第２２卷增刊 ２０１０年８月 中国煤炭地质 ＣＯＡＬ ＧＥＯＬＯＧＹ ＯＦ Ｃ：ＨＩＮＡ Ｖｏ１．２２ Ｓｕｐ． Ａｕｇ．２０１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－１８０３．２０１０．Ｓ１．１６ 文章编号：１６７４－１８０３（２０１０）ＳＩ－００５６—０４ 土钉墙支护技术在实际工程中的应用 陈岩 （中煤涿州建筑工程公司，河北涿州０７２７５０） 摘要：从土钉墙的结构特点、适用范围和施工的一般要求出发，对土钉墙支护技术在工程中的应用进行了详细介 绍。以中国煤炭地质总局地质研制厂职工集资住宅改建１ 、２ 住宅楼和地下车库基坑支护工程为例，介绍了基坑支 护方案的选择和土钉墙的设计、计算、施工和监测方法。经基坑支护设计软件计算，自然开挖时。该基坑的边坡整体 稳定性安全系数为０．６１￣０．６７，采用地钉墙加固后，边坡的整体稳定性安全系数为１．４７～１．４９。单根土钉的抗拔安全系 数均大于１．５，说明土钉墙支护设计方案是合理的；基坑施工监测显示，基坑水平位移值及沉降值均小于３ｒａｍ，符合 规范要求。 关键词：深基坑；土钉墙支护技术；稳定性 中圈分类号：ＴＵ４７３ 文献标识码：Ａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｎａｉｌｉｎｇ Ｗａｌｌ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ Ｃｈｅｎ Ｙａｈ （Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｚｈｕｏｚｈｏｕ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｕｏｚｈｏｕ，Ｈｅｂｅｉ ０７２７５ｏ】 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｎ ｆｒｏｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｓｃｏｐｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎａｉｌｉｎｇ ｗａｌｌ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｎａｉｌｉｎｇ ｗａｌｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｏ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔａｆｆ ａｎｄ ｗｏｒｋｅｒｓ ｆｕｎｄ ｒａｉｓｉｎｇ ｒｅｂｕｉｌｔ Ｎｏｓ．１ ａｎｄ ２ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉｌａ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｇａｒａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ，ＣＮＡＣＧ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏ￣ｓｃｈｅｍｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｎａｉｌｉｎｇ ｗａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍｏｎｉｍｆｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｆｒｏｍ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｎ ｎａｔｕｒａｌ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓ１ｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｒｅ １．４７一ｌＩ４９，ｕｐｌｉｆｔ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｓｏｉｌ ｎａｉｌ ｔｉｔｌｅ ａｌｌ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ １．５，ｔｈｕｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｎａｉｌｉｎｇ ｗａｌｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｖａｌＵｅＳ ａｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ａｒｅ ａｌｌ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ３ｍｍ，ａｃｃｏｒｄ ｗｉｈｔ ｃｏｄｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ；ｓｏｉｌ ｎａｉｌｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 随着城市建筑的大量兴建，开发商为提高建筑 世纪７Ｏ年代，１９８０年，我国首次将该项技术应用于 用地率，建筑物呈现出向地下发展的趋势，基坑开挖 山西柳湾煤矿边坡支护工程（开挖深度１０．２ｍ，坡度 深度越来越深．基坑支护的费用在整个工程造价中 ａ＝８０。）。２０世纪９０年代以来，我国相关专家和学者 所占的比例也越来越大。因此合理地选择支护形式 对该项技术进行了深入的研究和应用，证实它是一 和施工工艺，协调好安全、经济、工期、环境影响四者 种技术可行、安全可靠、经济效益明显的技术，并已 之间的关系。是深基坑支护工程成败的关键。 将其成功地应用于非软土场地基坑支护，基坑深度 １土钉墙支护技术 已突破２０ｍ。 在工作机理上，土钉墙是高强度土钉、网喷混凝 １．１结构特点 土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，它 土面层及原状土三者共同受力，增强了土体破坏延 性，很好地改变了边坡突然塌方的性质，有利于安全 是将土钉安设或打入基坑边坡土体内，将土体加固 施工；在工艺上，采用了边开挖边支护的方法，工作 成能自稳的重力式的挡土结构。该项技术形成于２０ 面不受，缩短了工期；在投资方面，因土钉利用 了土体的自承载能力，使基坑周围土体转化为支护 作者简介：陈岩（１９７２一），男，内蒙古海拉尔人，土建工程师，国家一 结构的一部分，经济效益明显。 级注册建造师．注册造价师。 收稿日期：２０１０－Ｏｌ一２５ １．２适用范围 责任编辑：樊小舟 土钉墙支护一般适合于地下水位以上或经过降 增刊 陈岩：土钉墙支护技术在实际工程中的应用 ５７ 排水措施后的素填土、粘性土、砂土和粉土等较均匀 土质边坡。近年来，该项技术在东南沿海地区的基坑 支护中得到迅速的发展，不仅在砂性土的基坑支护 中广泛应用．而且在填土和软弱土层中也得到成功 应用。水泥土桩组合式土钉墙支护技术更能够应用 在高水位地层。当场地同时存在土层和不同风化程 度岩体时。应用土钉墙支护特别有利。土钉墙支护的 应用范围非常广泛．主要有： ①土体开挖时的临时支护。用于高层建筑的深 基坑开挖，地下结构施工开挖，土坡开挖等。 ②永久挡土结构。这类工程一般与施工开挖时 的临时支护相结合，如隧道洞门端部挡墙和洞口两 侧挡墙，路堑土坡挡墙、桥台挡墙等。 ③现有挡土结构和支护结构的修理、抢险加固。 如各类挡土墙的维修和加固，以及各类支护发生失 稳或变形过大时的抢险加固等。 ④边坡稳定。用于加固可能失稳的边坡。 １．３施工的一般原则和要求 土钉墙支护作为一种挡土结构应满足规定的强 度、稳定性、变形和耐久性等要求。当土钉墙用于城 市建筑物密集地区的深基坑支护时．控制与它 的变形就变得极为重要。土钉墙支护施工具有下列 特点： ①施工过程必须自始至终与现场监测相结合， 通过施工过程中的变形监测，可以调整下一步的施 工部署。 ②要充分考虑地表径流和地下水的影响。如施 工时渗水严重，就不能喷射面层混凝土，否则容易引 起塌坡和塌孔。当地下水位较高时，应采取专门措施 降低地下水位。 ２工程实例 ２．１工程概况 中国煤炭部地质总局地质机械研制厂职工集资 住宅改建１ 、２ 住宅楼和地下车库工程位于河北省 涿州市范阳中路３５０号研制厂家属院内，总建筑面 积３１ ２９８．８１ｍ 。１ 、２ 住宅楼地下２层、地上１８层， 建筑高度５９．９ｍ；地下车库为地下一层，层高３．９ｍ。 顶面覆土厚度２．０ｍ。基坑开挖深度７．３ｍ。局部达 １０．０ｍ，南北最宽１０５．０ｍ，东西最长１ １５．６ｍ。 ｌ 、２ 住宅楼通过地下车库联通贯穿。根据《岩 土工程勘察规范》确定１ 、 住宅楼工程重要性等级 为二级，地下车库工程重要性等级为三级。建筑地基 基础设计等级为甲级。基础形式为筏形基础，基底标 高一７．３ｍ，基坑侧壁安全等级为二级。 ２．２工程地质特征 本工程施工场区在地貌单元上为太行山前冲洪 积平原，海拔２２～６１ｍ。根据岩土工程勘察报告，地层 均为第四系松散层，以粘性土、粉土与砂土层为主。 地层自上而下依次分布为： ①杂填土层。厚０．５０～１．６０ｍ，稍湿，松散，由粉土 及大量砖块、砼块、白灰渣等组成，分布于全部场地。 ②粉质粘土层。厚度１．５０～２．４０ｍ，硬塑，分布于 全场地。 ③粉土。埋深７．２Ｏ一８．３０ｍ，密实，分布于全场地。 ④粉质粘土。埋深１１．２０—１２．６０ｍ，可塑，分布于 全场地。 由上可知，在基坑施工深度范围内的土质为粉 质粘土②层，属非软弱土。 ３基坑支护方案选择 基坑支护的目的就是在基坑使用过程中保证基 坑边坡的稳定，坡肩上已有建筑、道路、管线的使用 安全。该基坑设计为７５。放坡，支护方案的选择应着 重考虑安全与经济两个因素。 由于本工程基坑土质为粉质粘土，为硬塑性土 质，强度较高，并且考虑到现场不存放大量土方，能 提供整洁、宽阔的施工现场，场地周边无任何不利管 线，因此设计采用土钉墙支护方案。 ４土钉墙的设计计算 根据本工程特点及现场条件，采用土钉墙对基 坑的边坡进行支护，坡高按７．３ｍ考虑，坡顶地面荷 载ｑ。按２０ｋＰａ考虑。土钉墙按１：Ｏ－３放坡，土钉按矩 形布置，水平间距为２．０ｍ，垂直间距为１．５ｍ，成孔孔 径为１ １０ｍｍ，倾角１０。一ｌ５。，土钉长度８～８．５ｍ。土钉 杆采用螺纹钢，第１道ｌｑｏ２０，长８．５ｍ；第２道ｌｑ￣２０， 长８．５ｍ；第３道ｌｑｏ２２，长８．００ｍ；第４道ｌｑｏ２５，长 ８．５ｍ，孔内注水泥浆，浆体强度不低于２０ＭＰａ。面板 由现场喷射混凝土而成，混凝土强度为Ｃ∞，厚度 ８０ｒａｍ，中间挂钢筋网，外配ｑｏｌ６ｍｍ横向加强筋并和 所有土钉头焊接。 ４．１土钉抗拔力验算 按Ｂｉｓｈｏｐ条分法确定边坡潜在滑裂面（图１）。 按土钉墙支护设计原理，滑裂面内的土钉长度 为Ｌｚ，滑裂面外的土钉长度为Ｌｍ，依靠有效锚固段 Ｌｍ的锚固力来阻止土体下滑。土钉抗拔安全系数： ５８ 中国煤炭地质 第２２ ．Ｋ＝＇ｔｒＤｒＬｚ＊ｃｏｓｏｄＰｆｌ￣Ｓｙ （１） 式中：Ｄ－一土钉孔直径，ｍｍ： 土钉有效锚固段周边土层的抗剪强度． Ｈ ｋＰａ； 一土钉位置处的主动土压力强度，ｋＰａ； 、．ｓ，——土钉的水平、垂直间距，ｍ； ● 土钉倾角，。。 图１边坡潜在滑裂面 ４．２土钉墙整体稳定性分析 ｎｇＩｌｒｅ １ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓｌｏｐｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ 用圆弧滑动简单条分法进行边坡整体稳定性计 算，整体稳定性安全系数Ｋ： Ｋｓ： ｉ＋ｑ０６ ）ｃｏｓ０ｉｔａｎ￣ ∑Ｔｕ￣ｅｏｓ（ａ＋０，）＋０．５∑ ｓｉｎ（ａ＋Ｏ￣）ｔａｎ￣ ∑（Ｗｆ＋ｑｏｂ ）ｓｉｎＯ／Ｓ￣ 式中： ——整体稳定性安全系数； ６广一第ｉ分条宽度，ｍ； 第ｉ分条滑裂面处中点切线与水平面夹 角，。； 广一第ｉ分条处土钉的有效抗拔力，ｋＮ； 一第ｉ分条土的凝聚力，ｋＰａ； 广一第 分条土的内摩擦角，。； Ｌ广第ｉ分条滑裂面处弧长，ｍ； 广～第ｉ分条土重，ｋＮ／ｍ。 其它参数同上。 ４．３土钉墙支护计算结果 按上述参数，经基坑支护设计软件计算，结果如 图２基坑侧壁土钉墙剖面图 下： Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｉｄｅ ｗａｌｌ ｓｏｉｌ ｐａｉｌｉｎｇ ｗａｌｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ 自然开挖时，边坡整体稳定性安全系数为 滞水影响时，要在坡面上每隔ｌｍ插放一个导管，疏 ０．６１～０．６７。采用土钉墙加固后，边坡整体稳定性安 导上层滞水，消除对坡面的作用。 全系数为１．４４一１．４９，单根土钉的抗拔安全系数均大 ②安装钢筋网片。修坡后按顺序安放钢筋网片， 于１．５，故上述土钉墙支护设计方案是合理的，可以 上下层的竖向搭接长度应大于３００ｍｍ．以保证整体 确保该基坑边坡稳定安全。 性，有利于传力。本方案采用Ⅱ级ｑｏ８ｍｍ钢筋，网格 ４．４土钉墙设计 尺寸采用２００ｍｍ，在喷射砼之前，面层中的钢筋网 基坑深度为７．３ｍ。边坡按１：０．３放坡，土钉墙设 片应牢靠固定在边壁上，并喷射符合规定要求厚度 计剖面图见图２。 的混凝土保护层。 ５土钉墙施工 ③土钉制作与安装。土钉应定位于孔的中心位 置，需沿长度每隔１．４ｍ焊上定位支架，定位支架的 土钉墙施工是整个基坑支护的关键程序之一， 高度要确保锚筋居中。 整个基坑从上到下进行分层开挖支护。采用洛阳铲 ④注浆。采用底部注浆，当浆液从底部充满至孔 成孔，５人为一施工组，分别从不同施工面分段施 口时，还需进行多次加压（压力为０．３ＭＰａ），一般不 工。 少于两次，保证浆液注满孔壁。 土钉墙施工工艺如下：开挖一修坡一定孔位 ⑤喷射混凝土。混凝土强度等级采用Ｃ∞，其配 －＋成孔一插筋一÷堵孔注浆、绑扎、固定钢筋网一压 合比为：水泥：砂：碎石：水＝１：２：３：０．５，碎石最大粒径 筋 钉端焊接一喷射混凝土面层一下一层土钉施 不超过ｌＯｍｍ，喷射混凝土机的工作压力为０．３— 工 养护 ０．４ＭＰａ。作业面的喷射顺序应是自下而上，从开挖 主要施工要点： 层底部向上喷。喷射混凝土终凝后２ｈ，应根据当地 ①修坡。基坑开挖用反铲式挖土机。当遇到上层 增刊 陈岩：土钉墙支护技术在实际工程中的应用 ５９ 条件。采取连续喷水养护３～７ｄ。 及邻近建筑物均无任何坍塌、沉降和位移等现象，说 明该基坑支护工程取得成功。 ６施工监测 ６．１监测内容 ７结论 土钉墙支护技术在本工程中应用效果明显，与 其它深基坑支护类型相比，该支护技术具有以下优 点： 土质条件差异较大，土质软弱处，土钉需加长加 密，土质好处则相反。同时，根据边坡位移的监测情 况，预测边坡的安全度，当出现危险预兆时，应及时 采取补救措施，以防事故发生。因此，本工程要求对 边坡及基坑周边建筑物的变形进行监测，其监测内 容如下： ①能合理利用土体的自承能力，将土体作为支 护结构不可分割的一部分； ①坡顶水平位移及竖向位移； ②基坑周围马路及建筑物的沉降； ③地表开裂状态（位置、裂宽）； ④基坑渗、漏水情况； ⑤支护结构内外压力测量。 ６．２监测方法 ②结构轻、柔性大，具有良好的抗振性和延性； ③施工便捷、安全，土钉的制作与成孔简单易 行、灵活机动，便于根据现场监测数据和突发情况及 时变更施工方案： ④施工时不需单独占用场地，对于施工场地狭 小、放坡困难、有邻近建筑以及大型设备难以进人的 地区，该技术具有独特的优越性； 采用方向线法观测坡顶水平位移，采用水准仪 对坡顶竖向位移及建筑物沉降进行监测。土方开挖 ⑤稳定可靠，支护后边坡位移小，支护能力强； ⑥费用低，与其他深基坑支护类型相比可降低 造价１０％～４０％。 过程中，每天进行ｌ～２次边坡变形观测；在土钉墙 施工完成后，可每周观测１次，直到工程结束。 在邻近建筑物上设置测点，用来监测降水引起 的沉降。支护位移的监测点设在基坑四周，每边３ 个。另外，应特别加强雨天和雨后监测，应对各种危 参考文献： 【１】余志成，施文华．深基坑支护设计与施工［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版社。１９９９． 【２］张欣．深基坑支护技术应用浅析忉．建筑技术开发，２００５，１（３２）：３４－ ３６． 及支护结构安全的水源进行排查。发现问题后及时 采取有效措施予以解决。 ６．３监测结果 【３】兰燕红．有关中小城市深基坑处理的几点讨论【Ｊ】．陕西建筑， ２００６，４（１３０）：３８－４１． 经基坑施工监测，发现基坑水平位移值及沉降 位移值均小于３ｍｍ，符合规范要求。周围围墙、道路 【４］袁青，詹超．试谈土钉墙技术在在深基坑支护中的应用［Ｊ】．建筑探 索，２００４，３（１４）：２５—２７． 【５］徐国才．建筑工程施工技术【Ｍ】．石家庄：河北人民出版社，２００９． （上接第５５页） 综合上述泉水的特征，洞内地下水水位多变，洞 外泉水流量也随之频繁的变化。在现阶段，实际工作 参考文献： ［１】四川省煤田地质局１３５煤田地质勘探队．四川省南桐矿区水溪井 田详终地质报告【Ｒ１．四川泸州：四川省煤田地质局１３５煤田地质勘 探队．１９６９． 中很难测定泉的真实流量。为此，在编制水文地质报 告时，岩溶间歇泉出口处流量不能参与水动力学方 法计算未来矿井涌水量。建议以后加强物探方面的 研究，探测出溶道内地下水的流量和流速，弥补现阶 段岩溶间歇泉出口处流量不真实问题。 【２】四川省煤田地质局１３５煤田地质勘探队．四川省南桐矿区水江井 田普查地质报告［Ｒ】．四川泸州：四川省煤田地质局１３５煤田地质勘 探队．１９７０．
