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土钉支护技术在某饭店深基坑中的应用
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内容提示：某饭店工程深基坑采用土钉支护，通过设计、施工、监测多环节的控制，并从现场量测数据分析表明基坑最大水平位移发生在基坑顶部；雨季随着雨水渗入土体基坑水平位移增长发生较大变化；施工中通过现场监控，及时对原设计作出必要的修改和采取必要的措施，确保了基坑的安全
摘 要：某饭店工程深基坑采用土钉支护，通过设计、施工、监测多环节的控制，并从现场量测数据分析表明：基坑最大水平位移发生在基坑顶部；雨季随着雨水渗入土体基坑水平位移增长发生较大变化；施工中通过现场监控，及时对原设计作出必要的修改和采取必要的措施，确保了基坑的安全
关键词：土钉支护；设计；施工；现场监测
1前言
深基坑支护设计与施工是目前城市高层建筑施工的重点和难点，有不少建筑工程由于深基坑支护的失误，导致重大经济损失并延误工期。因此，在经济合理的前提下，确保深基坑支护工程的安全可靠，已成为当前城市建设中的一项重要课题。
土钉墙支护造价便宜，工期短，在10m左右的深基坑中大量的应用。某饭店深基坑采用土钉墙支护，通过设计、施工的控制以及在正常使用和雨季中的监控、处理，确保了基坑的安全。
2工程概况
某饭店总建筑面积6.1万m2(见图1)，钢筋混凝土框架抗震墙结构，主楼16层，设有二层地下室，基础东西长258m，南北宽51m，筏板基础，基底标高-6.400m/-8.300m/-11.660m。地面标高为-0.350m～-0.790m，基坑开挖深度为6.030m～10.950m。
根据地质勘探报告揭示场地内基坑支护影响范围内岩土层主要为①填土层1.3～2.6m;②粘质粉土0～2.5m;③砂质粉土1.6～5m;④粉质粘土0.3～6.3m;⑤粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂4.8～11.7m。
场区内实测三层地下水，第一层上层滞水水位埋深0.80～3.00m,第二层潜水水位埋深5.80～8.50m，第三层潜水水位埋深25.40m。
基坑北侧临城市主干道，基坑南侧为住宅小区（6F），东侧为学校（3F）。
3基坑支护设计方案
根据现场实际情况，综合考虑安全、经济、场地条件、周边环境及施工工期等因素，采用土钉支护支护方案（见图2）。地质勘探报告揭示场地地下水位较高，实际开挖中自然地面下1.0m左右见水。
3.1基坑降水
考虑到保证地下室干燥施工作业，采用大口径管井抽水的降水方案，降水井布置在离开挖线1.0m处。基坑最深处底面标高为-11.66m，考虑将地下水降至基底下1.0m以下。沿基坑四周布管井83口，井距8.0m左右，在基坑内部局部集水坑处布置渗井。
降水井深度约11～16m；降水井孔径为φ600，全孔下入水泥砾石(砂)滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2～4mm，滤料填至孔口以下2m，上部回填粘土封至孔口。
3.2土钉支护
出于地下结构施工操作空间的需要，基坑侧壁与地下结构外墙之间的肥槽为0.8m（见图3）。
Ⅰ区土钉墙高度6m，坡度1:0.2，布置4排土钉，采用Ф16HRB335钢筋，水平间距为1.5m，土钉长3m～6m，孔径110mm，排距1.5m。
Ⅱ区土钉墙高度11.66m，坡度1:0.3，布置7排土钉，采用Ф20HRB335钢筋，水平间距为1.5m，土钉长5m～9m，孔径110mm，排距1.5m。其中第二排采用7-Φ5预应力锚杆，长度14m。
土钉墙边坡面层挂Φ6.5@250×250钢筋网和1Ф16@1500横向压筋。
4土钉支护施工
工艺流程如下：基坑降水施工→土方开挖至土钉标高下50cm→土钉成孔→杆体支放→注浆→坡面修正→铺设钢筋网→喷射混凝土→重复工序至基坑底→基底排水沟，基底施工。
土钉墙施工随土方开挖进行，基坑边坡原则上分段分层开挖，采用“中心岛”开挖方式，即先沿基坑边线开挖出10m宽条形护坡作业面。
土方开挖至土钉设计标高下0.5m后， 采用机械成孔，孔径110mm，并对孔深、孔径、倾角进行控制。成孔后及时插放钢筋，并注浆。土钉杆体采用水灰比为0.5，P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆，在一次注浆完成2.0h内进行二次补浆，并将孔口封堵。
喷射砼施工采用分段进行，同一分段内喷射顺序按照自下而上施工。面层喷射100mm厚C20细石混凝土，混凝土配合比为水泥:砂:石＝1:2:2。
5施工监测
基坑支护工程监测内容为：土钉墙顶部水平位移观测；基坑周边沉降观测；地下水位监测。
5.1地下水位监测
5月10日项目开工，到6月22日降水井施工完毕连续抽水后，水位基本维持在8m左右，不能满足施工的要求。经过分析，增加Ⅱ区水泵数量、调整水泵抽水深度后并昼夜抽水，使水位下降到开挖面1.0m以下。
5.2基坑位移监测
土方开挖前测定基坑坡顶水平位移、沉降位移初始值；坡顶水平位移、沉降监测点沿基坑坡顶边线设置，间距约30m；土方开挖过程中，每日监测一次。沉降观测的基准点设置在基坑开挖影响范围之外市政道路上。
水平位移的观测采用视准线法，以南侧基坑水平位移监测为例（见图4），在要进行位移观察的基坑槽壁上设一条视准线，并在该视准线两端基坑影响范围之外设置两个工作基点A、B，分别作为主站点及后视点，然后沿着该视准线在槽壁上分设若干观测点，直接在读数尺读出测点的位移。
开挖到设计深度，通过对水平位移监测数据分析，Ⅰ区6m深的基坑坡顶最大水平位移10mm，基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比1.7‰，Ⅱ区11m深的基坑最大水平位移接近30mm，基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比小于3‰，满足设计提出的监测值控制标准要求坡顶位移的警戒值30mm。以南侧基坑水平位移监测为例，变形发展见正常位移变形曲线（图5）。
6雨季中出现的危机情况和处理措施
7~8月北京地区进入雨季，夏季雨水天气给施工带来了不便和影响，随着几场暴雨的来临，危及边坡支护
安全的险情不断出现。
6.1危机情况
基坑边坡锚钉和面层喷射混凝土已施工完，在坑壁局部出现了出水点和悬挂水。基坑东侧边坡坑壁出水点水量逐步加大并迅速形成涌水和涌砂现象，东侧1～A轴到1～E轴土体局部塌方，紧临基坑5m的艺术学校院内侧出现裂缝。
南侧临住宅小区基坑支护变形超过警戒值，地面最大裂缝65mm（图6），实测南侧12#、13#观测点水平位移75mm，最大沉降位移170mm。水平位移变形发展见雨季位移变形曲线（图5）。
基坑西、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。从观测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在雨季中变形稳定。
6.2危机处理 对于坑壁局部渗水，在基槽四壁增加泄水孔，孔深0.6m，高度距槽底0.8m，间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑料排水管，把局部渗水通过暗埋在土钉坡面内的塑料排水管引入基坑周边排水沟及集水坑中，利用水泵及时抽排，加快边坡粉土层排水固结。
基坑东侧1～A轴到1～E轴采取分级支护，首先把高2.5m，宽4.0m的土卸除，在-7.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。
基坑南侧12#、13#观测点变形最大的位置延长到临近观测点，即11#～14#观测点之间近100m范围内边坡角堆土卸荷，堆土3.0m高，3.0m宽。在基坑南侧-3.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。
按上述措施进行施工和危机加固处理后，对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测，各观测点均处于稳定状态。同时对基坑开挖后，地面裂缝的开展情况进行了跟踪监测，各观测点的裂缝均处于稳定状态。
6.3原因分析
6.3.1经过现场复查，基坑东侧艺术学校院内离基坑水平距离6.5m，埋深3.5m，沿基坑分布两条污水管道，从南往北走向，将土体在垂直方向切成两段。院内雨水排入污水管道，污水管道不畅通，雨水渗入土体，致使东侧1～A轴到1～E轴基坑失稳，土体下滑。对本工程基坑周围地下管线埋设情况掌握不准确，场外来水影响了基坑的稳定。
6.3.2基坑南侧临住宅小区绿化带，坡顶距现状围墙2.0m。实测场地高差：场内比场外低0.5m。雨水渗入土体，基坑深度范围内的粉细砂地层，加上中间粉质粘土隔水层，影响半径小和渗透系数小，降水难度大，影响了基坑的稳定。
6.3.3基坑西、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。通过对水平位移监测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在10mm以内，变形稳定。说明水源远近是影响基坑稳定的主要因素。地表水渗入土体造成坡体土层的力学性能指标严重下降和坡体水压力增加。
7结论
7.1实践证明[2]：土钉墙支护结构对水的作用特别敏感。土的含水量的增加不但增大土的自重，更为主要的是会降低土的抗剪强度和土钉与土体之间的界面粘结强度。后者是土钉能够起到加固和锚固作用的基础。
关键词：土钉支护；设计；施工；现场监测
1前言
深基坑支护设计与施工是目前城市高层建筑施工的重点和难点，有不少建筑工程由于深基坑支护的失误，导致重大经济损失并延误工期。因此，在经济合理的前提下，确保深基坑支护工程的安全可靠，已成为当前城市建设中的一项重要课题。
土钉墙支护造价便宜，工期短，在10m左右的深基坑中大量的应用。某饭店深基坑采用土钉墙支护，通过设计、施工的控制以及在正常使用和雨季中的监控、处理，确保了基坑的安全。
2工程概况
某饭店总建筑面积6.1万m2(见图1)，钢筋混凝土框架抗震墙结构，主楼16层，设有二层地下室，基础东西长258m，南北宽51m，筏板基础，基底标高-6.400m/-8.300m/-11.660m。地面标高为-0.350m～-0.790m，基坑开挖深度为6.030m～10.950m。
根据地质勘探报告揭示场地内基坑支护影响范围内岩土层主要为①填土层1.3～2.6m;②粘质粉土0～2.5m;③砂质粉土1.6～5m;④粉质粘土0.3～6.3m;⑤粉质粘土、粘质粉土、砂质粉土、粉砂4.8～11.7m。
场区内实测三层地下水，第一层上层滞水水位埋深0.80～3.00m,第二层潜水水位埋深5.80～8.50m，第三层潜水水位埋深25.40m。
基坑北侧临城市主干道，基坑南侧为住宅小区（6F），东侧为学校（3F）。
3基坑支护设计方案
根据现场实际情况，综合考虑安全、经济、场地条件、周边环境及施工工期等因素，采用土钉支护支护方案（见图2）。地质勘探报告揭示场地地下水位较高，实际开挖中自然地面下1.0m左右见水。
3.1基坑降水
考虑到保证地下室干燥施工作业，采用大口径管井抽水的降水方案，降水井布置在离开挖线1.0m处。基坑最深处底面标高为-11.66m，考虑将地下水降至基底下1.0m以下。沿基坑四周布管井83口，井距8.0m左右，在基坑内部局部集水坑处布置渗井。
降水井深度约11～16m；降水井孔径为φ600，全孔下入水泥砾石(砂)滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2～4mm，滤料填至孔口以下2m，上部回填粘土封至孔口。
3.2土钉支护
出于地下结构施工操作空间的需要，基坑侧壁与地下结构外墙之间的肥槽为0.8m（见图3）。
Ⅰ区土钉墙高度6m，坡度1:0.2，布置4排土钉，采用Ф16HRB335钢筋，水平间距为1.5m，土钉长3m～6m，孔径110mm，排距1.5m。
Ⅱ区土钉墙高度11.66m，坡度1:0.3，布置7排土钉，采用Ф20HRB335钢筋，水平间距为1.5m，土钉长5m～9m，孔径110mm，排距1.5m。其中第二排采用7-Φ5预应力锚杆，长度14m。
土钉墙边坡面层挂Φ6.5@250×250钢筋网和1Ф16@1500横向压筋。
4土钉支护施工
工艺流程如下：基坑降水施工→土方开挖至土钉标高下50cm→土钉成孔→杆体支放→注浆→坡面修正→铺设钢筋网→喷射混凝土→重复工序至基坑底→基底排水沟，基底施工。
土钉墙施工随土方开挖进行，基坑边坡原则上分段分层开挖，采用“中心岛”开挖方式，即先沿基坑边线开挖出10m宽条形护坡作业面。
土方开挖至土钉设计标高下0.5m后， 采用机械成孔，孔径110mm，并对孔深、孔径、倾角进行控制。成孔后及时插放钢筋，并注浆。土钉杆体采用水灰比为0.5，P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆，在一次注浆完成2.0h内进行二次补浆，并将孔口封堵。
喷射砼施工采用分段进行，同一分段内喷射顺序按照自下而上施工。面层喷射100mm厚C20细石混凝土，混凝土配合比为水泥:砂:石＝1:2:2。
5施工监测
基坑支护工程监测内容为：土钉墙顶部水平位移观测；基坑周边沉降观测；地下水位监测。
5.1地下水位监测
5月10日项目开工，到6月22日降水井施工完毕连续抽水后，水位基本维持在8m左右，不能满足施工的要求。经过分析，增加Ⅱ区水泵数量、调整水泵抽水深度后并昼夜抽水，使水位下降到开挖面1.0m以下。
5.2基坑位移监测
土方开挖前测定基坑坡顶水平位移、沉降位移初始值；坡顶水平位移、沉降监测点沿基坑坡顶边线设置，间距约30m；土方开挖过程中，每日监测一次。沉降观测的基准点设置在基坑开挖影响范围之外市政道路上。
水平位移的观测采用视准线法，以南侧基坑水平位移监测为例（见图4），在要进行位移观察的基坑槽壁上设一条视准线，并在该视准线两端基坑影响范围之外设置两个工作基点A、B，分别作为主站点及后视点，然后沿着该视准线在槽壁上分设若干观测点，直接在读数尺读出测点的位移。
开挖到设计深度，通过对水平位移监测数据分析，Ⅰ区6m深的基坑坡顶最大水平位移10mm，基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比1.7‰，Ⅱ区11m深的基坑最大水平位移接近30mm，基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比小于3‰，满足设计提出的监测值控制标准要求坡顶位移的警戒值30mm。以南侧基坑水平位移监测为例，变形发展见正常位移变形曲线（图5）。
6雨季中出现的危机情况和处理措施
7~8月北京地区进入雨季，夏季雨水天气给施工带来了不便和影响，随着几场暴雨的来临，危及边坡支护
安全的险情不断出现。
6.1危机情况
基坑边坡锚钉和面层喷射混凝土已施工完，在坑壁局部出现了出水点和悬挂水。基坑东侧边坡坑壁出水点水量逐步加大并迅速形成涌水和涌砂现象，东侧1～A轴到1～E轴土体局部塌方，紧临基坑5m的艺术学校院内侧出现裂缝。
南侧临住宅小区基坑支护变形超过警戒值，地面最大裂缝65mm（图6），实测南侧12#、13#观测点水平位移75mm，最大沉降位移170mm。水平位移变形发展见雨季位移变形曲线（图5）。
基坑西、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。从观测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在雨季中变形稳定。
6.2危机处理 对于坑壁局部渗水，在基槽四壁增加泄水孔，孔深0.6m，高度距槽底0.8m，间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑料排水管，把局部渗水通过暗埋在土钉坡面内的塑料排水管引入基坑周边排水沟及集水坑中，利用水泵及时抽排，加快边坡粉土层排水固结。
基坑东侧1～A轴到1～E轴采取分级支护，首先把高2.5m，宽4.0m的土卸除，在-7.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。
基坑南侧12#、13#观测点变形最大的位置延长到临近观测点，即11#～14#观测点之间近100m范围内边坡角堆土卸荷，堆土3.0m高，3.0m宽。在基坑南侧-3.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。
按上述措施进行施工和危机加固处理后，对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测，各观测点均处于稳定状态。同时对基坑开挖后，地面裂缝的开展情况进行了跟踪监测，各观测点的裂缝均处于稳定状态。
6.3原因分析
6.3.1经过现场复查，基坑东侧艺术学校院内离基坑水平距离6.5m，埋深3.5m，沿基坑分布两条污水管道，从南往北走向，将土体在垂直方向切成两段。院内雨水排入污水管道，污水管道不畅通，雨水渗入土体，致使东侧1～A轴到1～E轴基坑失稳，土体下滑。对本工程基坑周围地下管线埋设情况掌握不准确，场外来水影响了基坑的稳定。
6.3.2基坑南侧临住宅小区绿化带，坡顶距现状围墙2.0m。实测场地高差：场内比场外低0.5m。雨水渗入土体，基坑深度范围内的粉细砂地层，加上中间粉质粘土隔水层，影响半径小和渗透系数小，降水难度大，影响了基坑的稳定。
6.3.3基坑西、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。通过对水平位移监测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在10mm以内，变形稳定。说明水源远近是影响基坑稳定的主要因素。地表水渗入土体造成坡体土层的力学性能指标严重下降和坡体水压力增加。
7结论
7.1实践证明[2]：土钉墙支护结构对水的作用特别敏感。土的含水量的增加不但增大土的自重，更为主要的是会降低土的抗剪强度和土钉与土体之间的界面粘结强度。后者是土钉能够起到加固和锚固作用的基础。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/13835.htm
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