土釘墻施工技術在砂墊層地基中的應用
發布時間：2010-01-14 共1頁
土釘墻施工技術自20世紀70年代產生以來，因其造價較其他基坑圍護體系低，施工周期短，安全性基本滿足基坑穩定性及變形要求，在邊坡工程、基坑工程中得到廣泛的認可和應用。我國于1997年制訂了相應的規范《基坑土釘支護技術規程》。由于土釘墻對地層的依賴性很，通常僅適用于地下水位低、自立性好的地層。在高水位的軟土地層中，因其自立性差，易產生流砂和管涌的可能；尤其上海、福州等東南沿海城市的地層為沖積地層，主要為飽和粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉土等，單純的土釘墻不能滿足基坑圍護安全性。由此，近年來，經過科研人員和工程技術人員在各種基坑圍護工程中的理論設計研究和實踐分析研究，總結出一種新的土釘墻施工技術——復合型土釘墻支護，并正通過更多的工程實踐對其進行理論設計上的完善。
現行工程中常用的復合型土釘墻支護，主要是水泥土攪拌樁與土釘墻的結合應用。其原理主要是：通過水泥土攪拌樁對邊坡土體進行土體加固，解決土體自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結問題；以水平向壓密注漿及二次壓力灌注解決土體加固及土釘抗拔問題；以相對較深的攪拌樁插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題，形成防滲帷幕、超前支護及土釘等組成的復合型土釘支護。因此，復合型土釘墻適用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥質土。在上海各類地層中，都有成功地使用復合型土釘墻的工程實例。
工程概況
青浦第二自來水廠，位于青浦區西南角西盈河畔。該項目由16個單體組成，有沉淀池、濾池、廢水池、清水池等型水池類構筑物，均采用砂墊層換填地基，基礎為板筏基。砂墊層基底標高為-5m，板筏基基底標高為-0.3m，砂墊層厚度4.7m。該項目由西班牙德利滿公司負責所有安裝系統設計及設備的供應。由于系統圖紙出圖較晚，在沉淀池與濾池結構完成后，外方設計要求在該兩個單體中間地基里增添一條Φ1000mm排泥管，排泥管埋設深度-3.8m，并在排泥管長度方向上間隔15m設置一口閥門井。為埋設此排泥管，必須在沉淀池與濾池當中的砂墊層地基里開挖溝槽。地下水位較高，為-0.7m；砂墊層采用中粗砂，密實度為1.65t/m3。所以，基坑都處于砂墊層地基中，在水頭壓力差作用下，極易產生流砂及管涌；在基坑邊兩個單體的自重荷載下，砂更無自立的可能性，極易產生坍塌。故在這種地基里，基坑圍護的方案選擇是非常謹慎的。
基坑圍護方案
針對基坑支護的功能特點，結合本工程的實際情況，首先考慮對砂墊層進行土體加固，加固范圍為開挖面四周。通過土體加固，一方面使被加固土體的滲透系數降至10-5~10-8cm/sec，保證土體的抗滲性能；一方面使被加固土體的強度達到1Mpa以上，保證土體的自立性和強度。由于沉淀池與濾池距離僅為4m，上空高度僅2.7m左右，基坑四周根本沒有供型樁機作業的場地，所以無法采用灌注樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁等施工工藝來對砂墊層地基進行土體加固。唯一可行的就是采用雙液注漿，漿液與砂凝結固化后成為水泥砂漿塊體，強度與抗滲性能都比較好。鑒于地下水位較高，砂的滲流性較好，為保證注漿效果，決定采用分層壓密注漿工藝對砂墊層進行地基加固。出于場地限制及造價上的考慮，決定采用土釘墻作為基坑的支護形式：土釘沿深度方向布置3排，間距1m，采用梅花型布置；土釘長度6.5m，采用Ф48*3.5mm國標焊接鋼管。
從某種意義上來說，分層壓密注漿與土釘墻的結合應用，形成為一種新型的復合型土釘支護。
基坑圍護施工
復合土釘墻施工工藝流程：
1、分層壓密注漿
（1）定位放線：根據設計方案，確定分層壓密注漿孔位，用短鋼筋作好標志；
（2）鉆孔：孔位確定后，鉆機就位并安放牢固平穩，然后開始鉆孔，采用干鉆法，鉆孔直徑50mm；
（3）注漿：鉆頭鉆至設計標高后，將鉆桿上部（鉆桿為Ф50無縫鋼管）與注漿泵連接，從底部開始注漿，通過液壓注漿泵將水泥漿液注入土中；鉆頭呈花管形式，頂端封閉，四周開直徑8mm注漿小孔。每層注漿完成后，將鉆桿提升0.3m，邊拔邊注，直至注到孔口，拔出鉆頭，封孔候凝；
（4）養護：養護時間為28天，待注漿結束28天后，方可進行土釘墻施工工作。開挖前，采用靜力觸探法檢測注漿加固體的抗壓強度。
2、土釘墻施工
（1）放線：根據設計圖紙，確定基坑開挖邊線，用木樁和白灰作出開挖線標記；
（2）土方開挖：分三次開挖，第一次至-1.8m，第二次至-2.8m，第三次至-3.8m。邊開挖邊支護，分層開挖，分層支護，挖完亦支護完。土方開挖必須和支護施工密切配合，前一層土釘完成注漿1天以上方可進行下一層邊坡面的開挖。開挖時鏟頭不得撞擊網壁和釘頭，開挖進程和土釘墻施工形成循環作業；
（3）修坡：要求坡面修理平整，確保噴射砼質量；
（4）土釘制作、成孔：土釘按照設計方案制作，鋼管四周開注漿小孔，小孔直徑8 mm，小孔在鋼管上呈螺旋狀布置，小孔間距50 mm，鋼管口部1m范圍不設注漿孔，鋼管末端封閉。土釘位置、間距及角度根據設計圖紙要求，用空壓機帶動沖擊器將加工好的土釘分段焊接打入土中；
（5）編制鋼筋網：將Φ6.5鋼筋拉直，鋼筋網片按照設計之間距綁扎。土釘成孔后，端部用Φ16螺紋聯系筋、井字加強筋焊接壓在鋼筋網上，使鋼筋網片、土釘連成整體。土釘與加強筋、聯系筋之間均焊接聯接，焊縫長度符合規范要求。鋼筋網編扎接長度及相臨搭接接頭錯開長度符合規范要求，在不能滿足規范要求的，必須用電焊焊接牢固。
（6）噴射砼：在土方開挖、修坡之后，鋼筋網編焊完成后，進行混凝土噴射，一次噴射總厚度≥100mm，石子粒徑5~10mm，最粒徑＜12mm，專用噴射混凝土速凝劑摻入量不小于5％。噴射砼在每一層、每一段之間的施工搭接之前，將搭接處泥土等雜質清除，確保噴射砼搭接良好，保證噴射砼質量，不發生滲漏水現象。
（7）土釘注漿：在面層噴射砼達到一定強度時才能注漿。對于土釘注漿，注漿前將注漿管插入土釘底部，從土釘底部注漿，邊注漿邊拔注漿管，再到口部壓力灌漿。水泥漿按照設計拌制，攪拌充分，并用細篩網過濾，然后通過擠壓泵注漿。土釘注漿通過兩方面控制，一是注漿壓力控制在0.1Mpa，二是單管注漿量控制在80L左右。為防止土釘端部發生滲水現象，在土釘成孔之后，噴射砼施工之前，將土釘周圍用粘土及水泥袋填塞搗實，噴射砼時先將土頭噴射填塞密實，注漿飽滿，即可避免出現土釘頭滲水現象。
基坑監測
信息化施工是基坑支護新技術——土釘墻支護技術的一個特點，為了確保基坑安全，不影響周圍建筑物，要求隨時掌握開挖及支護施工整個過程中邊坡的動態變化，因此必須在支護施工過程中實施信息化施工。并把獲得的信息通過修改設計反饋到施工工作中去，以指導施工。本基坑按三級基坑要求，測量內容以位移和沉降為主，數據如下：
1、基坑邊坡的監測：沿基坑周邊布置水平位移觀測點和沉降觀測點，每隔2米布置1點。最水平位移值僅為3.5mm，最沉降值為7.2 mm。位移及沉降量在土釘墻施工完成4天便趨于穩定。
2、沉淀池及濾池監測：沿沉淀池、濾池池壁上口每隔2米布置1沉降觀測點，池壁臨坑面每隔5米布置1位移觀測點。最沉降值為2.8 mm，無位移量。
3、開挖前，注漿加固體經靜力觸探法測得其平均抗壓強度為1.78Mpa，證明分層壓密注漿對砂墊層的加固是成功的，加固后的水泥砂漿塊體強度達到了設計預測的1 Mpa的強度。
結語
1、針對不同的工況和地質條件，選擇合適的基坑支護形式，是基坑支護設計的原則。基坑支護的本質要點就是止水擋土以供坑內安全施工，無論是重力式擋墻或非重力式擋墻均是如此，只不過采用的計算方法和施工工藝各有不同。
2、分層壓密注漿成功的解決了砂墊層中砂的加固問題，使砂與雙液漿液凝結固化為砂漿塊體，即保證了地基的強度，又形成為較密實的止水帷幕。
3、土釘墻成功解決了基坑邊坡的強度及穩定性問題。其施工周期短，與挖土同時進行，很少占獨立工期。挖土與土釘支護都分層分塊施工，充分發揮土體的空間支護作用，并在開挖后幾個小時內封閉，邊坡位移和變形及時得到約束限制。
4、可以看到，由分層壓密注漿和土釘墻結合應用的新型復合型土釘支護在此工程中的位移變形較小，為坑內施工提供了安全的保障，是一種成功的基坑圍護體系。
5、該支護體系成本低，僅為水泥土攪拌樁土釘墻造價的75%，值得在其他中淺基坑圍護中推廣應用。
現行工程中常用的復合型土釘墻支護，主要是水泥土攪拌樁與土釘墻的結合應用。其原理主要是：通過水泥土攪拌樁對邊坡土體進行土體加固，解決土體自立性、隔水性以及噴射面層與土體的粘結問題；以水平向壓密注漿及二次壓力灌注解決土體加固及土釘抗拔問題；以相對較深的攪拌樁插入深度解決坑底的抗隆起、管涌和滲流問題，形成防滲帷幕、超前支護及土釘等組成的復合型土釘支護。因此，復合型土釘墻適用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥質土。在上海各類地層中，都有成功地使用復合型土釘墻的工程實例。
工程概況
青浦第二自來水廠，位于青浦區西南角西盈河畔。該項目由16個單體組成，有沉淀池、濾池、廢水池、清水池等型水池類構筑物，均采用砂墊層換填地基，基礎為板筏基。砂墊層基底標高為-5m，板筏基基底標高為-0.3m，砂墊層厚度4.7m。該項目由西班牙德利滿公司負責所有安裝系統設計及設備的供應。由于系統圖紙出圖較晚，在沉淀池與濾池結構完成后，外方設計要求在該兩個單體中間地基里增添一條Φ1000mm排泥管，排泥管埋設深度-3.8m，并在排泥管長度方向上間隔15m設置一口閥門井。為埋設此排泥管，必須在沉淀池與濾池當中的砂墊層地基里開挖溝槽。地下水位較高，為-0.7m；砂墊層采用中粗砂，密實度為1.65t/m3。所以，基坑都處于砂墊層地基中，在水頭壓力差作用下，極易產生流砂及管涌；在基坑邊兩個單體的自重荷載下，砂更無自立的可能性，極易產生坍塌。故在這種地基里，基坑圍護的方案選擇是非常謹慎的。
基坑圍護方案
針對基坑支護的功能特點，結合本工程的實際情況，首先考慮對砂墊層進行土體加固，加固范圍為開挖面四周。通過土體加固，一方面使被加固土體的滲透系數降至10-5~10-8cm/sec，保證土體的抗滲性能；一方面使被加固土體的強度達到1Mpa以上，保證土體的自立性和強度。由于沉淀池與濾池距離僅為4m，上空高度僅2.7m左右，基坑四周根本沒有供型樁機作業的場地，所以無法采用灌注樁、水泥土攪拌樁、旋噴樁等施工工藝來對砂墊層地基進行土體加固。唯一可行的就是采用雙液注漿，漿液與砂凝結固化后成為水泥砂漿塊體，強度與抗滲性能都比較好。鑒于地下水位較高，砂的滲流性較好，為保證注漿效果，決定采用分層壓密注漿工藝對砂墊層進行地基加固。出于場地限制及造價上的考慮，決定采用土釘墻作為基坑的支護形式：土釘沿深度方向布置3排，間距1m，采用梅花型布置；土釘長度6.5m，采用Ф48*3.5mm國標焊接鋼管。
從某種意義上來說，分層壓密注漿與土釘墻的結合應用，形成為一種新型的復合型土釘支護。
基坑圍護施工
復合土釘墻施工工藝流程：
1、分層壓密注漿
（1）定位放線：根據設計方案，確定分層壓密注漿孔位，用短鋼筋作好標志；
（2）鉆孔：孔位確定后，鉆機就位并安放牢固平穩，然后開始鉆孔，采用干鉆法，鉆孔直徑50mm；
（3）注漿：鉆頭鉆至設計標高后，將鉆桿上部（鉆桿為Ф50無縫鋼管）與注漿泵連接，從底部開始注漿，通過液壓注漿泵將水泥漿液注入土中；鉆頭呈花管形式，頂端封閉，四周開直徑8mm注漿小孔。每層注漿完成后，將鉆桿提升0.3m，邊拔邊注，直至注到孔口，拔出鉆頭，封孔候凝；
（4）養護：養護時間為28天，待注漿結束28天后，方可進行土釘墻施工工作。開挖前，采用靜力觸探法檢測注漿加固體的抗壓強度。
2、土釘墻施工
（1）放線：根據設計圖紙，確定基坑開挖邊線，用木樁和白灰作出開挖線標記；
（2）土方開挖：分三次開挖，第一次至-1.8m，第二次至-2.8m，第三次至-3.8m。邊開挖邊支護，分層開挖，分層支護，挖完亦支護完。土方開挖必須和支護施工密切配合，前一層土釘完成注漿1天以上方可進行下一層邊坡面的開挖。開挖時鏟頭不得撞擊網壁和釘頭，開挖進程和土釘墻施工形成循環作業；
（3）修坡：要求坡面修理平整，確保噴射砼質量；
（4）土釘制作、成孔：土釘按照設計方案制作，鋼管四周開注漿小孔，小孔直徑8 mm，小孔在鋼管上呈螺旋狀布置，小孔間距50 mm，鋼管口部1m范圍不設注漿孔，鋼管末端封閉。土釘位置、間距及角度根據設計圖紙要求，用空壓機帶動沖擊器將加工好的土釘分段焊接打入土中；
（5）編制鋼筋網：將Φ6.5鋼筋拉直，鋼筋網片按照設計之間距綁扎。土釘成孔后，端部用Φ16螺紋聯系筋、井字加強筋焊接壓在鋼筋網上，使鋼筋網片、土釘連成整體。土釘與加強筋、聯系筋之間均焊接聯接，焊縫長度符合規范要求。鋼筋網編扎接長度及相臨搭接接頭錯開長度符合規范要求，在不能滿足規范要求的，必須用電焊焊接牢固。
（6）噴射砼：在土方開挖、修坡之后，鋼筋網編焊完成后，進行混凝土噴射，一次噴射總厚度≥100mm，石子粒徑5~10mm，最粒徑＜12mm，專用噴射混凝土速凝劑摻入量不小于5％。噴射砼在每一層、每一段之間的施工搭接之前，將搭接處泥土等雜質清除，確保噴射砼搭接良好，保證噴射砼質量，不發生滲漏水現象。
（7）土釘注漿：在面層噴射砼達到一定強度時才能注漿。對于土釘注漿，注漿前將注漿管插入土釘底部，從土釘底部注漿，邊注漿邊拔注漿管，再到口部壓力灌漿。水泥漿按照設計拌制，攪拌充分，并用細篩網過濾，然后通過擠壓泵注漿。土釘注漿通過兩方面控制，一是注漿壓力控制在0.1Mpa，二是單管注漿量控制在80L左右。為防止土釘端部發生滲水現象，在土釘成孔之后，噴射砼施工之前，將土釘周圍用粘土及水泥袋填塞搗實，噴射砼時先將土頭噴射填塞密實，注漿飽滿，即可避免出現土釘頭滲水現象。
基坑監測
信息化施工是基坑支護新技術——土釘墻支護技術的一個特點，為了確保基坑安全，不影響周圍建筑物，要求隨時掌握開挖及支護施工整個過程中邊坡的動態變化，因此必須在支護施工過程中實施信息化施工。并把獲得的信息通過修改設計反饋到施工工作中去，以指導施工。本基坑按三級基坑要求，測量內容以位移和沉降為主，數據如下：
1、基坑邊坡的監測：沿基坑周邊布置水平位移觀測點和沉降觀測點，每隔2米布置1點。最水平位移值僅為3.5mm，最沉降值為7.2 mm。位移及沉降量在土釘墻施工完成4天便趨于穩定。
2、沉淀池及濾池監測：沿沉淀池、濾池池壁上口每隔2米布置1沉降觀測點，池壁臨坑面每隔5米布置1位移觀測點。最沉降值為2.8 mm，無位移量。
3、開挖前，注漿加固體經靜力觸探法測得其平均抗壓強度為1.78Mpa，證明分層壓密注漿對砂墊層的加固是成功的，加固后的水泥砂漿塊體強度達到了設計預測的1 Mpa的強度。
結語
1、針對不同的工況和地質條件，選擇合適的基坑支護形式，是基坑支護設計的原則。基坑支護的本質要點就是止水擋土以供坑內安全施工，無論是重力式擋墻或非重力式擋墻均是如此，只不過采用的計算方法和施工工藝各有不同。
2、分層壓密注漿成功的解決了砂墊層中砂的加固問題，使砂與雙液漿液凝結固化為砂漿塊體，即保證了地基的強度，又形成為較密實的止水帷幕。
3、土釘墻成功解決了基坑邊坡的強度及穩定性問題。其施工周期短，與挖土同時進行，很少占獨立工期。挖土與土釘支護都分層分塊施工，充分發揮土體的空間支護作用，并在開挖后幾個小時內封閉，邊坡位移和變形及時得到約束限制。
4、可以看到，由分層壓密注漿和土釘墻結合應用的新型復合型土釘支護在此工程中的位移變形較小，為坑內施工提供了安全的保障，是一種成功的基坑圍護體系。
5、該支護體系成本低，僅為水泥土攪拌樁土釘墻造價的75%，值得在其他中淺基坑圍護中推廣應用。
