专利名称：短土钉连续墙基坑支护方法
技术领域：
本发明属于建筑施工中的基础工程，是开挖地下室基坑护坡的一种短土钉连续墙基坑支护方法。
近几年来，随着国民经济的飞速发展，高层建筑物越来越多，基坑深度越来越大，深基坑支护的工程量在不断增加，地下空间用途越来越广，可作为地下车库、仓储、商场、人防工程等使用。
建筑工程地下室施工中对基坑边坡的支护挡土方法，直接影响着安全、工期和工程费用。目前国内外常用的支护方法有两大类，一类是嵌入基坑底面以下土中的悬臂式或桩(墙)锚式挡土结构，一般由钢板桩或排列的混凝土桩、地下连续墙构成竖向结构，基坑较深时，还要增加锚杆或内支撑。这种支护体系工程费用高，施工工期长，还需要专门的施工机械。另一类是重力式挡土墙，由密排的水泥土桩、灌浆加固改良土层性质而形成，该两种方法支护深度浅(6-7m)，变形较大；近几年发展较快应用广泛的为土钉墙技术，它是利用近水平的土钉与周围土体的摩擦力和粘聚力，加固土体形成组合体，使土体结构化。在支护坡面设钢筋网，喷射细石混凝土，使开挖面处的局部土体和深层稳定土体联为一体，达到护坡目的。一般护坡深度可达10多米，当深度更大时需要增加部分预应力锚杆。虽然土钉墙技术较以前的护坡方法有较大进步，但仍存在一些局限性。首先土钉的设置是开挖面处的局部土体和深层稳定土体联为一体，由于土钉设置行列间距较小(1.5-1.2m)，坡体越高滑裂面之内的不稳定土体越厚，土钉的长度就越大，造成了一些浪费；其次由于土钉护坡不施加预应力，因此水平变形量较大且不易控制；再次土钉护坡深度不能太大，一般10多米，深度再大需要增加预应力锚杆，再次由于开挖过程中分步过多，不易与开挖土方配合。
本发明的目的是利用土钉墙技术发明一种短土钉连续墙基坑支护方法，替代钢筋砼连续墙，并通过设置预应力锚杆或长土钉，控制基坑变形，达到护坡的目的，节省施工费用，减少开挖分步。
本发明涉及的短土钉连续墙基坑支护方法，采用开挖和支护分层分段平行作业，施工步骤是(a)开挖基坑第一步土；(b)施工第一排、第二排土钉，采用列距、排距密布的短土钉，成孔后放置钢筋，端部留弯钩连接头，常压灌注纯水泥浆或水泥砂浆；(c)设置引水孔；(d)设置预应力锚杆或长土钉，成孔后下入钢绞线或钢筋，常压或高压灌注纯水泥浆或水泥砂浆，初凝后补浆1-2次；(e)面墙挂钢筋网片，网片距坡面留30-40mm距离，贴网片在土钉部位设加强筋，并与土钉弯钩焊接连接，喷射细石砼；(f)锚杆杆体达到强度要求后张拉锁定；(g)重复以上步骤，直至完成基坑护坡。
(h)当支护坡角陡≥80°，周围环境对基坑变形要求高；或者短土钉连续墙被用作主体结构防渗层外膜，应在连续墙上设置预应力锚杆或内支撑。
(i)当支护坡角＜80°，周围环境容许基坑发生一定量的变形，应在连续墙上设置长土钉。
(j)锚杆成孔后孔内夹泥较多时，则应采取高压注稀水泥浆方法，将泥皮压出钻孔，确保锚力不受影响。
本发明与土钉墙技术在原理上和做法上有重大不同。(a)(b)(c)(e)4条构成短土钉连续墙，它的受力状态并不是重力式挡墙，而类似于钢筋砼连续墙；墙体弯矩按4根短土钉围成的有侧限弹性矩形板计算；墙体剪力按短土钉抗拔力大于该处土压力计算，这样每一根土钉维持了其所在位置的土体压力平衡。
(h)(i)2条根据基坑开挖的不同情况设置锚杆或长土钉，控制了短土钉连续墙的整体稳定和变形，达到基坑支护的目的。而通常的土钉墙技术为重力式挡墙，通过列距、排距密布的伸入稳定土体中的长土钉及挂网喷射砼面墙，使支护土体达到稳定。
本发明的优点采用列距、排距密布的短土钉及挂网喷射砼面墙，形成短土钉连续墙，可替代钢筋砼连续墙，根据工程需要设置长土钉、预应力锚杆或内支撑，达到护坡目的。较钢筋砼连续墙护坡节约费用达80％以上；较钢筋砼灌注桩护坡节约费用达50％以上；较常规的土钉墙护坡技术节约土钉费用达20％以上，采用可收回式锚杆，则经济效益更显著。
本方法经过多项工程应力检测试验、土钉及锚杆张拉试验、基坑顶部长期水平位移观测，变形值＜3‰，达到特级—I级变形，较常规土钉护坡提高1-2变形等级。
本方法护坡可以每两步土钉开挖一步，短土钉可在支架上施工，较常规土钉分步减少一倍，具有施工方便，速度快的特点。
本方法护坡不受开挖坡角和开挖深度限制，根据工程需要可采用不同的坡角，开挖不同的深度，可直接作为防水外墙使用，减少肥槽土方开挖及灰土回填量，可不做导向砖墙，综合经济效益明显。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
图1是短土钉连续墙基坑支护方法步骤示意图；图2是短土钉连续墙基坑支护剖面示意图；图3是实施例一西黄村9#楼剖面图；图4是实施例二丰台时村小区剖面图；图5是实施例三铁路局科研楼配套工程剖面图；图6是实施例四北小河通讯电缆工作坑剖面图。
如图1、图2所示，先开挖第一步土，一般2.5-3.0m，然后修整坡面，施工第一、二排短土钉1，土钉行列间距一般为1.0-1.5m，土钉长一般2.0-3.0m，下倾角5°-10°，直径φ100-φ200mm，采用人工洛阳铲成孔后，插入φ12-φ20II级热轧螺纹钢筋，端部留弯钩连接头，常压灌注纯水泥浆或水泥砂浆，强度≥10MPa，初凝后补浆1-2次；采用本方法护坡施工对于水下砂质粉土、砂土及卵石层应先降水，再进行护坡施工，对于粘性土中存在上层滞水，可以不降水直接进行护坡施工，但应根据工程需要，在适当位置设置长、短两种引水孔，长引水孔2微上倾，插花管，外包尼龙网及棕皮，短引水孔3直接插管；设置预应力锚杆4，列间距一般2-3m，排间距3m左右，直径d＝120-150mm，下倾角5°-25°，采用人工洛阳铲成孔，对特殊性土应采取与之相适应的锚杆钻机成孔，成孔后孔内夹泥较多时，应采取高压注稀水泥浆方法，将泥皮压出钻孔，下入钢绞线或钢筋，常压或高压灌注纯水泥浆或水泥砂浆，强度≥20MPa，初凝后补浆1-2次，在锚杆注浆中加入速凝剂，提高锚杆初期强度；在地下主体结构防渗墙可分层施工时，应将预应力锚杆4做成可回收式压缩型锚杆；面墙挂φ6-φ12钢筋网片5，间距200mm×200mm-300mm×300mm，网片距坡面30-40mm，贴网片在土钉部位纵横向设φ12-φ20加强筋6，横向置于土钉弯钩内侧，纵向与土钉弯钩焊接连接7，喷射细石砼8，强度≥C20，厚度≥80mm；锚杆杆体达到强度要求后，张拉锁定，锚座一般采用分散型独立锚座9，材料为钢筋砼、钢板及型钢等，镇定力根据工程需要控制为设计锚力30-70％。然后开挖第二步土，重复前述第一步挖土后的施工，依次类推，直至完成短土钉连续墙护坡。若基坑壁是软土或松砂层，可采取边开挖，边先喷射一层混凝土，然后再施工土钉、锚杆等。
实施例一北京石景山区西黄村9#楼工程，地上24层，地下2层。场地内土层自上而下为人工填土、粉质粘土及粉土、粉细砂、圆砾、卵石。基坑深6.5-7.0m，基底位于卵石层夹粉细砂层中，未见地下水。开挖坡角≥85°，采用短钉连续墙加锚杆护坡，设3排短土钉1，列距1200mm，排距1500mm，长度2000mm，直径150mm，下倾角5-10°，下入1Φ20II级热轧螺纹钢筋，灌入425#普硅纯水泥浆，水灰比0.50，面墙挂φ6@200×200钢筋网片，土钉纵横部位加强筋Φ20，面墙喷射厚100mm、C20细石砼，地面下3.0m处设1排预应力锚杆4，长8.5m，其中自由段2.2m，锚固段6.3m，配1d15(7Φ5)低松弛型钢绞线，强度1860N/mm2，T＝195KN/根，用500×250×20两块钢板做锚座9如图3所示，较常规土钉护坡缩短了工期，节约工程费用达22％，护坡效果良好，达到一级变形控制。
实施例二北京市丰台区时村小区2#、3#住宅楼及小区购物中心工程，地上24层，地下3层，高70m，场地内土层自上而下为人工填土、新近沉积粉质粘土及粘质粉土、粉细砂、卵石及圆砾层。基坑深9.20-9.50m，基底位于卵石夹砂层中，未见地下水。基底开挖坡角70°，采用短土钉连续墙加长土钉方案护坡，设4排短土钉1，排距1500mm，列距1200mm，长度2m，2排长土钉10，列距2400mm，位于地面下3m、6m处，长度分别为8m、4m如图4所示，直径120-150mm，下入1Φ20 II级热轧螺纹钢筋，端部呈90°弯钩与面墙主筋焊接，常压灌注425#普硅纯水泥浆，水灰比0.50，长土钉不施加预应力，面墙作法同常规。采用本方法较常规方法节省工期40％，节约工程费用达30％，护坡效果满足工程需要。
实施例三北京铁路局科研楼配套工程，由职工食堂、浴室、动力站等组成，地上3层，地下1层，总高度16.8m。场地内土层自上而下为素填土、粉土、粉砂层。基坑深5.9m，基底位于粉砂层中，未见地下水(地下水埋深＞8.5m)。由于北侧坡顶为场地唯一通道，经常行走钢筋、混凝土罐车，超载为50KPa，相当于8.5m深基坑，开挖坡角＞80°，采用短土钉连续墙加锚杆护坡，设3排短土钉1，排距1200-1500mm，列距1200mm，直径120mm，长第1排3.50m，第2、3排各2m，地面下2.7m处设1排预应力锚杆4，长10.0m，其中自由段2m，锚固段8m，直径150mm，配1d15(7Φ5)低松弛型钢绞线，强度1860N/mm2，T＝193KN/根，采用预制钢筋砼独立锚座9，尺寸540×250×250的2个组合而成如图5所示。由于本护坡对变形要求较高，常规土钉护坡难以满足要求，采用本方法护坡工期短、变形小、效果好，较桩锚护坡可节约70％费用，较常规土钉护坡节约20％费用。
实施例四北京市朝阳区通讯电缆过北小河采用非开挖铺设，要求工作坑(兼电讯井)长6400mm，宽2400mm，深6800mm，拟开挖工作坑距北小河边约20m，场地内土层自上而下为粘性素填土、粘质粉土及粉质粘土、砂质粉土及粉砂，基坑底面位于粉砂层中。北小河河道宽30m，水深约3.5m。受河水影响，场地内地下水水位较高，埋深1.5m，且水量较大。在护坡施工前首先采用管井降低地下水位至基坑底面以下，工作坑(兼电讯井)开挖坡角90°按永久性地下构筑物设计，采用短土钉连续墙加钢筋砼暗梁与钢管内支撑，为防止坑底上浮，采用锚桩加钢筋砼底板。共设7排短土钉1，排距1000mm，列距900mm，直径150mm，长3m，面墙钢筋网片为Φ12@200×200，土钉及面墙加强筋均为Φ20，喷射C20细石砼，厚120mm，在地面下2.2m、4.3m处做两道钢筋砼框架梁11及2根Φ273×9钢管内支撑12；如图6所示。采用本方法护坡工期短、变形小、效果好，较灌注桩加内支撑护坡节约了40％费用，较钢筋砼地下连续墙加内支撑护坡节约70％费用。
权利要求
1.一种短土钉连续墙基坑支护方法，其特征是开挖和支护分层分段平行作业，施工步骤是(a)开挖基坑第一步土；(b)施工第一排、第二排土钉，采用列距、排距密布的短土钉，成孔后放置钢筋，端部留弯钩连接头，常压灌注纯水泥浆或水泥砂浆；(c)设置引水孔；(d)设置预应力锚杆或长土钉，成孔后下入钢绞线或钢筋，常压或高压灌注纯水泥浆或水泥砂浆，初凝后补浆1-2次；(e)面墙挂钢筋网片，网片距坡面留30-40mm距离，贴网片在土钉部位设加强筋，并与土钉弯钩焊接连接，喷射细石砼；(f)锚杆杆体达到强度要求后张拉锁定；(g)重复以上步骤，直至完成基坑护坡。
2.如权利要求1所述，短土钉连续墙基坑支护方法，其特征是短土钉长度，不必超过滑裂面，不设自由段。
3.如权利要求1所述，短土钉连续墙基坑支护方法，当支护坡角≥80°，周围环境对基坑变形要求高；或者短土钉连续墙被用作主体结构防渗层外膜，应在连续墙上设置预应力锚杆或内支撑。
4.如权利要求1所述，短土钉连续墙基坑支护方法，当支护坡角＜80°，周围环境容许基坑发生一定量的变形，应在连续墙上设置长土钉。
5.如权利要求1所述，短土钉连续墙基坑支护方法，其特征是锚杆成孔后孔内夹泥较多时，则应采取高压注稀水泥浆方法，将泥皮压出钻孔，确保锚力不受影响。
全文摘要
一种短土钉连续墙基坑支护方法,采用开挖和支护分层分段平行作业,利用土钉墙技术,布设列距、排距密布的短土钉及挂网喷射砼面墙,形成短土钉连续墙,可替代钢筋砼连续墙,根据工程需要设置长土钉、预应力及非预应力锚杆、内支撑,达到护坡目的。该方法控制基坑变形效果好,减少施工过程开挖分步,不受开挖坡角和开挖深度限制,可直接作为防水外墙使用,综合经济效益显著。
文档编号E02D29/02GK1348037SQ00129978
公开日2002年5月8日 申请日期2000年10月18日 优先权日2000年10月18日
发明者李强, 林杰, 阴占存, 李丽, 杜效明, 逯建爵 申请人:首钢总公司