第４２卷第１２期 ２０１６年１２月 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｅ Ｍａ￣Ｈａｌｓ Ｉ・Ｊ之材 Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１６ 微型桩复合土钉墙支护体系在基坑工程中的应用 高伟胜 ，秦培巧 （１．河南成兴建设工程有限公司，河南郑州４５００００；２．郑州理工职业学院，河南郑州４５１ １５０） 摘要：微型桩复合土钉墙支护体系主要由微型桩、土钉 和面层组合而成，近年来被广泛应用于基坑工程中，该支 护体系具有施工简便、工期短、造价低等优点，能够有效 控制基坑变形，提高基坑边坡的稳定性。本文对该支护体 系的作用机理做了阐述，并通过工程实例，介绍了微型桩 复合土钉墙的支护设计、支护构造以及施工流程，同时指 出了微型桩复合土钉墙支护体系在本工程施工过程中的质 量控制要点。 关键词：微型桩；复合土钉墙；作用机理；工程实例 中图分类号：ＴＵ７５３．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１６）１２—０１０７—０３ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１１．２０１６．１２．０５０ ０前言 目前，基坑支护的分类方法较多，按照受力特点可分 为三类…：被动受力支护结构、主动受力支护结构和两者 相互结合的支护结构形式。其中的主动受力支护结构在当 前国内外应用比较广泛，且在基坑支护中占有主要的地位， 其具有安全度高、施工简单、工期短、造价低、噪声污染 小等优点 Ｊ。微型桩复合土钉墙支护便是主动受力支护结 构之一，被广泛应用于基坑工程实践中。 １ 微型桩复合土钉墙支护的作用机理 １．１微型桩的作用机理 微型桩在联合支护体系中，是主要的受力构件之一， 主要承受来自土的压力。微型桩的作用机理主要有 Ｊ。 １）超前支护，增强土体自稳能力。在开挖基坑之前， 预先打入微型桩，致使桩身周围的土地挤密，了土体 的变形，提高了微型桩周围土体的强度。 ２）约束基坑边坡的变形。微型桩在实际的工程现场一 般间距都比较小，形成一个致密的微型桩群。由于微型桩 群之间的相互作用，约束了微型桩群之间的土体在基坑开 挖过程中边坡的变形。 ３）土体开挖过程中，承担土压力，起到挡土的作用。 微型桩群与它们之间的土体形成一个强粘聚力整体，在基 坑开挖的过程中，共同来抵抗基坑以外土体向基坑内滑坡。 １．２土钉的作用机理 土钉在联合支护体系中，也是主要的受力构件之一。 土钉的主要作用是通过土钉与土体之间的摩擦力，将作用 于微型桩上的土压力传递到稳定地层中。 １）土钉对土体的补强作用。土钉必须具有足够的长 作者简介：高伟胜（１９８７一），男，河南郑州人，助理工程师，主要从事 土未工程施工与管理工作。 度，保证能够深入到微型桩以外的稳定土体内。土钉的受 力主要是土钉与土体之间的摩阻力，当土体发生相对的滑 动时，土钉与土体之间的摩擦力会发挥作用，此时土钉就 会对周围土体产生约束作用，该约束作用就是土钉对土体 的补强作用。补强作用与土的性质，土钉的强度、刚度、 深入土体的长度以及在土体内的分布有关。 ２）浆液对土体的固结作用。浆液的注入，填充了土体 之间的孔隙，使土体挤密；同时，由水泥浆中水泥水化学 反应形成的Ｃａ 离子与黏土颗粒表面的Ｎａ 离子发生离子 交换作用，形成以土钉及渗出浆体为骨架的复合结构，从 而提高土体的强度 Ｊ。 １．３面层的作用机理 在联合支护结构中，面层也是必不可少的一部分。其 主要作用是承受水土压力、土钉端部拉力以及土体坍 塌等，因此，面层的受力分析及设计也是非常重要的 Ｊ。 目前，国内外对面层受力机理的研究都不多，面层的设计 和施工通常采用经验方法。 ２工程概况及地质条件 ２．１工程概况 本工程位于河南省新郑市具茨山路与辛千路交叉口东 南角，该项目为省搬迁项目，建筑为ｌ８层，基础埋深７．１ —７．８ ｍ，基坑的开挖深度为３～９．５ ｍ。 ２．２场地工程地质与水文条件 ２．２．１场地工程地质 本工程场地地貌单元为丘陵岗地，根据勘察报告，将 地层划分为以下四个岩土工程地质单元，基坑开挖范围内 自上而下的顺序描述如下：第①层杂填土灰褐色，稍湿， 松散。建筑垃圾为主，局部为粉末回填局部缺失。第②层 粉土单元黄褐色，粉土，稍湿，稍密一中密，摇振反中等， 无光泽反应，干强度和韧性低，砂质含量高。第③层黏土 单元黄褐色，粉土，稍湿，稍密，摇振中等，干强度低， 粘粒含量高，局部夹粉质黏土，该层局部存在。第④层粉 土单元黄褐色，粉土，稍湿，稍密一中密，摇振反中等， 无光泽反应，干强度和韧性低，粘粒含量高，局部夹粉质 黏土，该层局部存在。 各岩土层分布情况及其物理力学性质详见表１。 ２．２．２水文地质条件 在本次勘察深度范围内，测得地下水位为９．１ ２１．１ ｍ，属于浅水，主要来自降水和地表水的供给，地下水位变 化幅度１．５ ｍ。近５年最高历史水位绝对高程１５０．０ ｍ，根 据基础设计埋深，不需要进行降水设计。 ・１０７・ Ｖｏ１．４２．Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１６ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉ，Ｉ芝材 第４２卷第ｌ２期 ２０１６年１２月 取出６１３０ ｍｍ护壁钢管一压力灌浆－ｏ，ｂ浆一填写施工记录。 ３微型桩复合土钉墙支护的设计 ３．１基坑支护设计方案 ４．２土方开挖 １）土方开挖时应分层、分段、对称开挖，每次开挖深 依据场地周围环境、勘察结果和施工等因素，拟采用 度控制在２ ｍ范围内，砂层中开挖深度每层不超过１．８ ｍ，微型桩＋复合土钉墙＋成品网喷射混凝土支护结构类型。 ３．２微型桩复合土钉墙支护的构造 微型桩复合土钉墙支护主要由微型桩、土钉、面层和 原位土体四个部分组成 ］。微型桩的植入，能够很好地 解决开挖面上土体自立性差的问题以及土体与面层的粘结 问题。土钉通过与锚杆、面层等结合，来进一步增强土体 自身的强度和稳定性，从而形成一种主动支护结构体系 。 微型桩复合土钉墙支护结构如图１所示。 图ｌ微型桩复合土钉墙支护结构示意图 ４微型桩复合土钉墙支护的施工 微型桩复合土钉墙支护的主要施工流程如图２所示 ： 图２微型桩复合土钉墙支护施工流程图 ４．１微型桩施工 微型桩（ｍｉｃｒｏｐｉｌｅ）是由意大利的Ｌｉｚｚｉ在２Ｏ世纪５０年 代提来出的 Ｊ。微型桩的桩径控制在１００～３００ ｍｍ，属于 小口径桩，桩身通常由加筋材料与混凝土或水泥砂浆共同 构成，一般工程中多采用钢管或者钢筋笼作为加筋材料。 该工程微型桩采用Ｄ１５０ ｍｍ的桩径，内置１根６８９钢 管。微型桩施工采用一次注浆，注浆管外常压注浆技术， 水泥采用 ０４２．５级，水灰比０．５～０．８。 微型桩成桩的工艺流程 ：放桩位线一钻机就位一成 孔一成孔检查验收合格一安放６８９ ｍｍ钢管一机械反振冲击 ・１０８・ 每段开挖长度不大于３０ ｍ；随挖随支护尽量减少边坡土方 裸露的时间，在上一层未支护的情况下严禁开挖下层土方， 必要时采取预支护的措施。 ２）在开挖过程中，严禁挖掘机碰撞或损坏已施工 面层。 ３）开挖过程中发现基坑位移超过报警值等异常情况， 应立即停止开挖，待处理后再进行开挖。 ４．３土钉施工 在微型桩复合土钉墙支护体系中，土钉是主要的受力 构件，它能很好地弥补土体抗拉、抗剪弱的缺点。此外， 由于浆体注入后在土钉周围扩散、渗透，与土钉形成骨架 复合结构，可以抑制周围土体的变形，同时挤密周围的土 体 。本工程孔径为１００ ｍｍ，倾角１Ｏ。。土钉之间搭接采 用双面焊；注浆选用Ｐ．０４２．５的水泥砂浆，水灰比０．４５ ０．５５，注浆压力为０．４—１ ＭＰａ，孔内水泥浆填充密实。 土钉墙施工工艺流程：开挖工作面一每步开挖深度不 大于２ ｍ一坡面预留２００ ｍｉｌｌ为人工修整边坡一土钉成孔一 安放土钉一土钉注浆。 ４．４混凝土面层施工 为防止开挖面土体的松动，开挖土体后应及时进行喷 射混凝土面层施工。在开挖面上挂钢筋网时，宜采用点焊 来连接钢筋网的节点，混凝土的喷射采用干法混凝土喷射。 １）面层采用 ．５钢筋，面层分布钢筋搭接长度不小 于３００ ｍｍ；成品钢板网采用５ ｃｍ×１０ ｃｍ，成品钢板网搭 接长度不小于３００ ｎｌｌｌｌ；混凝土等级选用Ｃ２０。 ２）喷射混凝土材料的选择为：３２．５的水泥，中砂，石 子粒径≤１０ ｃｍ，且水泥、砂、石的质量比为１：２：２。 ３）喷射作业应分段进行，同一段内喷射顺序自上而 下，钢筋的混凝土保护层厚度≥３Ｏ ｒａｍ。 ４）喷射混凝土面层完成２ ｈ后，进行洒水养护。 ５施工质量控制要点 ５．１微型桩、土钉位置的选择 当前，城市道路、建筑物以及地下管线的位置错综复 杂。施工过程中微型桩、土钉位置的选择必须避开周边道 路的路基、建筑的基础以及城市地下管网。因此，本工程 在微型桩复合土钉墙技术进行支护之前，除对已有勘察文 件深入交底外，还应对周边道路、建筑以及城市地下管网 的位置状况做充分的勘察，并且在施工之前编制专项的施 工方案，同时在施工组织设计文件中明确规定了必要的时 ２０１６年ｌ２月 第４２卷第１２期 边已有的建筑物和构筑物构成危害。 ５．２排水系统 ｌ 迂孝才 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１６ 候组织专家进行论证，以保证本工程在正常施工时不对周 ２）该工程采用微型桩复合土钉墙的支护方法，已经解 决了基坑工程支护的实际困难，达到了预期加固支护的目 的，从工程使用的角度上看是安全的、可靠的、合理的。 ３）对于微型桩复合土钉墙支护的设计以及施工经验的 本工程在微型桩复合土钉墙技术进行支护施工时，刚 好处于雨季，所以充分考虑了地表水和地下水的影响。 本工程设置的排水系统包括：地表排水系统、集水井 积累仍需加强，为其在今后的工程应用提供更安全、可靠、 合理的施工依据。 参考文献： ． ［ＩＤ：００３５８７］ 排水系统、坡前引水系统。地表排水系统主要是沿基坑周 边设置坡顶挡水墙和截水沟，避免雨水流入基坑；集水井 王建党．土钉支护机理与优化设计［Ｍ］．北京：地质出 排水系统主要在基坑内开挖集水井，收集坑内水。并通过 ［１］秦四清，水泵及时排除到坑外；坡前弓ｌ水系统主要是在喷射混凝土 集水井及时排除坑外。对于该排水系统本工程编制了专项 版社，１９９９． 北京：中国地质大学，２００５． 汪召．土钉墙与微型桩联合支护作用机理的研究与分析［Ｄ］． 层中架设导水管，将部分地下水引入坑内集水井，并通过 ［２］的施工方案，并且设置了专门的岗位，由专人管理、检查 和值守，保证施工过程中基坑的安全、稳定。 ５．３基坑的检测 ［３］ 刘东升．微型桩复合土钉墙支护体系应用研究［Ｄ］．郑州：河南 工业大学，２０１０． ［４］赵勇．微型桩复合土钉墙的面层受力分析与作用机理研究 ［Ｄ］．北京：中国地质大学，２００８． 煤炭科学院，２００２． ［６］李海深．复合型土钉支护工作性能的研究［Ｄ］．长沙：湖南大 学，２００４． １）基坑的监测采用仪器检测与巡视检查相结合的方 ［５］ 闫丽．复合土钉墙数值分析与承载机理的研究［Ｄ］．西安：西安 法，检测范围为基坑外边线以外１～３倍基坑开挖深度，必 要时还需扩大基坑监测范围。 ２）监测的内容重点包括：坡顶的（水平、竖直）变形以 及周边建筑物、管线、道路的沉降变形。 ３）检测点布置及检测量必须严格遵守ＧＢ５０４９７—２００９ ［７］ Ｍｉｃｒｏｐｉｌｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ［Ｍ］．２０００， ＦＨＷＡ，ＵＳＡ． 《建筑基坑工程检测技术规范》。 ［８］ Ｋｅｖｉｎ Ｊ．Ｍｃｍａｎｕｓ，Ｇｕｉｌｌａｕｍｅ Ｃｈｍ＇ｔｏｎ，ａｎｄ Ｊｏｈｎ Ｐ．Ｔｕｒｎｅｒ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｐｉｌｅｓ ｏｎ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒａｉｎ．ＡＳＣＥ Ｇｅｏ—Ｓｕｐｐｏｒｔ，２００４ ６结束语 １）目前，微型桩复合土钉墙支护的理论研究远不及工 （３）：１—１２． ［９］杨建明，徐小烈，谢晓琴．微型桩复合土钉墙支护施工技术［Ｊ］． 地基基础，２０１３，３６（２）：１１７—１１８． 程实践的发展。微型桩、土钉以及两者与土体之问的相互 作用机理不够清晰。另外，微型桩复合土钉墙支护结构的 破坏形式和破坏判据也没有明确的判别依据。这些理论方 ［１Ｏ］汤风林，林希强．复合土钉支护技术在基坑支护工程中的应用 ［Ｊ］．现代地质，２０００，１４（１）：１００—１０２． 面的研究，仍然需要广大科研工作者继续努力。 （上接第１０６页） 最大。降雨强度和渗透系数的大小一起决定着坡顶土体能 否达到饱和状态。 到约２０ ｍ。这主要是因为降雨量全部渗入到了土体深处位 置，没有发生地表径流或者在坡体上部形成暂态饱和区， 因此，孔压随影响深度变化比较均匀，只是入渗深度有所 增加。 ３０ ２５ ２）降雨强度保持不变的情况下，随着降雨历时的增 加，边坡内的孔隙水压力同样在逐渐升高。本算例当中采 用的降雨强度相对于土体的渗透特性较小，所以雨量全部 渗入到土体当中，没有发生地表径流或者出现坡顶暂态饱 和区，而且孔压的变化比较均匀，但是入渗深度变化较为 ２０ 明显。 参考文献： ［ＩＤ：００３５３９］ 鑫 匾 ｌ０ ５ ［１］吴梦喜，高莲士．饱和一非饱和土体非稳定渗流数值分析［Ｊ］． 水力学报，１９９９，４４（１２）：３８—４２． 孔隙水压力／ｋＰａ ０ ［２］毛昶熙，段祥宝，李祖贻．渗流数值计算与程序应用［Ｍ］．南 京：河海大学出版社，１９９９． 图９不同降雨时间的坡肩孔压随高程 变化图 ［３］顾慰慈．渗流计算原理及应用［Ｍ］．北京：中国建材工业出版 社，２０００． ３结论 ［４］吴林高，缪俊发，张瑞，等．渗流力学［Ｍ］．上海：上海科学技术 文献出版社，１９９６． １）降雨持续时间不变时，降雨强度不断增大，整个坡 ［５］朱军．饱和非饱和三维多孔介质非稳定流分析［Ｊ］．武汉大学 学报：工学版，２００１，３４（３）：５—８． 体内部的孔压都会随之增大，且边坡顶部位置的孔压增幅 ・１０９・
