第一层40mm混凝土喷射完成后，挂设钢筋网，保证钢筋网距离坡面40mm，然后紧固土钉，再喷射第二层混凝土至设计厚度，喷射混凝土强度等级为C20，喷射混凝土配合比为水泥：砂：石＝1：2：2。
4、土钉墙+喷锚复合支护施工与监测
4.1施工技术要求
1）开挖、修坡：土钉墙施工随工作面开挖分层施工，开挖高度按照土钉的设计高度1.5m分层进行开挖，严禁超控。每层开挖宽试想取决于土体堆积稳定时间和工作流程。对开挖后的边坡段，用人工及时修整，清除待喷面上的松散杂物，以便于后面初喷、成孔的施工。
2）初喷混凝土：边坡修整后，立即喷射40mm厚的混凝土层，使暴露的土体及时封闭，以免风化、坍塌。在边坡土体稳定的情况下，可先完成土钉后再进行喷锚。
3）成孔：按设计要求施工，孔深见设计图孔径100mm，层高1.5m，第一层距地表1.0m，倾角15°。成孔时必须干式钻进，避免冲洗液冲刷孔壁，降低土钉的抗拔能力。在卵石层如遇到成孔困难时，可用锚管注浆完成土钉。
4）设置土钉：成孔后，应及时将土钉钢筋连同注浆管送入孔内，在放置土钉钢筋前尽可能对孔内残存及扰动的废土进行清除。土钉钢筋上间隔2.0m设置一组导正支架。
5）注浆：灌注纯水泥浆至孔口溢出，必要时进行补浆一次。为防止水泥净浆固结收缩时降低土钉的锚固力，掺入水泥用量3%的氧化钙类膨胀剂。
6）编钢筋网、焊接锚杆头：钢筋网为φ6@200mm×200mm，加强筋为4φ16mm，长度400mm。加强筋与土钉钢筋进行焊接。
7）终喷混凝土：按设计要求喷到所需厚度。喷射混凝土终凝20h后，应喷水养护，养护时间大于3d。
8）3d后再进行相邻土体或下一层体的开挖，并进行下一段土钉墙的施工，根据土质情况可适当缩短时间。
4.2施工过程中的位移监测
本基坑周边顶共布置20个点进行边坡土体顶部的水平位移和垂直位移的监测，监测点间距15～25m，其中东西陡峭地段各布置4个点，南面布置7个点，北面布置5个点。在施工期间要求每天观察一次，若发现异常情况如地面突然开裂、裂缝持续增大或位移日增量超过3mm等，则加密观察。
在基坑南面的土钉墙由于地面高，支护深，土钉墙的水平位移和垂直位移的监测应予取予以特别重视，在施工期间要求每天观察一次，施工结束后要求一周观察一次，若发现有水平位移和垂直位移应立马采取相应的措施。
施工表明，基坑南面的测点水平位移测量结果如图4所示，测点W3、W4在基坑南面支护中段，主动土压力影响较大，最终积累水平位移明显偏大，最大值分别为60mm和71mm；测点W5、W6在设计要求的范围内，均不超过50mm；其余各点的水平位移在施工期间增长较快，施工结束后趋于稳定。
4.3方案实施效果
由于施工前对施工方案进行了充分论证，对一些关键技术做到有效控制，同时在施工中组织严密，方法得当，措施到位，并严格按施工工艺和顺序进行操作，取得了较好效果。
1）节省了施工工期，比计划提前了20d。
2）经连续监测，坑壁土体的水平位移、坡顶沉降量、周边道路地面垂直位移以及坑壁顶部硬壳层和土钉极限抗拔力等，均满足了规范和设计要求。
3）采用土钉支护技术，确保了基坑土体的整体稳定，避免了基坑开挖对周边环境的不利影响，达到了预期的目的。
5、结束语
综上所述，在现代高层建筑基坑工程中，土钉墙及其复合支护以其经济实用安全可靠的特点优势正逐渐得到越来越广泛的运用；为了减少基坑变形，可通过施加预应力的办法使其变形有效得到控制，而在软土地区，则可附加深层搅拌和注浆技术对基坑底部进行加固处理。
参考文献：
[1]《土钉墙技术的研究及应用》杨志银，张俊，王凯旭，岩土工程学报2005.2
[2]刘建航、侯学渊；基坑工程手册[M]；中国建筑工业出版社。
[3]《基坑土钉支护技术规程》（CECS96197）；北京,中国建筑工业出版社。