复合土钉技术应用之我见

复合土钉技术应用之我见

l工程概况

该工程基坑深度为6.Om，结构形式为框剪结构，主楼13层，裙楼4层，地下2层，基础采用筏板基础。其南侧紧靠原有办公楼(距办公楼外墙最近处为1.95m，基础为条形基础)。北侧距围墙2.5m，西侧场地较为开阔，东侧距围墙8m(图1)。

场地土层自上而下依次为：

(1)杂填土：杂色，湿，松散，主要为红砖块、砂、炉渣及粉土等。

(2)粉土②-1夹薄层粉质粘土②-2：②-1土黄色，软塑，很湿～饱和；②-2黄褐色～褐色，软塑，饱和。

(3)粉土③-1局部夹薄层淤泥质粉质粘土：③-1土黄色～浅黄色，软塑～流塑，饱和。

(4)粉质粘土：褐色～灰褐色，软塑～可塑，饱和。

(5)粉土：土黄色～浅黄色，软塑，饱和，局部粉砂含量高。

(6)粉质粘土：褐色～灰褐色，可塑，饱和。地下水位距地表2.5m左右。各土层主要指标见表l。

2基坑支护设计

根据施工场地条件，西侧场地较大，考虑采用放坡开挖；北侧和东侧有一定的放坡空间，考虑采用放一定坡度后进行支护；南侧紧临六层办公楼，无施工场地，只能采用直坡开挖。该基坑支护设计方案的难点是在保证基坑边坡的安全、稳定的条件下不影响南侧办公楼的安全和正常使用。

2．1基坑西侧、北侧和东侧支护方案

(1)基坑西侧：西侧边坡采用l：l的放坡，坡面喷30mm厚素混凝土面层，防止地表水等其他因素造成边坡土体强度降低而引起局部塌方。

(2)基坑北侧和东侧：为了保证新建建筑物施工空间和基坑边坡安全，对该部位的边坡进行1：0.2放坡，并采用3道土钉进行支护，土钉长度分别为8m、7m、6m，梅花形布置，面层厚80mm，内配Ф8@200x200钢筋网。具体支护方法见图2所示。

图2基坑北侧和东侧边坡支护

2．2基坑南侧支护方案

拟建培训中心的基坑开挖和建设将可能对办公楼产生以下两方面的不利影响：①基坑开挖过程中，由于降水和基坑边坡侧向变形引起办公楼的不均匀沉降；②新建建筑物施工完成后，将对原有建筑物产生附加应力的不均匀沉降。

为了保证已有建筑物的安全和正常使用，综合考虑场地和已有建筑物的实际情况，提出如下处理方案：①采用微型桩对原有建筑物基础进行局部托换，通过微型桩把原有建筑物上部结构的部分荷载传递到土层深部，减小作用于基坑边坡上的荷载；②采用合理的支护形式，限制边坡的沉降和位移。

通过两方面的综合处理，减轻基坑开挖后边坡的沉降和位移，减小新建建筑物对已有建筑物基础产生的不均匀沉降量，不但保证了基坑边坡的安全稳定，且保证了已有建筑物的安全和正常使用。

(1)原有建筑物基础托换

原有建筑物为筏板基础，整体刚度较好，因为该建筑物受影响最大的部位是北侧，为了防止该基础发生过大不均匀变形，导致建筑物倾斜，故只对建筑物北侧基础进行加固。由于建筑物北侧距离边坡的距离变化较大，考虑只对距边坡最近处进行托换。微型桩桩位距外墙的距离为300mm，桩间距为1200mm，布置4颗微型桩。具体托换方案如图3所示。微型桩与原筏板基础采用由Φ12@400梅花形布置的插筋连接，承台宽度为500mm,高度为300mm。

图3原有建筑基础托换

(2)基坑支护方案选择

根据南侧基坑开挖深度、工程地质条件等方面综合考虑，可以采用悬臂支护桩、支护桩加预应力锚杆、普通土钉、复合土钉等支护方案，通过技术、经济比较确定边坡支护方案设计。

悬臂支护桩支护是以基坑底面土的被动土压力来平衡边坡的主动土压力和水压力的作用。该土层主要是饱和粉土，土性参数c、Φ值较小，要达到支护边坡稳定需要支护桩有较大的嵌固深度，同时要提供被动土压力则需要较大的位移，因此，边坡的位移将会很大，有可能导致基坑周围地面、建筑物的开裂和破坏。

支护桩加预应力锚杆支护方案既可以减小支护桩的嵌固深度，又可减小支护桩的水平位移。但由于该土层性质较差，如桩间距较大，桩间土可能流出，同时要达到支护边坡的稳定需要预应力锚杆的长度较长。而且支护费用较高，施工工期较长。

普通土钉具有经济可靠、快速简便的特点，但在土性参数较小的土层中使用土钉，需要土体发生较大变形土钉才能完全发挥，土钉支护的边坡位移较大，可能对周边建筑物产生较大影响，同时每步基坑开挖的深度较小，施工工期加长，无法体现土钉快速简便的优势。

复合土钉(土钉+微型桩)支护方案中，由于微型桩可以起到超前支护的作用，既可以保证基坑按正常分步开挖，边坡土体不会发生部分坍塌，体现普通土钉经济、施工快速简便的特点，又可以在一定程度上减小边坡的位移。

综合以上支护方案的优缺点，确定南侧边坡采用复合土钉进行支护。

(3)基坑复合土钉支护设计

目前在土钉设计中，普通土钉设计已经较为成熟，但是以控制变形为设计理论的复合土钉设计尚无统一设计方法，按变形控制设计尚不成熟。现阶段复合土钉设计多采用以受力稳定性为主设计，辅助于控制变形的设计方法，通过施工过程中变形监测，及时反馈信息，完善复合土钉设计，已达到控制变形的目的。

该工程的复合土钉设计采用对土钉长度、土钉抗拉承载力、边坡稳定性主要采用普通土钉设计方法进行设计，以保证基坑边坡的稳定，另外辅助于施加微型桩来限制基坑变形的设计思路进行。

(一)根据工程类比和工程经验，初选结构各部分尺寸。因场地条件限制，只能采用直立边坡，水泥砂浆土钉，土钉直径为100mm，内配一根28钢筋。土钉长度及竖向间距如图4所示，水平间距为1.2m，梅花形布置。面层厚150mm，内配中Φ12@200x200双层钢筋网。各种土层对土钉的极限摩阻力标准值取为：填土-Ｔ=40kPa；饱和粉土-Ｔ=30kPa。

(二)采用圆弧滑动简单条分法对基坑进行整体稳定性分析。

(三)混凝土面层的强度验算。

经计算，1—1剖面采用4道土钉进行支护，微型桩长度为9m，嵌入基底以下3m，桩间距为600mm：2—2剖面的土钉长度、间距、微型桩长度与l一1剖面相同，不同之处是微型桩间距为1000mm，支护范围为11．2m。具体支护方法见图4所示。

图4

3微型桩施工

根据图3、4所示的桩位，进行微型桩施工。微型桩采用泥浆护壁成孔，必要时，使用跟进套管护壁。成孔清孔后，放入钢筋笼，后插入注浆管至孔底，用

压力注l：0.3的水泥砂浆，内掺高效减水剂及早强剂，直至管满为止，注浆压力为O.2MPa。微型桩进入第五层粉土1.0m。

对原有建筑物托换的微型桩施工，在清孔完成放入钢筋笼时，钢筋笼外侧对称绑扎两根Φ30的钢管，长度为1m，沿钢管长度方向每隔300mm四周均匀布置4个2mm直径的花眼，花眼位置均套胶皮。在微型桩水泥砂浆初凝后，从两根钢管采用1～2MPa压力注入水泥浆进行二次压浆，水灰比为0.5。在原基础下形成扩大头。微型桩施工完成5d后可进行基坑开挖施工。

4基坑监测

为保证基坑支护结构在开挖及基础施工期间的安全与稳定，确保南侧建筑物的安全。在基坑边坡顶设置了水平及沉降观测点，在建筑物四周设点沉降观测点，观测基坑边坡顶的变形与建筑物的倾斜，同时对基坑四周的裂缝进行观察。

表2：基坑开挖过程中建筑物的沉降（单位：mm）

表3：基坑开挖过程中边坡顶水平位移（单位：mm）

开挖完成后，南侧建筑物产生的整体倾斜最大为0.77‰，远小于规范4‰的要求，建筑物未出现任何新裂缝。由表3中可以看出，1—1、2—2剖面复合土钉支护边坡位移比4-4剖面普通土钉支护边坡位移降低很多，可以减小边坡位移30～50％，采用复合土钉支护技术能够较好地解决土钉技术基坑变形大的问题；同时解决了采用普通土钉支护坡面软弱土体暴露时间过长，发生局部土体坍塌的现象；开挖槽底处发生较为明显的软弱土体侧向挤出等问题，保证了基坑的正常开挖和土钉施工。

5结语

本工程在距房屋极近且地基条件为软弱土的情况下，采用复合土钉支护及建筑物局部微型桩托换技术，保证建筑物的安全使用和边坡的稳定，经过实践证明是成功的。