关于深基坑支护中土层锚杆施工的问题探讨

关于深基坑支护中土层土钉施工的问题探讨

概述

随着我国经济的迅速发展，城市空间利用率的提高，许多高层及超高层建筑不断出现，与此同时，建筑物基础埋深也不断增加，有些地下室埋深已超过20米。深基坑的支护与施工技术已日趋成为我们面临的新课题。为了保证基坑内正常施工安全，必须确保坑壁稳定；同时为防止基底及坑外土体移动，确保基坑附近建筑物、地下管线、道路等的安全，还必须保证坑壁满足变形控制要求。许多深基坑的支护形式及方法已为工程实践证明，是行之有效的。

土钉支护由于具有施工速度快、施工难度较小、造价较低以及具有开阔的基坑作业空间，有利于土方开控及地下室施工等特点，已成为深基坑支护中普遍采用的支护技术。

一、自由段长度与负摩阻问题

土层土钉是一种埋入土层深处的受拉构件，它一端与工程构筑物相连、另一端锚固在土层中，整根土钉长度分为自由段和锚固段。自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段，其功能是对土钉施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区段，其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土层深部。一般来说，土钉自由段L f是根据基坑土体滑裂面计算出来的，如图1示。

L f

Sin(/)

452

°φ

-=

H a d

Sin

+-

+

()

45°φθ

/2+

即L f=(H+a-d)

Sin

Sin

()

()

45-/2

45+/2+

°φ

°φθ（1）

而锚固段长度则一般根据设计轴力N t来估算: K·N t=πDL a·q s

即：L a=

K·

π·

Nt

D q s（2）

式中q s—锚固段与土体的粘结强度，与钻孔方法、土壤性质、内摩擦角φ、抗剪强度、固结强度、土钉上覆土厚度、灌浆压力等有关。一般由试验确定，也可按规范取值。

考虑到基坑壁的总体稳定及深部滑裂面稳定，自由段实际长度应稍大于计算值，《土层土钉设计与施工规范》要求自由段不宜小于5米，且须超过滑裂面1.0米，《建筑基坑支护技术规程》建议自由段应超过滑裂面1.5米。

目前在一些工程中，有些业主的原因及施工中为了抢夺市场的原因，存在着人为的把自由段设计过短的情况，使得一部分锚固段处于滑裂面内主动区，如图2示。在基坑开挖过程中，当坑壁在主动土压力作用下出现变形时，主动区内的

锚固段将产生向基坑内方向的摩阻力，即负摩阻力，削弱了锚固效果，从而使预应力受到损失，引起松驰。

在广西华蓝岩土工程有限公司在进行深基础设计过程中，认为是土钉，人为地减少锚固段长度，使得施工难度明显加大，这点上，要求施工人员要有丰富的施工经验。实质上讲，是相当危险的。

我们在盛天新界小区的施工中，就遇到这个问题整个土钉处于填土中，而且处于处于极不理的水钻状态水，后果是非常可怕的。

二、土钉设计角度问题：

在设计土钉角度时，到底取多大合适呢？我个人认为可从下面几个方面来考虑。

1. 深基坑土钉支护中，锚固力产生于滑裂面外深部稳定地层。为了降低工程造

价，土钉长度一般在满足受力要求的情况下尽量缩短长度，所以，土钉往往设计成与水平面成一定的角度，角度越小，进入稳定性地层越长早进入稳定地层。

2. 从结构受力分析，土钉轴力N t可分解为：

水平分力：N t水平= N t cosθ(3-a)

垂直分力：N t垂直= N t sinθ(3-b)

只有水平分力对支护结构是有益的。从上式可以看出，θ越小，水平分力越大，对支护越有利；反之θ越大，水平分力越小，相应的垂直分力会越大。

在实际施工工程中，地下管线道路的安全，人为地调低土钉的高度，使原有的土钉尽水平分力可能的较大值。

在广西盛天新界的小区施工中，我们将小区的首排的θ取10，第二排的θ取15，第三排的θ取30

我们确实遇到了问题，比如我们对首排θ取10，经常发现灌不满现象，于是我们采取二次憋压的方法解去决了这个问题。

★注意我们的二次压力都很小，这将取决于我们的注浆压力管不忍受较大的压力。

因此，土钉倾角是综合考虑以上各因素后进行取值的。土层土钉有关规范规定：土钉角度不应小于10，并不大于30，以15～30为宜。我建议土钉角度一般取20～30较为合适

3. 从施工方面分析，土钉具有一定的角度，有利于钻孔孔壁保持稳定、下锚操作及灌浆施工。尤其在采用常压方式注浆时，浆液在凝固过程中，由于液柱自身压力作用，会使锚固体变得较为密实，有利于提高灌浆质量。

★靠自重。

三、关于土钉基本试验

土钉设计一般是根据设计者本身经验及场地地质条件进行取值，而地质条件又是变化多端的，因此，任何一种新型土钉或已有土钉用于未曾应用的土层时，必须进行基本试验，为设计、施工提供依据。

目前通常所进行基本试验所得的极限荷载并非锚固段极限摩阻力，是需经过修正的。因为土钉施工时一般采用“全孔注浆法”，整个锚孔全段充满水泥浆。因此试验所得的极限荷载是由如下三个部分组成的

R u = R a + R f + R0

式中R a—锚固段极限摩阻力；

R f—自由段极限摩阻力；

R0—孔口扩孔区段水泥浆抗剪阻力。

土钉张拉试验时，自由段水泥净浆体实际上是产生摩阻力的，但这部分摩阻力在基坑开挖后，将转变为负摩阻力。消除负摩阻力的方法是保证自由段不注浆。施工时可以用止浆塞将自由段与锚固段隔开，亦可采用定量注浆法。

四、关于土钉成孔工艺

1.护壁问题

南宁及其周边地区，地质条件复杂多变，人工填土、冲积层、残积层及基岩层，主要包括淤泥或淤泥质土、粉细砂或中粗砂、粘性土或粉土等土层及各种风化程度不同的泥质、砂砾质等基岩层。

在这种地层成孔，采用普通斜孔钻孔工艺一般都能满足要求，只是在遇到饱和松散的粉细砂层时，应注意护壁。通常通过调节泥浆性能、合理掌握钻进参数即可成孔。

极少数情况如饱和流砂、流泥层需采用套管护壁。

★但是我提倡使用使用风动潜孔锤（小风量）为最好的方法，其次使用小型螺旋钻以及洛阳铲不失为一种较为现实的方法。上面谈到的护壁问题是我们最不愿意看到的使用水钻的方法。