土钉与锚杆联合支护的设计和施工

    1、工程概况

    该工程位于北京大学校园内，拟建建筑为24层框架结构塔楼，附设4层结构裙楼，24层塔楼基坑深度为地面以下11.3m，裙楼基坑深度为地面以下7.88m.场地地层主要有人工填土、第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土等组成，依上而下为：

    （1） 人工堆积层（厚约2.0m）

    （2） 砂质粉土、粘质粉土层（厚约2.0m）

    （3） 粉质粘土、重粉质粘土层（厚约1.0m）

    （4） 粉质粘土、粘质粉土层（厚约5.0m）

    （5） 砂质粉土、粉砂层（厚约2.0m）

    （6） 粘质粉土、砂质粉土层（厚约5.0m）

    2、工程设计

    本工程由主楼和裙楼组成，并要求在基坑四周保留一个循环车道。基坑支护设计采用了土钉墙和桩锚相结合的方案。裙楼全部采用常规土钉墙施工方案；在主楼的西南角设置16根护坡桩，其余地方采用土钉与预应力锚杆相结合的设计方案。（参考《www.jianzhu518.com》）

    （1） 降水方案：采用大口径管井和砂井相结合的降水方案。

    主楼井深26.0 m，井距为9.00 m.自渗砂井孔深24.0 m，孔距为3.00m。

    裙楼井深16.0 m，井距为9.00 m.自渗砂井深14.0 m，井距为3.00m。

    （2） 基坑支护设计方案

    a） 桩锚设计方案

    桩顶位于地表处，桩径：φ600，桩长：16.00 m，桩中心间距：1.2m；

    主筋： 7Φ25+6Φ22，采用Ⅱ级热轧钢筋，通长不均匀配筋；

    加强箍筋：Φ14＠2000；螺旋箍筋：Φ6＠200；

    桩身使用C25砼，钢筋保护层厚度50mm；

    锚杆位置：地面下4.50 m；

    锚杆布置按“两桩一锚”，即锚杆间距2.4 m；

    锚杆体自由段长度为：5.0 m；

    锚杆锚固段长度为：17.0 m；

    锚杆总长度为：22.00 m；

    锚杆体选用d15普通松弛钢绞线，配置3 d15钢绞线；钢绞线抗拉强度标准值：fptk≥1570N/mm2；

    桩顶设置圈梁，圈梁为 600×400，配主筋为6φ22，在距西南角西侧和南侧各3m处设置600×400斜梁，斜梁配筋为12φ22。砼强度为C25。

    b） 主楼土钉墙设计方案

    基坑按1：0.1放坡。

    第一排土钉在地面以下1.50的位置。

    第一排土钉水平间距为1.2m，其余各排土钉水平间距为1.5m，土钉垂直间距为1.5m，土钉倾角15°，土钉主筋为Φ22。

    第二、三排采用预应力锚杆，第二排预应力锚杆的锁定荷载为60KN.第三排预应力锚杆的锁定荷载为100KN。

    面层加强钢筋为Φ14，土钉成孔直径不小于100mm，面层混凝土厚度不小于100mm，土钉（锚杆）的具体长度如下：

    第1排土钉长9.00 m

    第2排锚杆长12.00 m

    第3排锚杆长12.00 m

    第4排土钉长9.00 m

    第5排土钉长7.00 m

    第6排土钉长6.00 m

    第7排土钉长6.00 m

    c） 裙楼土钉墙设计方案

    基坑按1：0.1放坡。

    第一排土钉在地面以下1.50的位置。

    第一、二排土钉水平间距为1.2m，其余各排土钉水平间距为1.5m，土钉垂直间距为1.5m，土钉倾角15°，土钉主筋为Φ22.土钉的具体长度如下：

    第1排土钉长8.00 m

    第2排土钉长8.00 m

    第3排土钉长7.00 m

    第4排土钉长6.00 m

    第5排土钉长5.00 m.

    3、工程施工

    （1） 降水

    a） 主楼的降水井较深，已经进入了卵石层，而裙楼的降水较浅，没有进入卵石层。降水井点施工完成以后，经过抽降，发现主楼降水井的自渗效果较好，即使在不抽水的情况下，其水位也稳定在地面以下16m左右。而裙楼的降水井几乎没有自渗作用，接电抽水以后，经过几分种水泵即断流，说明降水井的补给供不上水泵的流量；但停泵以后，经过一段时间降水井的水位又回升上来了。

    b） 经过开挖检验，发现基槽底部没有滞水，说明降水效果良好。但在土钉锚杆施工过程中，主要是第三排锚杆和第四排土钉施工时，随着土钉深度的增加，土钉施工过程中所带出的土体由潮至湿、到最后成为稀泥，有的孔在土钉锚杆施工以后，有水从孔中流出，有的孔出水太大甚至无法注入水泥浆。在土钉墙施工完成以后，仍有5-6个锚杆孔流水，有的孔中的水流还带有压力，一会儿水量大，一会儿水量小，怎样会出现这种情况，经分析认为主要是由于土体的不均匀性、土体中存在裂隙所引起的，土钉锚杆施工时遇到了地下渗水途径很可能引起这种情况。

    （2） 支护施工

    a） 由于锚杆较长（22 m），其长度超过了降水的有效范围，在锚杆施工过程中，当锚杆长度超过9m以后即有稀泥流出。为了保证施工质量，确保锚杆的锁定荷载，为此采取了一定措施：对设计方案作了适当修改，由原来的两桩一锚改为一桩一锚，把锚杆的锁定荷载相应降低；确保从孔底注浆，注浆时用清水把泥浆从孔底顶出，并把孔壁泥浆破坏，然后从孔底注入素水泥浆；在素水泥浆中加入适量膨胀剂，以充分破坏孔壁泥浆，确保施工锚杆能满足张拉锁定荷载的要求。

    b） 在土钉墙施工时，一定要把钢筋网片位于喷射混凝土的中间，特别对于第二、第三锚杆来说更为重要，因为锚杆需要施加预应力，如果不把钢筋网片居中，锚杆张拉锁定时，喷射混凝土面层会被压裂。

    c） 在土钉和锚杆的施工时应做好保护架的绑接、焊接工作。在降水后的土钉墙支护施工中，由于降水效果及降水有效范围的影响，土钉（锚杆）孔中往往有水及泥浆，如果土钉（锚杆）的保护架间距太大或制作不合理，往往会造成土钉（锚杆）的保护层不够，甚至根本没有保护层，土钉直接放在泥浆中，对土钉墙施工质量造成严重不良影响。

    4、出现问题的解决

    （1） 施工过程中出现的问题

    在主楼西南角的护坡桩施工完成以后，即开挖土方，开始土钉墙支护施工。按设计方案及施工要求，一切均顺利进行，至5月31日裙楼的第四排土钉已经完成，主楼的第五排土钉也已施工完成，经过变形观测没有发现明显的变形。在主楼第五排土钉墙施工时，由于土体的裂隙很发育，清土锚喷时出现了一定的坍塌，对此采取了一定的措施，通过减少开挖工作面，加快锚喷施工速度，使坍塌的地方及时得到了处理，并保证喷射面层的后面没有空洞存在。这时候的变形观测结果表明西侧边坡只有5mm的变形，南侧的变形较大，约有13 mm。

    1998年6月1日下了一场大雨，雨量太大，工地四周的雨水管道都满了。由于现场雨水较多，土方无法开挖，到6月3日才开挖西侧下一步土方，施工主楼第6 步土钉墙。为了防止土方开挖以后土体坍塌，连夜进行喷射施工，到凌晨 2 时才完毕。6月4日早晨6时，基坑西侧边坡外1.5 m处出现裂缝，和西侧边坡平行，从护坡桩附近一直到裙楼处，而且发展速度较快，到8时裂缝已很明显，经过经纬仪器测量发现，这时候西侧变形已有30mm左右，但沉降量更大，最大处约有100 mm左右，距离护坡桩约1.5 m的部位沉降和变形最大，向裙楼方向逐渐减少，且以4 mm/h的速度发展。经过8个小时左右的观测，发现变形速度减少了，但变形并没有稳定，最后于6月4日下午3时用挖掘机把这部分回填至地面以下6m的位置。

    （2） 处理措施

    事情发生后有关单位的专家对工程进行了分析讨论，认为应采取以下措施：用挖掘机把这部分进行回填，确保不出现恶性安全事故；对西侧两排锚杆重新进行锁定，以检验在如此大的变形情况下锚杆是否破坏。经过重新张拉锁定，发现西侧两排锚杆完好如初，没有发生破坏。

    根据现场破坏情况及锚杆的检验情况，认为破坏是由于某种原因造成土钉墙局部下座、土钉墙体刚度不足以抵抗下挫力造成的。故采取了如下加固措施：

    a） 在第二排锚杆与第三排锚杆之间及第三排锚杆下40cm，增加两排9m的土钉，土钉间距为1.2m.在护坡桩附近沉降变形最大的部位，在第二排锚杆上部40cm处增加15根土钉，并用加强筋将其连接。土钉钢筋用Φ32，加强钢筋用Φ22。

    b） 上述两排土钉施工结束后，在原第五排每两个土钉孔的中间加一个长6 m、直径2英寸的钢管型土钉。

    c） 在施工完上述钢管型土钉后，用加强筋将其连接。然后分段向下开挖，剪开先前所挂钢筋网，清除浮土，并填实，重新挂网喷射混凝土。

    d） 在原第六排土钉与第七排土钉之间加打一排6 m长的土钉，土钉水平间距为1.2 m。土钉钢筋用Φ22。

    加固方案施工完毕以后，6月14日开挖最后一步土钉，经过变形观测发现，土方开挖完毕以后又有10mm左右的变形。但支护施工完成以后，观测没有发现明显的变形，这和预先分析的结果比较一致。