徐州基坑特殊土钉墙的逆施工

摘要：论述了特殊土钉墙的设计思路和结构特征，介绍它的施工工序、工艺，总结了其支护效果、施工注意事项和推广应用价值。
关键词：基坑支护特殊土钉墙逆作施工
引言
在进行基坑支护的方案设计时，常常会遇到如下特殊情况：拟建建筑物地下室外墙距现场已有建筑物很近，有时甚至小于1m，地下室基坑要垂直挖下去，且不允许破坏已有建筑物。在这种环境下，一无放坡的可能、二无施工机械作业空间。由于场地空间狭窄给基坑支护方案选型带来了很大的困难。针对以上情况，运用逆作拱墙的施工原理，设计了一种现浇垂直钢筋混凝土重力墙加土钉管的特殊土钉墙支护方案，采用逆作施工方法，较好地解决了基坑支护难题。在徐州锦绣茗都高层商办楼基坑支护施工中是一个比较成功的典例。
一、环境及工程地质条件
徐州锦绣茗都商办楼为框架结构，楼高33层，设计地下室2层，地下室底板高程为-10.5m，自然地面高程为-1.5m，即地下室基坑的深度为9m。在拟建大楼的西北角，有一座新建的二层时尚售房部，而售房部东部连接有10m长的人工瀑布墙。（详见图1）拟建大楼的地下室外边界距售房部和人工瀑布墙仅有0.8m，要求在确保售房部和人工瀑布墙安全的前提下，选用经济可行的支护方案进行施工。

图1现场施工平面简图
根据工程地质勘察报告，施工区土层分布自上而下为①层杂填土，厚1.5m，②层淤泥质粘土，高压缩性，厚2.2m， ③层粉土夹粉砂，饱和，稍密，中等压缩性，厚2.8m，④层粉质粘土，可塑，中等压缩性，厚2.6m ，⑤层粘土，含钙质结核，硬塑，厚5.8m。钻孔揭示地下水位埋深为2m。
二、基坑支护设计方案
根据基坑周边环境，本着安全、经济、可行的原则，基坑支护结构设计分区采用两种型式，外空间狭窄的西北角区段选择现浇垂直钢筋混凝土墙加土钉管构成的特殊土钉墙，其余区段外侧空间稍微宽阔，选用传统的止水桩加钻孔桩排桩的支护方案，这里仅介绍特殊土钉墙支护方案。
1、方案设计思路
基坑支护要解决两个问题，一是挡土，阻止基坑侧壁土体滑移、变形。二是截水、止水，若在周边环境宽阔的情况下，可选择的方案就多了。但相距只有0.8m的狭窄空间，基坑侧壁只有设计为垂直或近于直立。在此情况下，设计单独的水泥土钉墙结构，难于承受坑外巨大的侧壁土压力，作者受逆作拱墙理论的启示，决定采用壁厚为60cm，强度为C25的钢筋混凝土墙来代替护壁，正好能弥补喷射混凝土的不足，而且能按照施工逆作拱墙的方法来作业。这种垂直混凝土墙壁本身自重较大，加上土钉的锚固，其稳定性较高，抗倾覆能力强。这样一种特殊土钉墙支护结构方案的设计思路就形成了。
2、支护结构方案简述
按照上述思路，根据施工区的地质勘察报告提供的数据，选取了原始计算参数，使用同济启明星基坑支护设计软件进行土钉抗拉力计算和整体稳定性验算（设计计算略）确定支护方案如下：
（1）设置4层土钉，水平间距1.5m垂直层距离2m，采用ф48mm，δ=3.5mm钢管。第一层土钉长12m，第二层10m，第三层8m，第四层6m，采用二次注浆技术。
（2）现浇钢筋混凝土厚60cm，混凝土强度C25，高9.5m，其中墙体入底板土0.5m，主筋为ф16@200双面筋。
（3）为防底部墙体向坑内滑移，坑底设置400×400mm钢筋混凝土水平支撑，强度C25，配筋为：主筋为8ф16双面筋，箍筋为ф8@100。支撑于墙体底部和施工的工程桩之间。
（4）冠梁宽80cm，厚50cm，混凝土强度C25，配筋为：主筋为10ф20双面筋，箍筋为ф8@100，冠梁外侧紧贴已有建筑物的墙基。
支护结构方案的代表性剖面图见图2

图2设计方案简图
三、殊土钉墙逆作施工
1、施工工序
首先施工冠梁（包括人工挖土、支模、绑扎钢筋、浇筑砼），机械挖第一层土，人工修壁→打入第一层土钉→注浆→分段人工挖墙槽→喷射混凝土衬底→焊接墙体钢筋笼并连接土钉→支钢模板→浇筑混凝土并振捣密实→拆模板→人工补挖剩下的墙槽，重复以上步骤，完成第一层支护。（养护3天）→机械挖第二层土→人工修壁→打入第二层土钉……（重复第一层的施工工序），一直挖到第四层结束→做坑底水平支撑梁。
2、施工工艺
（1）基坑开挖从上而下分层进行，每层挖深不超2.2m，混凝土水平方向分段施工，分段长度不超过3m，当左右墙体混凝土强度达到70%（一般3天即可），再施工同层的剩余部分，同样在上层的墙体混凝土强度达到70%，再施工下层的墙体，上、下、左、右墙体接头部位应冲洗干净。
（2）土钉应采用潜空锤快速打入，孔内采用高压注浆，浆液水灰比为0.5，注浆压力为2-4MPa，锚头直接焊接于墙体钢筋笼上。
（3）上下两道混凝土墙体的竖向施工缝应错开，错开距离1.5m。施工下道墙体时，外壁模板的上部应留楔形混凝土浇筑口，拆模后将形成的楔形混凝土及时凿掉，以保持墙体平直。
4）每层每段钢筋笼主筋的长度应大于实际浇筑混凝土高度（长度）约10cm，以供下道施工时钢筋笼的搭接。
四、施工监测
为了保证基坑施工过程中售房部和人工瀑布墙的安全，施工冠梁后，就在其上做了6个控制点，监测水平位移和高程下沉情况。监测结果如下：
（1）施工完工完2层支护时，冠梁顶部向坑内位移8-10cm，高程向下沉6-9cm。
（2）墙体施工至坑底、做水平支撑之前，冠梁顶部向坑内位移10-16cm，高程向下沉8-12cm。
（3）施工结束一周后，冠梁顶部位移增至11-18cm，高程向下沉9-13cm。以后数周内观测显示，冠梁位移和下沉保持稳定，经观察售房部和人工瀑布墙均无损坏，循环水池无开裂渗漏现象。
五、结束语
（1）从某种程度上来讲，该方案中的钢筋混凝土墙，具有重力墙特征，但从整体结构而言，仍属于土钉墙，因此将其称为特殊土钉墙。
（2）这种土钉墙的特殊性在于：它用于边界狭窄的特定地段，重力墙施工采用钢筋混凝土方式，并采用逆作完成；墙体宽厚、坚固、密实，即挡土又止水；土钉施工采用打入式，适于劣性土层条件。这些也是与传统的喷射混凝土土钉墙的区别。
（3）使用该方案施工，有两点值得注意：一是墙体施工应参照《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99中逆作拱墙的施工要求进行；二是挡土墙的平面设计支挡长度不宜过长，最好小于20m，否则就失去了安全经济意义。
（4）实例施工表明，该方案是安全、经济、可行的，具有推广应用价值。
参考文献
﹙1﹚ 建筑基坑支护技术规范（JGJ120-99）
﹙2﹚ 徐州锦绣茗都高层商办楼岩土工程详细勘察报告（江苏省第二地质工程勘察院）
﹙3﹚ 基坑土钉支护技术规程（CECS96-97）
﹙4﹚ 锚杆设计与施工规范（CECS22-89）
﹙5﹚ 建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002）