土钉—微型钢管桩基坑支护技术

(北京正荣建设工程有限责任公司，北京 100000)
摘 要： 介绍了土钉支护技术的起源，特点，并在此基础上介绍了土钉——微桩基坑支护设计的计算 方法，同时提出基坑支护的施工方法。
关键词：土钉—微型钢管桩；基坑支护；土钉支护
中图分类号：TU473  文献标识码：B  文章编 号：1007—6921(2008)19—0134—03
1 土钉——微桩基坑支护简介
1.1 土钉—微桩基坑支护技术起源

北京地区基坑支护已经形成比较成熟的支护形式主要有土钉支护、混凝土灌注桩、地下 连续墙等。这些支护形式在应用和成本上各具特点，土钉支护具有施工简捷、经济，但在土 质不好，基坑超深时不宜；混凝土灌注桩承载力高，但造价较高，且存在扰民、污染环境问 题；地下连续墙适用于无条件降水的深基坑支护，其成本最高。是否存在一个介于土钉和混 凝土灌注桩之间的一种支护形式，既满足深基坑支护要求，又经济合理。此种基坑支护形式 承载能力介于土钉和混凝土灌注桩之间，成本较土钉稍贵一些，较混凝土灌注桩低得多。应 用该支护技术可以紧挨边坡设置施工临时道路，由于微桩的作用，道路不会产生横向裂纹， 并可以推广应用此项新型技术和施工工艺。
1.2 概念及定义

土钉—微桩基坑支护是将锚杆、微桩与滑裂面以外土体连成一个整体，通过托架（地连 梁或腰梁）、锚头、钢筋网片、帽梁与微桩连接，组成一个受力体，承受主动土压力、水压 力，利用地层的锚固力来维持被锚固体的稳定。

微桩一般为直径150mm的劲型混凝土桩，内配φ80的钢管，壁厚3.5mm，如土质不好 可做成钢花管，插入地下以后，压力注浆而成。微桩成孔一般采用小型钻孔机和洛阳铲进行 成孔。

土层锚杆是先用洛阳铲在土层中钻孔，将钢筋或钢绞线（预拉力筋）插入孔内，灌入净 水泥浆，经养护，成为抗拉力强的锚杆体系。如土质不好也可做预拉力锚杆，待灌浆达到一 定强度后，锚杆与浆体的握裹力满足设计要求后，进行预拉力张拉，使其形成有效的预拉力 锚杆体系。

通常先将微桩施工完毕，然后随土方开挖分层施工锚杆。
1.3 土钉—微桩基坑支护特点

能与土体结合在一起承受较大的拉力，以保证边坡的稳定，且能使边坡不出现横向裂纹；可对锚杆施加预拉力，微桩采用钢花管，可有效地锚固土体并控制好土体的变形；施工所需钻孔孔径小，无需使用大型机械，可在作业空间狭小的场地内施工，可用于各种地 形和场所，施工噪音、振动和污染都很小；可大量节省钢材、混凝土，改善施工条件，缩小基坑开挖面积，为地下工程施工，提供开阔 的工作面；适应性强，锚杆拉力由试验确定，在多种工程和在多种土质条件中应用，均可保证质量，并 有足够的安全度；经济效益显著。在普通土钉支护不能满足支护要求时，如采用微桩支护方案可行，往往比灌 注桩锚杆支护方案经济的多，大约为灌注桩锚杆支护费用的40％～50％。
2 土钉—微桩基坑支护设计计算
2.1 平面布置
微桩平面布置：

微桩沿基坑四周均匀布置，桩边距基坑边缘可根据具体情况确定，最近一般在30cm即可 。间距在1.5m左右，微桩深度一般超出基底2.0～3.0m。
锚杆布置：

锚杆呈梅花形布置，依土层条件确定，一般间距为1.5m。
面层布置：
网筋φ6.5，α200×200
2.2 参数选择
微桩参数：
单排微桩：
微桩孔径φ=150mm，间距B=1500
微桩内置钢管直径φ=80mm
双排微桩：
微桩孔径φ=150mm，间距B=750
微桩内置钢管直径φ=80mm
2.3 土钉参数

土钉支护中的土钉，一般呈梅花型分布，排间距一般为1.2～1.5m，考虑施工过程中施 工车辆的行走问题及施工用材料的少量堆载情况，选取地面荷载20KN/m²较合适。在设计 时，先初选参数进行较简单计算，边坡是否稳定还需进行稳定性计算校核。在北京38中改扩 建工程中初选参数为：  

2.4 面层参数

土钉支护的面层作用主要是限制土钉之间土体的变形，将土体侧向压力有效地传递给土 钉，并调整相邻土钉的受力状态。根据全长注浆土钉的受力分析，锚头和面层受力较小，面 层厚度不必太厚。
面层参数为：网筋φ6.5，a200×200
α(表示网筋间距），喷射砼厚度为8～10cm,强度C20。喷射砼配比为：水泥1∶砂2∶石2∶ 水0.4。

水泥为P032.5，石子为φ0.5～1.5cm的碎石或豆石，砂为中、细砂。
2.5 注浆设计
    由于注浆砂浆体强度远比土体强度高，因此土钉支护设计中砂浆体强度不是控制参数。
土钉注浆[CM(22]视情况采用孔底或口部加压注浆，注浆压力为[CM)]0.3MPa，对于松散 地层注浆压力为0.5～1.0MPa。
    注浆配比为：水泥1∶水0.5，并添加三乙醇胺速凝添加剂。
3 基坑支护施工
3.1 施工遵循原则
基坑支护的设计思想和设计方案要靠正确的施工组织设计来实现。
采用动态设计与信息施工技术。
工程技术人员跟随各作业班组，及时处理设计中无法预料但有可能出现的问题：如基坑开挖 过程中实际地质情况与地勘资料存在局部差异；又如基坑边壁位移不收敛或位移变化速率增 大等，这些都必须及时、果断、不失时机地调整一些设计参数和施工程序及施工工艺以保证 边壁的稳定。基坑支护施工过程中及回填土施工前应通过仪器及锚杆拉力计时刻观察边坡稳 定情况。
3.2 施工工序
施工总流程：测量定位→微桩施工→土体分层开挖→锚杆施工→面层挂钢丝网→面层喷射混 凝土→养护→下一步土体开挖及基坑支护施工
微桩施工工序：测量定位→φ150mm成孔→验孔→φ80mm钢管下孔→压力注浆
3.3 各工序技术质量要求
制锚：土钉主筋体采用φ22 II级螺纹钢筋和在特殊地段使用的φ48钢花管。

技术质量要求：①锚长误差－20cm；②锚杆体每隔3m做对中架；③锚杆体（钢筋）搭焊长度≥5d；④特殊地段根据地质情况锚杆长度可调整。
开挖：

土钉支护的特点是边开挖边支护。为了保证基坑边壁在开挖过程中土体拉力场和应变场不产 生过大变化，因此，对土方开挖有严格要求，挖土必须分层分段开挖。层厚为1.5m（即锚杆 排距），段长一般不大于30m，不允许超挖，不允许上层喷射砼面层和注浆体尚未达到一定 强度时就开挖下层，以免造成边壁坍塌。
钻孔：

机械成孔和洛阳铲成孔相结合。   

技术质量要求：①孔径允许误差10cm；②孔深允许误差－20cm；③打设角一般为0°～ 8°；④孔位遇障碍物时可调整。如障碍物大则在锚杆下方追加锚杆补强。

锚杆注浆：一般为底部注浆，仰角孔时为口部注浆。

技术质量要求：①配比为：水泥1：水0.5,并加三乙醇胺0.3‰；②注浆压力≥0. 3MPa；③水泥普P032.5、中细砂。

修坡面：注浆后进行修整坡面，定点、放线确保坡面平整，应严格控制坡面到地下室墙体距离。
编网及焊接

技术质量要求：①网筋φ6.5α200×200；φ6.5为I级钢；②网筋搭接为点焊、绑扎；③锚头“双L”型焊接，以便更牢地钩住网筋，用φ16螺纹钢通长连接。

喷射砼护面：钢筋网片和锚杆头焊接好以后，立即进行喷砼作业。喷射时，喷枪距作业面控制在1.5～2m 距 离，水灰比、所用材料必须符合设计要求。喷射混凝土的程序是，混凝土喷射机将水泥砂石 料、添加剂均匀通过管路，用风压送到作业面。在作业面的枪头出口处有一注水装置，水和 水泥砂石在枪头处通过风压在向外喷射时均匀的混合在一起，喷至作业面。

技术质量要求：①料：普P032.5水泥、中砂、碎石或豆石；②配比：（水泥）1∶（砂）2∶（石）2∶（水）0.4。根据地质情况可加3％速凝剂（与水 泥重量比）；对于冬季施工，按要求添加防冻剂外加剂等；③配料的搅拌：上料前初拌，上料后水泥砂石经过喷浆机和输送料管混合，即可达到均拌 目的；④砼强度C20；⑤喷射前坡面作喷射厚度标记，喷射砼面层厚度为8～10cm。
3.4 预防及应急方案

深基坑支护是一个综合性岩土工程问题，既涉及土力学中典型的强度与稳定问题，又包含了 变形问题，同时还涉及到土与支护结构相互作用问题，这些问题又受到工程现场的地质、水 文、环境、荷载、天气等诸多因素的影响。因此，施工中不可避免地要出现一些问题，这些 问题的应急方案常采用同类工程的成功经验来处理，有时它比理论计算或规范更有效。如通 过监测手段分析基坑边壁位移过程曲线，确定其对基坑边壁稳定的影响程度，以便采用限制 边壁位移的应急方案。如在挖土过程中，重粉质粘土地质层因挖土卸载引起的侧向变形；细 粉砂层可能出现的表层崩落等应急方案。
3.4.1 预防措施

为了防止施工过程中出现一些问题，在施工时有以下几种方式；
分层分段开挖：

坡面开挖，待土钉成孔注浆后，再用人工将坡面修齐编网喷射砼；
予置超前土钉，主要用在含水量丰富的地层。
3.4.2 建立完整可靠的质量保证体系

基坑支护由参加过深基坑土钉设计、计算、施工的人员组成。并且特别要求本工程的基坑支 护设计人，担当本工程的基坑支护技术负责人。
3.4.3 基坑开挖过程中边坡位移增大的处理

土钉支护的核心内容，体现在信息化施工即反馈设计，由施工过程中的监测工序来完成，当 边坡的位移变化速率超过警戒值时，就要采取措施，针对本工程的措施是将上面已施工过的 土层，根据情况追加土钉，并且要加长，对于下面的土层，土钉要缩小间距，钉体要加长， 增加注浆压力，并且还可以追加微桩的密度、长度，在施以予拉力锚杆加以约束。

如果以上措施来不及实施时，立即用挖土机将土方回填，回填后再实施方案。
4 基坑支护监测

土钉—微桩基坑支护监测是基坑支护设计中的重要组成部分。通过监测，可随时掌握周边环 境的变化以及支护土体的稳定状态、安全程度和支护效果，为设计和施工提供信息。通过信 息反馈体系，可及时修改支护参数，改善施工工艺，预防事故发生。同时，监测资料还可作 为检验和评价支护结构稳定性的依据。因此在深基坑支护工作中对基坑工作状态的监测就显 得特别重要。

基坑支护方案是否可靠与设计所选的参数是否与实际相符有直接关系，基坑支护中的结构是 否工作在安全可靠的状态，特别是在城市复杂的环境中尤为重要，因此对深基坑工作状态的 监测必不可少。它能够使我们知道基坑本身、基坑周围地上地下已有的建筑物是否会受到威 胁、破坏。通过对基坑工作状态的全面监测，从基坑的开挖开始，到地下建筑物的建造完成 ，能够用数据回答一切问题。
5 土钉—微桩基坑支护推广应用前景

土钉—微桩基坑支护作为一种经济可靠快速简便的基坑支护技术，已在许多项目中得到 成功运用。它具有施工工艺简单，不需大型机械设备、无噪音、污染少、施工进度快等诸多 优点。在一些基坑支护采用普通土钉支护无法满足要求时，如采用土钉—微桩基坑支护可比 采用灌注桩方案节约可观的成本。我们相信，随着工程技术人员对该技术的了解和其在工程 中的成功应用，土钉—微桩基坑支护技术作为一种介于土钉和混凝土灌注桩之间的支护技术 ，必将在基坑支护工程中得到越来越广泛的应用。

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