土钉墙技术在砂垫层地基基坑围护中的应用

摘要：土钉墙施工技术自20世纪70年代产生以来，因其造价较其他基坑围护体系低，施工周期短，安全性基本满足基坑稳定性及变形要求，在边坡工程、基坑工程中得到广泛的认可和应用。我国于1997年制订了相应的规范《基坑土钉支护技术规程》。由于土钉墙对地层的依赖性很大，通常仅适用于地下水位低、自立性好的地层。在高水位的软土地层中，因其自立性差，易产生流砂和管涌的可能；尤其上海、福州等东南沿海城市的地层为冲积地层，主要为饱和粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土等，单纯的土钉墙不能满足基坑围护安全性。由此，近年来，经过科研人员和工程技术人员在各种基坑围护工程中的理论设计研究和实践分析研究，总结出一种新的土钉墙施工技术——复合型土钉墙支护，并正通过更多的工程实践对其进行理论设计上的完善。
关键词：地基基坑基坑围护现场施工
一、简述
现行工程中常用的复合型土钉墙支护，主要是水泥土搅拌桩与土钉墙的结合应用。其原理主要是：通过水泥土搅拌桩对边坡土体进行土体加固，解决土体自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题；以水平向压密注浆及二次压力灌注解决土体加固及土钉抗拔问题；以相对较深的搅拌桩插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流问题，形成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护。因此，复合型土钉墙适用于砂性土、粉土、粘性土、淤泥土及淤泥质土。在上海各类地层中，都有成功地使用复合型土钉墙的工程实例。
二、工程概况
青浦第二自来水厂，位于青浦区西南角西大盈河畔。该项目由16个单体组成，有沉淀池、滤池、废水池、清水池等大型水池类构筑物，均采用砂垫层换填地基，基础为大板筏基。砂垫层基底标高为：5m，大板筏基基底标高为：0.3m，砂垫层厚度4.7m.该项目由西班牙德利满公司负责所有安装系统设计及设备的供应。由于系统图纸出图较晚，在沉淀池与滤池结构完成后，外方设计要求在该两个单体中间地基里增添一条Φ1000mm排泥管，排泥管埋设深度：3.8m，并在排泥管长度方向上间隔15m设置一口阀门井。为埋设此排泥管，必须在沉淀池与滤池当中的砂垫层地基里开挖沟槽。地下水位较高，为：0.7m；砂垫层采用中粗砂，密实度为1.65t/m3.所以，基坑都处于砂垫层地基中，在水头压力差作用下，极易产生流砂及管涌；在基坑边两个单体的自重荷载下，砂更无自立的可能性，极易产生坍塌。故在这种地基里，基坑围护的方案选择是非常谨慎的。
三、基坑围护方案
针对基坑支护的功能特点，结合本工程的实际情况，首先考虑对砂垫层进行土体加固，加固范围为开挖面四周。通过土体加固，一方面使被加固土体的渗透系数降至10：5~10：8cm/sec，保证土体的抗渗性能；一方面使被加固土体的强度达到1Mpa以上，保证土体的自立性和强度。由于沉淀池与滤池距离仅为4m，上空高度仅2.7m左右，基坑四周根本没有供大型桩机作业的场地，所以无法采用灌注桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩等施工工艺来对砂垫层地基进行土体加固。唯一可行的就是采用双液注浆，浆液与砂凝结固化后成为水泥砂浆块体，强度与抗渗性能都比较好。鉴于地下水位较高，砂的渗流性较好，为保证注浆效果，决定采用分层压密注浆工艺对砂垫层进行地基加固。出于场地限制及造价上的考虑，决定采用土钉墙作为基坑的支护形式：土钉沿深度方向布置3排，间距1m，采用梅花型布置；土钉长度6.5m，采用Ф48*3.5mm国标焊接钢管。
从某种意义上来说，分层压密注浆与土钉墙的结合应用，形成为一种新型的复合型土钉支护。
四、基坑围护施工
复合土钉墙施工工艺流程：
1、分层压密注浆
（1）定位放线：根据设计方案，确定分层压密注浆孔位，用短钢筋作好标志；
（2）钻孔：孔位确定后，钻机就位并安放牢固平稳，然后开始钻孔，采用干钻法，钻孔直径50mm；