一种素填土深基坑复合式土钉墙及支护施工方法与流程

本发明涉及建筑施工领域，尤其是一种素填土深基坑复合式土钉墙及支护施工方法。

背景技术：

某些建筑物的基坑开挖深度深，属深基坑开挖，特别是对于那些原状土层大量被挖除，而后回填了灰岩碎石、块石和黏性土的地基，由于填土的不规则堆填，导致场区地形局部起伏，地基复杂程度等级高。由于素填土中含大量灰岩碎石、块石，底部多石灰岩地层，导致钻孔及注浆相对困难，致使整体施工工期较长、造价增多。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了一种素填土深基坑复合式土钉墙及支护施工方法，复合式土钉墙弥补了土体自身强度的不足，提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑。复合土钉墙支护兼备支护和截水效果，适用于复杂地质情况下深基坑开挖与支护施工，具有施工简便、安全可靠、综合性能突出等特点，其采用的技术方案如下：

一种素填土深基坑复合式土钉墙，其特征在于，包括:素填土层、强风化石灰岩层、中风化石灰岩层、角钢倒刺式钢管土钉、钢花管桩、钢腰梁、预应力锚杆和钢筋网片，所述素填土层、强风化石灰岩层、中风化石灰岩层由上至下依次排列，所述钢花管桩底端打入强风化石灰岩层或中风化石灰岩层中，所述角钢倒刺式钢管土钉打入素填土层中，所述钢腰梁连接于钢花管桩上，所述预应力锚杆一端穿入土体中，另一端与钢腰梁通过锚具张拉锁定，所述钢筋网片连接于角钢倒刺式钢管土钉的露出端上，所述角钢倒刺式钢管土钉和钢花管桩中均注浆，所述钢筋网片上喷射有细石混凝土。

在上述技术方案基础上，所述角钢倒刺式钢管土钉主要由管体、若干个第一角钢组和若干个第二角钢组组成，所述第一角钢组和第二角钢组均由两个对称地、倾斜地点焊于管体上的角钢组成，所述第一角钢组与第二角钢组之间的扭转夹角为90°，管体上开设有若干组对开的出浆孔，所述出浆孔的总数量与角钢总数量相等且一一对应，与角钢相对应的出浆孔的开设位置位于该角钢的自由端及固定端之间。

在上述技术方案基础上，所述第一角钢组和第二角钢组一一间隔地设置于管体上，所述所述预应力锚杆与水平面的夹角为25°～30°。

在上述技术方案基础上，钢筋网片包裹的富水土体上安装有泄水管，泄水管采用梅花形布置，泄水管向下倾斜，露出端低于入土端，泄水管位于土体的管段上外包有滤网，所述滤网封堵泄水管的入土端，所述泄水管位于土体的管段上开设有若干个导水孔。

在上述技术方案基础上，所述钢腰梁主要由焊接于钢花管桩上的两条槽钢、第一垫板、第二垫板和第三垫板组成，所述槽钢、第一垫板、第二垫板和第三垫板焊接于一起，所述第一垫板、第二垫板和第三垫板组成一三角形，所述预应力锚杆通过锚具与第二垫板张拉锁定。

一种素填土深基坑支护施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤s1)钢花管桩地基加固；

步骤s2)深基坑开挖；

步骤s3)制作土钉墙；

步骤s4)钢管桩施工；

步骤s5)预应力锚杆施工。

在上述技术方案基础上，步骤s1)钢花管桩地基加固包括如下步骤：

步骤s11)测放桩位，根据设计图纸在地基加固区域绘制一定间距的桩位，采用全站仪进行桩基施工放样，使得钢花管桩间间距误差在一定范围内；

步骤s12)钻孔，利用钻机在地层上进行钻孔；

步骤s13)击入钢花管桩，在钢花管桩上制作好出浆孔后将钢花管桩沿钻孔位置击入地层中；

步骤s14)制备水泥浆液；

步骤s15)注浆，在钢花管桩上绑设压浆管，压浆管采用高压缠丝橡胶压浆管，钢花管桩与压浆管的接头处保持密闭，利用灰浆泵将制备好的水泥浆液通过压浆管压入钢花管桩中。

在上述技术方案基础上，步骤s3)制作土钉墙包括：

步骤s31)开挖工作面；

步骤s32)修整边坡；

步骤s33)土钉定位，在修整后的边坡上放设土钉定位点，并用短木桩标定；

步骤s34)打入角钢倒刺式钢管土钉，按照测量标定的土钉定位点，采用气动潜孔锤将角钢倒刺式钢管土钉打入边坡土体中；

步骤s35)钢筋网片安装，利用钢筋作为加强筋焊接于角钢倒刺式钢管土钉上连接各角钢倒刺式钢管土钉，在钢筋上绑扎钢筋网片；

步骤s36)在边坡土体上安装泄水管，泄水管采用梅花形布置，露出端略向下倾斜，入土端外包滤网将入土端封堵防止水土从管内直接流失；

步骤s37)喷射细石混凝土，在钢筋网片上喷砼；

步骤s38)浆液制备；

步骤s39)注浆，在角钢倒刺式钢管土钉中注浆方法与在钢花管桩中注浆方法相同。

在上述技术方案基础上，步骤s5)预应力锚杆施工包括如下步骤：

步骤s51)钻机定位；

步骤s52)钻孔；

步骤s53)预应力锚杆施工，制作锚杆并安装，沿锚杆轴线方向每隔一定距离设置一个支架盘，设置一次注浆管及二次注浆管，并与锚索绑扎牢固；

步骤s54)在锚杆中注浆，方法与在钢花管桩中注浆方法相同；

步骤s55)钢腰梁制作；

步骤s56)张拉锁定。

在上述技术方案基础上，所述步骤s56)张拉锁定包括如下步骤：

s561)在张拉端安装锚具、锚环、夹片，两片式夹片同时推进到锚环里；

s562)装上千斤顶，开动油泵，对预应力筋进行张拉,当张拉应力达到0.1倍拉力设计值时停止加荷，读取初始读数；

s563)按照设计荷载的25％、50％、75％、100％、110％五级分级补偿，分级整体张拉,在张拉过程中，当荷载每增加一级，均应稳定5～10min，并记录位移读数，每级稳定后测读锚头位移不少于3次；

s564)张拉应力增大1.1倍拉力设计值时，张拉荷载维持10～20min，记录伸长值，退出千斤顶；

s565)锚索锁定后若经检测发现明显的预应力损失，应进行补偿张拉；

s566)预应力筋张拉验收；

s567)锚固，松开油泵截止阀，使油压缓慢降至零，完成对钢绞线的锚固；油泵向回程油缸供油，活塞慢慢回程到底，卸下千斤顶；

s568)封端，采用手提砂轮机切除多余钢绞线，然后支模，用混凝土及时封闭锚头。

本发明具有如下优点：复合式土钉墙弥补了土体自身强度的不足，提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑。复合土钉墙支护兼备支护和截水效果，适用于复杂地质情况下深基坑开挖与支护施工，具有施工简便、安全可靠、综合性能突出等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：是素填土深基坑复合式土钉墙的示意图；

图2：本发明所述角钢倒刺式钢管土钉的结构示意图；

图3：图2的a-a剖面结构示意图；

图4：图2的局部放大结构示意图；

图5：本发明所述泄水管处的结构示意图；

图6：本发明所述钢腰梁的结构示意图；

图7：本发明所述预应力锚杆的剖面结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种素填土深基坑复合式土钉墙，其特征在于，包括:素填土层1、强风化石灰岩层2、中风化石灰岩层3、角钢倒刺式钢管土钉4、钢花管桩5、钢腰梁6、预应力锚杆7和钢筋网片8，所述素填土层1、强风化石灰岩层2、中风化石灰岩层3由上至下依次排列，所述钢花管桩5底端打入强风化石灰岩层2或中风化石灰岩层3中，所述角钢倒刺式钢管土钉4打入素填土层1中，所述钢腰梁6连接于钢花管桩5上，所述预应力锚杆7一端穿入土体中，另一端与钢腰梁6通过锚具20张拉锁定，所述钢筋网片8连接于角钢倒刺式钢管土钉4的露出端上，所述角钢倒刺式钢管土钉4和钢花管桩5中均注浆，所述钢筋网片8上喷射有细石混凝土。素填土深基坑复合式土钉墙的坡底宜具有排水沟11。

如图2至图4所示，优选的，所述角钢倒刺式钢管土钉4主要由管体40、若干个第一角钢组41和若干个第二角钢组42组成，所述第一角钢组41和第二角钢组42均由两个对称地、倾斜地点焊于管体40上的角钢组成，所述第一角钢组41与第二角钢组42之间的扭转夹角为90°，管体40上开设有若干组对开的出浆孔45，所述出浆孔45的总数量与角钢总数量相等且一一对应，与角钢相对应的出浆孔45的开设位置位于该角钢的自由端及固定端之间，目的是利用角钢保护出浆孔45防止出浆孔45堵塞，同时利用角钢加强与素填土层1的结合，利用在角钢倒刺式钢管土钉4中注浆实现对素填土层1的加固。

优选的，所述第一角钢组41和第二角钢组42一一间隔地设置于管体40上，所述所述预应力锚杆7与水平面的夹角为25°～30°。

如图6所示，优选的，钢筋网片8包裹的富水土体上安装有泄水管50，泄水管50采用梅花形布置，泄水管50向下倾斜，露出端低于入土端，泄水管50位于土体的管段上外包有滤网51，所述滤网51封堵泄水管50的入土端，所述泄水管50位于土体的管段上开设有若干个导水孔52。滤网51可防止土堵塞导水孔52，避免土的流失。

如图5所示，进一步，所述钢腰梁6主要由焊接于钢花管桩5上的两条槽钢60、第一垫板61、第二垫板62和第三垫板63组成，所述槽钢60、第一垫板61、第二垫板62和第三垫板63焊接于一起，所述第一垫板61、第二垫板62和第三垫板63组成一三角形，所述预应力锚杆7通过锚具20与第二垫板张拉锁定。

如图7所示，再进一步，所述预应力锚杆7主要由支架盘70、隔浆管72、锚索71、一次注浆管73和二次注浆管74，所述二次注浆管74位于支架盘70中心处，所述隔浆管72和一次注浆管73依次一一间隔均匀分布于支架盘70上，所述锚索71位于隔浆管72中。

一种素填土深基坑支护施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤s1)钢花管桩地基加固；

步骤s2)深基坑开挖；基坑开挖施工以保证施工和周围环境安全及节点工期为原则，土方开挖的顺序方法必须与设计工况相一致，并遵循“竖向分层、水平分段、对称、平衡、快速开挖、快速支撑、中部拉槽、随挖随撑、严禁超挖、确保工程安全质量前提下快速施工”的原则，充分利用“时空效应”，减小变形量；

步骤s3)制作土钉墙；

步骤s4)钢管桩施工；

步骤s5)预应力锚杆施工。

优选的，步骤s1)钢花管桩地基加固包括如下步骤：

步骤s11)测放桩位，根据设计图纸在地基加固区域绘制1.5×1.5m间距的桩位，采用全站仪进行桩基施工放样，使得钢花管桩间间距误差在±100mm范围内；

步骤s12)钻孔，利用钻机在地层上进行钻孔；钻孔可选用sh-30型或ctq-z135y型钻机进行钻孔，钻孔尺寸不小于90mm,钻孔偏斜尺寸不大于总长度的1％；

步骤s13)击入钢花管桩，在钢花管桩上制作好出浆孔后将钢花管桩沿钻孔位置击入地层中，钢花管桩采用ф50mm，壁厚2mm的钢管；

步骤s14)制备水泥浆液；压浆浆液为纯水泥浆(p.c32.5)，可采用jw型制浆机进行浆液制备，浆液水灰比控制在0.6～1.0，浆液应搅拌均匀，随搅随用，须在浆液达到初凝前用完，注浆时可部分掺入粉煤灰或黏土，掺入量为水泥重量的20％～50％；

步骤s15)注浆，在钢花管桩上绑设压浆管，压浆管采用高压缠丝橡胶压浆管，钢花管桩与压浆管的接头处保持密闭，利用灰浆泵将制备好的水泥浆液通过压浆管压入钢花管桩中，压浆管的抗压大于3mpa，压浆接头保持密闭，不漏浆、泄浆，绑设牢固，不脱落，可采用ub3型灰浆泵进行压浆，控制压浆压力在0.2～0.5mpa左右,出现压力急剧上升或压浆管剧烈抖动时立即停止压浆，并迅速打开回浆筏门，避免漏浆、爆管，每孔水泥用量控制在2～3吨，必要时加入水玻璃速凝剂，间隔时间因按浆液的初凝试验结果确定，且不大于4h。

优选的，步骤s3)制作土钉墙包括：

步骤s31)开挖工作面；按照深基坑开挖与支护施工方案确定的开挖顺序、分层、分段开挖，开挖的深度及作业顺序应保证裸露的边坡能在限定的时间内完成支护；

步骤s32)修整边坡，可采用小型机械辅以人工对边坡进行修整，按照设计放坡比例进行施工，坡面平整度偏差宜为±20mm，严禁超挖或造成边坡土体松动，对于坡面松动土块及土渣及时进行清理；

步骤s33)土钉定位，按照施工设计图纸，在修整后的边坡上放设土钉定位点，并用长150mm端部涂刷红油漆的短木桩标定；

步骤s34)打入角钢倒刺式钢管土钉，按照测量标定的土钉定位点，采用气动潜孔锤将角钢倒刺式钢管土钉打入边坡土体中；打入深度应符合设计要求，外漏尺寸为100～120mm，钢花杆与水平面的夹角为15°，偏差为±1°；

步骤s35)钢筋网片安装，利用钢筋作为加强筋焊接于角钢倒刺式钢管土钉上连接各角钢倒刺式钢管土钉，在钢筋上绑扎钢筋网片；加强筋可采用hrb400直径16mm的钢筋，钢筋网片可采用上下层搭接长度不小于钢筋直径的35倍且不小于300mm；

步骤s36)在边坡土体上安装泄水管；泄水管采用pvc管，直径40mm，长度大于500mm，间距2.5米，采用梅花形布置，露出端略向下倾斜，入土端外包滤网将入土端封堵防止水土从管内直接流失，布置间距2.5米；

步骤s37)喷射细石混凝土，在钢筋网片上喷砼；混凝土强度等级c20，喷射厚度8cm，桩间网喷6cm,喷射混凝土时喷嘴与受喷面层垂直，距离受喷面层距离为0.8～1.2米，以减少回弹增加喷射面层的密实度，喷射从下到上依次进行，喷嘴不停留在同一点；

步骤s38)浆液制备；

步骤s39)注浆，在角钢倒刺式钢管土钉中注浆方法与在钢花管桩中注浆方法相同。

步骤s4)钢管桩施工的方法与钢花管桩的施工、注浆方法相同。

优选的，步骤s5)预应力锚杆施工包括如下步骤：

步骤s51)钻机定位；钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳定条件的钢木脚手架，根据坡面测放孔位安装固定钻机，并进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角允许误差为±1.0°，方位允许误差±2.0°；

步骤s52)钻孔，钻孔在锚索施工中占据较大比重工作量，尤其在素填土层中因孤石、碎石较多，钻孔相对困难，是影响工程费用和工期的关键性因素。在钻孔施工中，对钻孔方式、钻孔过程、钻孔清理、孔径孔深、锚孔检验、锚孔偏差等提出具体要求；钻进方式：锚孔钻进采用无水干钻，禁止开水钻进，以确保锚固工程施工不致于恶化边坡岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能；钻进过程：钻进过程中应对每个孔的地层变化、钻进状态、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录，如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，立即停钻，及时进行固壁灌浆处理，待水泥砂浆初凝后，重新清孔钻进；孔径孔深：钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值，为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径，为确保锚孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上；锚孔清理：钻进达到设计深度之后，不能立即停钻，稳钻3～5分钟，防止孔底尖灭，达不到设计孔径，钻孔孔壁无沉碴及水体粘滞；锚孔检验：锚孔成孔结束后，须经现场监理检验孔位、孔径、孔深、倾角和方位，合格后方可进行下道工序；锚孔钻孔的允许偏差和要求：孔位坡面纵向±50mm，孔位坡面横向±50mm，孔口标高±100mm，孔深：大于设计深度20cm，孔向：轴线倾角±1°，轴线方位±2°；

步骤s53)预应力锚杆施工，制作锚杆并安装，钢花管桩桩顶下0.5m/2.5m/4.5m处各设1道预应力锚杆，配筋选用，入射角度30°，成孔直径130mm，水平间距1.5m，长度分别为15m/15m/12m，自由段5.5m，锚固段9.5m/9.5m/6.5m，锚杆内注纯水泥浆，锚头锁定值60/70kn/70kn；锚杆包括锚索，采用2s15.2钢绞线作为锚索材料，钻孔孔径为φ130mm，锚索接头采用专用锚索连接接头，沿锚杆轴线方向每隔1.0～1.5m，设置一个支架盘，设置一次注浆管及二次注浆管，并与锚索绑扎牢固；

步骤s54)在锚杆中注浆，方法与在钢花管桩中注浆方法相同；采用p.c32.5水泥，锚固段和张拉段注浆压力不小于2.5mpa，浆体强度不低于20mpa；注浆浆液严格按照配合比进行，搅拌均匀，浆液应在初凝前应完，注浆过程中，严防石块、杂物混入浆液，注浆压力严格按照设计进行，注浆严格按照孔底返浆方式进行，直至锚孔口溢出浆液或排气孔停止排气时，方可停止注浆，注浆结束后，应将注浆管，注浆枪和注浆套清洗干净；

步骤s55)钢腰梁制作；钢腰梁可选用双拼焊接槽钢，锚垫板采用3块16mm厚钢板焊接而成，焊缝采用满焊、高度8mm；

步骤s56)张拉锁定。

当锚索固结体的强度达到15mpa或者设计强度的75％后，方可进行锚索的张拉锁定。张拉设备采用100t中空千斤顶、高压电动油泵(ybz2×2/50)及配套油表(0～60mpa)，操作人员需持证上岗。锚索的张拉顺序应考虑邻近锚索的相互影响，大千斤顶进行整排锚索的正式张拉时宜采用跳拉法或往复式拉法，以保证钢绞线与腰梁受力均匀。

张拉前应进行试张拉，即对各种长度类型预应力钢绞线各取一组按如下张拉程序张拉至设计张拉力。试张拉时，量取实际伸长值并计算实际摩擦损失，然后推算预应力筋理论伸长值，作为正式张拉的控制依据。

优选的，所述步骤s56)张拉锁定包括如下步骤：

s561)在张拉端安装锚具、锚环、夹片，两片式夹片同时推进到锚环里；

s562)装上千斤顶，开动油泵，对预应力筋进行张拉,当张拉应力达到0.1倍拉力设计值时停止加荷，读取初始读数；

s563)按照设计荷载的25％、50％、75％、100％、110％五级分级补偿，分级整体张拉,在张拉过程中，当荷载每增加一级，均应稳定5～10min，并记录位移读数，每级稳定后测读锚头位移不少于3次；

s564)张拉应力增大1.1倍拉力设计值时，张拉荷载维持10～20min，记录伸长值，退出千斤顶；

s565)锚索锁定后若经检测发现明显的预应力损失，应进行补偿张拉；

s566)预应力筋张拉验收；

s567)锚固，松开油泵截止阀，使油压缓慢降至零，完成对钢绞线的锚固；油泵向回程油缸供油，活塞慢慢回程到底，卸下千斤顶；

s568)封端，采用手提砂轮机切除多余钢绞线，然后支模，用混凝土及时封闭锚头。

张拉过程控制：

①张拉前消除钢绞线上的锈蚀、泥浆。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索轴线在一条直线上，不得压弯或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调整以满足要求；②套上工作锚板，根据气候干燥程度在锚板锥孔内抹上一层薄薄的黄油；③加载速率要平缓,速率宜控制在设计预应力值的0.1/min左右；④在张拉过程中，当荷载每增加一级，均应稳定5～10min，并记录位移读数。最后一级张拉荷载应维持10～20min。在每级加荷等级的观测时间内，测读锚头位移不应少于3次；⑤在每级加荷等级观测时间内，锚头移量不大于1.0mm时，可施加下一级荷载；否则需延长观测时间，直至锚头位移增量2h小于2.0mm时，方可施加下一级荷载；⑥锚索张拉过程中出现下列情况之一时可视为破坏，应终止加载：锚头位移长时间不稳定，或者不收敛；后一级荷载产生的锚头位移量是前一级荷载位移量的2倍。

预应力张拉伸长值控制

张拉前先计算张拉力，然后根据千斤顶的张拉力一油压标定曲线计算张拉时使用的油压表读数(张拉千斤顶必须是在标定有效期内)：预应力筋理论伸长值△l按下式计算：

△l＝fl/ae

f——预应力筋的平均张拉力(n)；(锚杆锁定值)

l——预应力筋的长度(mm)；(自由段长度)

a——预应力筋的截面面积(mm2)；(181mm2*锚索数)

e——预应力筋的弹性模量(n/mm2)；(195±10gpa)

张拉采用以控制张拉力为标准，以实际伸长值作为校核的双控方式。即预应力筋在张拉到控制张拉力时，实际伸长值应在理论伸长值的90％～110％的范围之间。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。