CN104831734A - 一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，包括如下步骤：(1)施工准备，(2)开挖与放线修坡，(3)清理边坡，(4)旋喷桩施工，(5)初喷混凝土，(6)成孔，(7)***土钉钢筋，(8)注浆，(9)铺设钢筋网，(10)复喷射混凝土，(11)锚杆施工，(12)土钉施加预应力，(13)制作底梁。本发明通过将旋喷桩和土钉墙结合进行支护，大大提高了承载能力，同时合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构的不可分割部分；结构轻型，柔性大，有良好的抗振性和延展性；稳定可靠，支护后边坡位移小，超载能力强；总工期短，可以随时开挖随时支护，与其他深基坑支护类型相比费用低，经济效益高。
Description
技术领域
本发明涉及一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法。
背景技术
随着我国社会经济建设的快速发展，城市建设用地日趋竞争，建筑工程建设逐渐对地下空间进行开发利用，使得人们及业界人士对深基坑工程支护施工的质量安全越来越重视。传统的深基坑支护施工造价高、施工周期长、不能适应复杂地质条件下的基坑支护，且性能不可靠，支护效果不理想。
传统的深基坑支护施工受土质的影响较大，在寒冷天气中混凝土的施工难度大，混凝土面板强度不足而影响支护施工的质量。
中国国家知识产权局公布的深基坑支护体系的施工方法(申请号201110097979.5，公告号：CN102220764B，公告日：2012.09.05)，包括一次钻成三个连在一起的单元槽，钻到预定深度，钻机停止旋转，自下而上自单元槽底注入水泥浆，钻机反转向上提升钻具，形成帷幕，钻具提出地面，再顺序施工下一槽段，槽段之间相互咬合切割搭接，形成整体连续的防渗帷幕。虽然造价低廉，施工周期短，但是由于支护结构只是在竖直方向上起到支撑作用，在深基坑的侧壁上未进行加固，容易造成深基坑破壁的塌陷，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的诸多不足，提供一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，本发明通过将旋喷桩和土钉墙结合进行支护，大大提高了承载能力，以达到造价低、施工快，能适应复杂地质条件，性能可靠，施工周期短，经济效益显著的效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)施工准备
根据设计文件和设计图纸、施工合同及现场情况编写施工组织设计，然后准备好施工机具设备，并检查设备运转情况，对施工机具进行及时检测，接着对进场的材料、混凝土与水泥浆进行试配工作，最后设置沉降观测点，对周围的建筑物和构筑物进行沉降观测，并建立健全突发应急救援预案；
(2)开挖与放线修坡
依据设计文件的分层深度和分段距离，按作业顺序施工，当上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的80％后开挖下层土，对开挖的工作面用镐进行边坡修整，保证基坑下口与轴线之间的方向尺寸，开挖之后，按图纸尺寸把上口线和下口线在实地做好测量记号及木桩标志，用石灰粉在实地划线，在边坡修整完后喷射基层混凝土，土钉墙固结达到设定强度后，然后进行下一层土体的开挖；
(3)清理边坡
基坑开挖后，采用铲锹将基坑的边壁进行切削清坡并挂线定位，沿基坑的水平和竖直向预埋外罩滤网的PVC管，使PVC管包住滤网，并将外端伸出支护面层；
(4)旋喷桩施工
a、钻机就位，移动旋喷桩机到指定位置，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳，就位后进行射水试验，检查喷嘴和压力；
b、将钻头在预定桩位钻孔至设计标高，并测孔深，然后拔出钻杆，***旋喷管，在插管过程中边下管边射水；
c、旋喷管下沉到设计深度后，停止钻进，接通高压水管、空压管，开启清水泵、泥浆泵和空压机，继续旋转钻机，并用仪表控制压力、流量和风量，当泥沙泵压力增加到设计值，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时按设计和试桩确定的提升速度提升钻杆，直至达到预期的加固高度后停止；
d、当旋喷管提升接近桩顶时，从桩顶以下2m开始，减小旋喷管的提升旋喷速度，再向上提升0.5m，直至桩顶后停止注浆；
e、向浆液罐中注入清水，开启高压水泵，清洗管路中残存的水泥浆，并将粘附在旋喷管头上的土清洗干净；
f、喷射注浆结束后，用水泥浆进行回灌补浆，再将旋喷桩机移位，进行下一根旋喷桩的施工；
(5)初喷混凝土
喷射混凝土前先对机械设备进行检查及试运转，清理受喷面，设计控制喷层厚度的标志；喷混凝土按分段分片依次进行，同一段内喷射顺序自下而上，段片之间，层与层之间做成45°角的斜面，喷射混凝土时，喷头与受喷面互相垂直，并保持1.2～1.6m的距离，控制水灰比，在钢筋部位，先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，喷射混凝土终凝3小时后，浇水养护；
(6)成孔
a、土钉成孔前，按设计要求定出成孔位置进行测量画线，并作出标记和编号，然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行凿孔，开孔时对准孔位钻进，达到设计深度且土层稳定时，加速钻进；
b、成孔过程中做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体特征及成孔质量，将取出的土体与初步设计时认定的进行对比；
c、钻孔后采用吹风装置进行清孔，把孔内渣土吹干净，对孔中出现的渗水塌孔和掉落松土进行处理，然后安设土钉钢筋并注浆；
d、采用钢管代替钢筋，孔在钢管长度方向上呈菱形布置，并在出浆孔边焊接40mm长的钢筋，然后利用空气压缩机带动冲击器将加工好的钢管分段焊接，按设计角度打入土层；
(7)***土钉钢筋
成孔后将土钉钢筋***，弯钩后固定，土钉钢筋采用螺纹钢，置入孔中前，先设置定位支架，定位支架沿钉长的间距为3.5m，将土钉钢筋安放在孔内，每隔1.5m焊接一个居中支架；
(8)注浆
a、注浆前将孔内残留杂物清除干净，用水或稀水泥浆润滑注浆泵及输送管；
b、土钉钢筋置入孔中后，用压力注浆，注浆采用由里向外注浆，先将一次注浆导管插至孔底300mm处，并在孔口设置止浆塞和排气孔，同时将导管撤出，导管的出浆口处于孔中浆体的表面以下；
c、然后采用钢管进行二次注浆，先将钢管固定在土钉钢筋上与土钉钢筋同时置入孔中，一次注浆结束一天后进行二次注浆，每次向孔内注浆时，先计算所需的浆体体积，并根据注浆泵的冲程数计算向孔内注入的浆体体积，确认实际注浆量的容积；
(9)铺设钢筋网
用直径8～10mm盘条钢筋焊接成钢筋网，钢筋网用绑线固定好，网筋之间铜扎丝扎牢，土钉钢筋端部通过锁定筋与面层内的加强筋及钢筋网连接时，相互之间焊接牢固，并加设加强筋，使土钉钢筋、钢筋网和加强筋形成一个整体，向基坑开挖水平外伸长度大于1.5m，且完成面高于基坑开挖面，在边坡坡面上，按设计方案要求铺设钢筋网，铺设时每边的搭接长度小于一个网格边长；
(10)复喷射混凝土
钢筋网验收合格后，进行第二次层面喷射，向边壁土层喷水润湿，喷射混凝土面层厚度为180～200mm，并用以固定钢筋网片的钢筋作为标志，水平喷射时按成型速度分段进行，同一分段喷射自下而上进行，每行喷射采取水平叠压移动方式，喷第二行时，依顺序为第一行终点的上方开始喷射，先喷平凹面，再喷凸面，行间搭接长度为5～7cm，每段长度为6m，在土钉墙支护的复喷混凝土面层***基坑底部以下0.2～0.5m，在基坑顶部2.5m处喷射混凝土护顶，喷射混凝土终凝后4小时，采取连续喷水养护一周；
(11)锚杆施工
在基坑以下3m处设置一排锚杆，锚杆端头在砼面层上外加一根槽钢横梁，垫20mm厚的钢板，并用螺母锁定；
(12)土钉施加预应力
在土钉断头焊接螺栓端杆，面层砼达到设计强度后，加钢垫板用扭力扳手拧紧螺母对土钉施加设计拉力的预应力，预应力采用拉力控制，张拉荷载为150KN，锁定荷载为90KN；
(13)制作底梁
人工挖底梁土方，然后浇筑混凝土，土钉墙钢筋网锚入底梁大于35cm，再进行施工质量检查。
进一步，步骤(6)过程d中的冲击器包括冲击体、前接头和后接头，冲击体内设置有气缸，气缸内设置有活塞，气缸的上方设置有保持环，保持环与气缸之间设置有配气座，配气座上套接有卡环，保持环内设置有逆止阀，后接头固定连接在冲击体的顶部，后接头内设置有顶头，顶头抵住逆止阀，前接头固定连接在冲击体的底部，前接头内设置有导向管，导向管内设置有钎尾管，钎尾管的一端固定连接在活塞上，钎尾管的另一端设置有钎头；提高了钢管打入土层的效率，同时便于控制钢管打入的深度，使钢管在土层中的深度符合设计的要求。
进一步，卡环与保持环之间设置有垫圈，垫圈可以有效保护卡环与保持环，防止由于过大的压力而造成损坏，同时减小了摩擦。
进一步，步骤6)过程c中的吹风装置包括风箱、吹风管和转换接头，转换接头通过吹风管固定连接风箱，风箱内设置有风轮，风轮的两侧分别设置有进气管和出气管，风轮连接吹风管，转换接头的顶面上设置有主吹风嘴，主吹风嘴内设置有主风嘴管和主吸渣管，主风嘴管与主吸渣管之间设置有分隔套管，转换接头的两侧分别设置有辅助构件，辅助构件包括辅助横梁和辅助吹风嘴，辅助横梁内设置有吹风连接管和吸渣连接管，辅助吹风嘴内设置有辅助风嘴管和辅助吸渣管，辅助风嘴管与吹风连接管相互垂直，辅助吸渣管与吸渣连接管相互垂直，辅助横梁的一侧设置有螺纹柱，辅助横梁的另一侧设置有螺纹孔，螺纹柱与螺纹孔相匹配，吹风装置可以快速地将孔内的渣土吹干净，方便土钉钢筋的安装和注浆，辅助构件可以根据实际情况的需要进行删减或增加，实现多孔同时吹风的功能，提高了吹风装置的工作效率。
进一步，吹风管靠近风轮的一侧设置有三角过滤网片，三角过滤网片可以有效地对吸附的渣土进行过滤，防止渣土进入风轮而影响风箱的工作效率。
进一步，风箱内设置有渣土收集槽，渣土收集槽可以将过滤后的渣土进行收集统一排出，防止渣土留在施工场地而影响工作环境。
进一步，辅助横梁上设置有阀门，阀门可以有效控制吹风连接管和吸渣连接管的闭合与打开。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明施工工艺简单，周期短，造价低，能适应复杂地质条件，性能可靠，有利于减少对周围建筑物的影响：本发明通过将旋喷桩和土钉墙结合进行支护，大大提高了承载能力，同时合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构的不可分割部分；结构轻型，柔性大，有良好的抗振性和延展性；施工边界、安全，土钉的制作与成孔简单易行，且灵活机动，便于根据现场监测变形数据和特殊情况，及时变更设计；施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小，放坡困难，有相邻建筑，大型护坡施工设备不能进场时，该技术显示出独特的优越性；稳定可靠，支护后边坡位移小，超载能力强；总工期短，可以随时开挖随时支护，与其他深基坑支护类型相比费用低，经济效益高。
附图说明
图1为本发明一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法的工艺流程图；
图2为本发明中钢筋与钢管的连接示意图；
图3为本发明中土钉钢筋与定位支架的安装示意图；
图4为本发明中冲击器的结构示意图；
图5为本发明中加强筋、锁定筋与土钉钢筋的连接示意图；
图6为本发明中吹风装置的结构示意图；
图7为本发明中主吹风嘴的结构示意图；
图8为本发明中辅助构件的结构示意图；
图9为本发明中旋喷桩施工的工艺流程图；
图10为本发明中旋喷注浆的结构示意图。
图中：1-钢管；2-钢筋；3-出浆孔；4-孔；5-定位支架；6-土钉钢筋；7-冲击体；8-后接头；9-前接头；10-气缸；11-活塞；12-钎头；13-钎尾管；14-导向管；15-配气座；16-卡环；17-逆止阀；18-顶头；19-垫圈；20-保持环；21-锁定筋；22-加强筋；23-钢筋网；24-风箱；25-吹风管；26-转换接头；27-主吹风嘴；28-辅助构件；29-风轮；30-进气管；31-出气管；32-渣土收集槽；33-三角过滤网片；34-主风嘴管；35-主吸渣管；36-分隔套管；37-辅助横梁；38-辅助吹风嘴；39-辅助风嘴管；40-辅助吸渣管；41-吹风连接管；42-吸渣连接管；43-螺纹柱；44-螺纹孔；45-阀门；46-旋喷桩机；47-旋喷管；48-清水泵；49-空压机；50-泥浆泵；51-喷嘴；52-固结体。
具体实施方式
本发明一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其工艺原理是在深基坑开挖过程中往基坑侧面自然土体均匀钉置数排细长杆件土钉，并在基坑墙面上铺设钢筋砼面层，通过自然土体、土钉和钢筋砼面层的共同作用形成的重力挡墙。
本施工方法需要准备如下材料：
1、Ⅱ级钢筋、普通硅酸盐水泥、砂、石子、早强剂、膨胀剂、速凝剂、防冻剂。
2、机具设备：喷射混凝土机、混凝土混合器、搅浆桶、存浆桶、直流电焊机、调直机、空压机、注浆机、切割机、洛阳铲。
3、仪器：经纬仪、水准仪、普通钢尺。
本施工方法的数据参数如表1所示：
表1 施工质量检验
本施工方法(如图1所示)，包括如下步骤：
一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，包括如下步骤：
(1)施工准备
根据设计文件和设计图纸、施工合同及现场情况编写施工组织设计，然后准备好施工机具设备，并检查设备运转情况，对施工机具进行及时检测，接着对进场的材料、混凝土与水泥浆进行试配工作，最后设置沉降观测点，对周围的建筑物和构筑物进行沉降观测，并建立健全突发应急救援预案；
(2)开挖与放线修坡
依据设计文件的分层深度和分段距离，按作业顺序施工，当上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的80％后开挖下层土，对开挖的工作面用镐进行边坡修整，保证基坑下口与轴线之间的方向尺寸，用仪器控制严禁边坡出现超挖，基坑的边坡用人工进行清坡，以保证边坡平整并符合设计规定的坡度，开挖过程中遇到土质有异常，与原设计文件不同时，由设计单位确认进行设计变更，开挖之后，为尽量缩短边坡土体的裸露时间，按图纸尺寸把上口线和下口线在实地做好测量记号及木桩标志，用石灰粉在实地划线，在边坡修整完后喷射基层混凝土，土钉墙固结达到设定强度后，然后进行下一层土体的开挖，支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的裸露边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护；
(3)清理边坡
基坑开挖后，采用铲锹将基坑的边壁进行切削清坡并挂线定位，以保证基坑边坡平整，有利于喷射混凝土面层的稳固，沿基坑的水平和竖直向预埋外罩滤网的PVC管，使PVC管包住滤网，并将外端伸出支护面层，边坡修整后喷射基层混凝土，以防止边坡土体长时间暴露在空气中，并根据边皮的牢固程度决定下一层土体开挖的时间，一方面不会破坏坡面的平整性，另一方面还可以增强混凝土面层与土体的粘聚力，保证其强度；
(4)旋喷桩施工(如图9至图10所示)
a、钻机就位，移动旋喷桩机46到指定位置，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳，就位后进行射水试验，检查喷嘴51和压力；
b、将钻头在预定桩位钻孔至设计标高，并测孔深，然后拔出钻杆，***旋喷管47，在插管过程中边下管边射水，防止泥沙堵塞喷嘴51；
c、旋喷管47下沉到设计深度后，停止钻进，接通高压水管、空压管，开启清水泵48、泥浆泵50和空压机49，继续旋转钻机，并用仪表控制压力、流量和风量，旋喷时，先送高压水，再送水泥浆液和压缩空气，当泥沙泵50压力增加到设计值，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时按设计和试桩确定的提升速度10cm/min提升钻杆，直至达到预期的加固高度后停止，喷射过程中，对需要扩大加固范围或提高强度的工程，采取复喷措施；
d、旋喷后的水泥浆形成固结体，当旋喷管47提升接近桩顶时，从桩顶以下2m开始，减小旋喷管47的提升旋喷速度为4cm/min，再向上提升0.5m，直至桩顶后停止注浆；
浆量计算采用体积法：
其中：Q——需要的喷浆量(m3)；
De——旋喷固结体直径(m)；
D0——旋喷管直径(m)；
K1——填充率，0.75～0.9；
h1——旋喷长度(m)；
K2——未旋喷范围土的填充率，0.5～0.75；
h2——未旋喷长度(m)。
e、向浆液罐中注入清水，开启高压水泵，清洗管路中残存的水泥浆，并将粘附在旋喷管头上的土清洗干净；
f、喷射注浆结束后，用水泥浆进行回灌补浆，再将旋喷桩机移位，进行下一根旋喷桩的施工；旋喷桩的施工质量标准如表2所示
表2 旋喷桩的施工质量标准
旋喷桩桩身强度计算容许承载力
[P]＝a[σ]A
其中，[P]——桩的容许承载力(kN)；
a——桩体材料的强度折减系数，a＝0.4～0.5；
[σ]——桩体材料时间的平均抗压强度(kPa)；
A——桩的横断面积。
(5)初喷混凝土
喷射混凝土前先对机械设备进行检查及试运转，清理受喷面，设计控制喷层厚度的标志；喷混凝土按分段分片依次进行，同一段内喷射顺序自下而上，段片之间，层与层之间做成45°角的斜面，以保证细石混凝土前后搭接牢固，并凝结成整体，喷射混凝土时，喷头与受喷面互相垂直，并保持1.2～1.6m的距离，控制水灰比，保持喷射混凝土表面平整，无干斑或滑移流淌现象，在钢筋部位，先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙，喷射混凝土终凝3小时后，浇水养护；
(6)成孔
a、土钉成孔前，按设计要求定出成孔位置进行测量画线，并作出标记和编号，遇障碍物需调整孔位，土钉成孔采用锚杆工程钻机，然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行凿孔，开孔时对准孔位钻进，达到设计深度且土层稳定时，加速钻进，钻进过程中随时检查钻头的磨损情况，防止成孔直径达不到设计要求，满足孔深允许偏差±27mm，孔径允许偏差±5mm，孔位允许偏差±75mm，成孔倾角偏差±3゜；
b、成孔过程中做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体特征及成孔质量，将取出的土体与初步设计时认定的进行对比，有偏差时反馈设计单位，进行参数修改；
c、钻孔后采用高压吹风装置(如图6至图8所示)进行清孔，把孔内渣土吹干净，对孔中出现的渗水塌孔和掉落松土进行处理，然后安设土钉钢筋并注浆；
吹风装置包括风箱24、吹风管25和转换接头26，转换接头26通过吹风管25固定连接风箱24，风箱24内设置有风轮29，风轮29的两侧分别设置有进气管30和出气管31，风箱24内设置有渣土收集槽32，渣土收集槽32可以将过滤后的渣土进行收集统一排出，防止渣土留在施工场地而影响工作环境，风轮29连接吹风管25，吹风管25靠近风轮29的一侧设置有三角过滤网片33，三角过滤网片33可以有效地对吸附的渣土进行过滤，防止渣土进入风轮29而影响风箱24的工作效率，转换接头26的顶面上设置有主吹风嘴27，主吹风嘴27内设置有主风嘴管34和主吸渣管35，主风嘴管34与主吸渣管35之间设置有分隔套管36，转换接头26的两侧分别设置有辅助构件28，辅助构件28包括辅助横梁37和辅助吹风嘴38，辅助横梁37内设置有吹风连接管41和吸渣连接管42，辅助吹风嘴38内设置有辅助风嘴管39和辅助吸渣管40，辅助风嘴管39与吹风连接管41相互垂直，辅助吸渣管40与吸渣连接管42相互垂直，辅助横梁37的一侧设置有螺纹柱43，辅助横梁37的另一侧设置有螺纹孔44，螺纹柱43与螺纹孔44相匹配，辅助横梁37上设置有阀门45，阀门45可以有效控制吹风连接管41和吸渣连接管42的闭合与打开，吹风装置可以快速地将孔内的渣土吹干净，方便土钉钢筋的安装和注浆，辅助构件28可以根据实际情况的需要进行删减或增加，实现多孔同时吹风的功能，提高了吹风装置的工作效率。
d、在土体含水量较大、杂填土较厚、松散砂层、软土层等易塌孔的土层，采用钢管1代替钢筋(如图2所示)，出浆孔3在钢管1长度方向上呈菱形布置，并在出浆孔3边焊接40mm长的钢筋2，防止打管时土粒堵塞出浆孔3，同时增加其抗拔力，然后利用空气压缩机带动冲击器(如图4所示)将加工好的钢管分段焊接，按设计角度打入土层；
冲击器包括冲击体7、前接头9和后接头8，冲击体7内设置有气缸10，气缸10内设置有活塞11，气缸10的上方设置有保持环20，保持环20与气缸10之间设置有配气座15，配气座15上套接有卡环16，卡环16与保持环20之间设置有垫圈19，垫圈19可以有效保护卡环16与保持环20，防止由于过大的压力而造成损坏，同时减小了摩擦，保持环20内设置有逆止阀17，后接头8固定连接在冲击体7的顶部，后接头8内设置有顶头18，顶头18抵住逆止阀17，前接头9固定连接在冲击体7的底部，前接头9内设置有导向管14，导向管14内设置有钎尾管13，钎尾管13的一端固定连接在活塞11上，钎尾管13的另一端设置有钎头12；提高了钢管打入土层的效率，同时便于控制钢管打入的深度，使钢管在土层中的深度符合设计的要求。
(7)***土钉钢筋
成孔后将土钉钢筋6***(如图3所示)，弯钩后固定，土钉钢筋6水平方向孔距误差小于50mm，竖直方向孔距误差小于100mm，土钉钢筋6采用螺纹钢，置入孔4中前，先设置定位支架5，保证钢筋处于钻孔的中心部位，定位支架5沿钉长的间距为3.5m，支架的构造不妨碍注浆时浆液的自由流动，将土钉钢筋6安放在孔内，每隔1.5m焊接一个居中支架；土钉钢筋的设计参数及规格长度如表3和表4所示：
| 序号 | 名称 | 设计参数 |
| 1 | 土钉墙放坡 | 1:0.5 |
| 2 | 土钉垂直间距 | 2m |
| 3 | 土钉水平间距 | 2m |
| 4 | 土钉倾角 | 8° |
| 5 | 土钉直径 | 80mm |
| 6 | 土钉水泥浆体强度 | 35MPa |
| 7 | 土钉水泥浆配比W/C | 0.6 |
表3 土钉钢筋设计参数
| 排数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 锚筋规格 | Φ24 | Φ24 | Φ24 | Φ24 | Φ24 |
| 锚筋长度(m) | 8.4 | 8.0 | 7.6 | 7.2 | 6.8 |
表4 土钉主筋规格及长度
土钉计算
1)土钉内部稳定性分析
土钉主筋的直径应满足下式要求：
其中：fy——土钉钢筋抗拉强度设计值，取300MPa；
db——土钉钢筋直径；
Ei——第I列单根土钉支撑范围内面层上的土压力
Ei＝qiSxSy
qi——第i列土钉上的面层土压力
qi＝mckrh
qi值确定：选用开挖深度H＝10m、8m、6m、4m计算
H——边坡垂直刚度；
h——土压力作用点至坡顶的距离，当h取实际值；当h取0.5H；
mc——工作条件系数，临时支护，mc＝1.10；
k——土压力系数，K0、Ka分别为静止土压力和主动土压力系数，其中：
K0＝1-sinΦ，
锚固长度确定
计算时，按垂直边坡计算非有效锚固长度l1。实际过程中，可根据边坡实际坡度确定l1长度，为简化计算，在0.25H以下部分，偏安全性的也按垂直部分计算l1长度。
H＝10m，非有效锚固长度土钉有效锚固长度应满足
Fi＝λdbleπ,Ei＝qiSxSy
其中：Fi——第i列单根土钉的有效锚固力；
Ei——第i列单根土钉支撑范围内面层上的土压力；
A——安全系数，取1.3；
λ——土层抗剪强度；
db——土钉直径；
le——有效锚固长度。
2)土钉外部稳定性分析
在原位土钉墙复合土体的自身稳定与黏结土整体作用的保证下，它的作用类似于重力式挡土墙，它承受其后部土体的推力和上部传来的载荷。
抗倾覆稳定性计算
以H＝10m计算，保证复合土体不绕墙趾0点倾覆，要求抗倾覆系数kt≥1.5
抗滑动稳定性计算
以H＝10m计算，在土压力作用下，复合土体有可能沿基础底滑动，因此要求是抗滑安全系数ks≥1.3
其中：Gx、Gn——挡土墙自重垂直于基底平面的分力；
Gt——挡土墙自重平行于基底平面的分力；
Eax、Ean——在垂直于基底平面方向的分力；
Eay、Eat——在平行于基底平面方向的分力；
Zx、Zy——在垂直、平行方向上的长度；
M——土对挡土墙基底的摩擦系数取0.3.
(8)注浆
a、注浆前将孔内残留杂物清除干净，用水或稀水泥浆润滑注浆泵及输送管；
b、土钉钢筋置入孔中后，用压力注浆，注浆采用由里向外注浆，先将一次注浆导管插至孔底300mm处，并在孔口设置止浆塞和排气孔，以低压注浆，注浆压力不低于0.5MPa，同时将导管以匀速缓慢撤出，导管的出浆口处于孔中浆体的表面以下，保证孔中气体能全部冒出，导管离孔口1m时改为高压注满，并保持10分钟，这样可以有效地避免混凝土因自重而产生裂纹和脱落，保证注浆质量；
c、然后采用钢管进行二次注浆，先将钢管固定在土钉钢筋上与土钉钢筋同时置入孔中，一次注浆结束一天后进行二次注浆，每次向孔内注浆时，先计算所需的浆体体积，并根据注浆泵的冲程数计算向孔内注入的浆体体积，确认实际注浆量的容积；
(9)铺设钢筋网(如图5所示)
用直径8～10mm盘条钢筋焊接成钢筋网23，钢筋网23用绑线固定好，网筋之间铜扎丝扎牢，土钉钢筋6端部通过锁定筋21与面层内的加强筋22及钢筋网23连接时，相互之间焊接牢固，并加设加强筋，使土钉钢筋6、钢筋网23和加强筋22形成一个整体，向基坑开挖水平外伸长度大于1.5m，且完成面高于基坑开挖面，在边坡坡面上，按设计方案要求铺设钢筋网，铺设时每边的搭接长度小于一个网格边长；
(10)复喷射混凝土
钢筋网验收合格后，进行第二次层面喷射，向边壁土层喷水润湿，喷射混凝土面层厚度为180～200mm，并用以固定钢筋网片的钢筋作为标志，喷射时加入速凝剂以提高混凝土的凝结速度，防止混凝土塌落，水平喷射时按成型速度分段进行，同一分段喷射自下而上进行，每行喷射采取水平叠压移动方式，喷第二行时，依顺序为第一行终点的上方开始喷射，先喷平凹面，再喷凸面，行间搭接长度为5～7cm，每段长度为6m，在土钉墙支护的复喷混凝土面层***基坑底部以下0.2～0.5m，在基坑顶部2.5m处喷射混凝土护顶，喷射混凝土终凝后4小时，采取连续喷水养护一周；
(11)锚杆施工
在基坑以下3m处设置一排锚杆，锚杆端头在砼面层上外加一根槽钢横梁，垫20mm厚的钢板，并用螺母锁定；
(12)土钉施加预应力
在土钉断头焊接螺栓端杆，面层砼达到设计强度后，加钢垫板用扭力扳手拧紧螺母对土钉施加设计拉力的预应力，预应力采用拉力控制，张拉荷载为150KN，锁定荷载为90KN，以提高土体的抗滑和防裂能力；
(13)制作底梁
人工挖底梁土方，然后浇筑混凝土，土钉墙钢筋网锚入底梁大于35cm，再进行施工质量检查。
本施工方法质量控制：
(1)技术员负责进行技术交底，按设计施工参数施工，整理技术资料及处理施工时发生变更的情况，及时与设计单位、建设单位联系；
(2)对土钉的安装、注浆、喷射混凝土、焊接、锚杆的制作、安装、预应力施工等关键工序实施工程技术人员跟班作业，确保质量符合设计要求；
(3)对基坑周围边界地下水位、表层及深层土***移进行同步检测，专人分析监测结果，在数据超过正常值时发出警报，实施应急措施，并立即会同设计单位、业主及监理公司进行现场研究解决；
(4)严格按设计要求比例配料搅拌均匀，喷混凝土时喷浆手要垂直层面喷，注意观察料的水量和回弹情况，及时调整喷浆水量和距离，抽取混凝土试块；
(5)施工中应对土钉位置，钻孔直径、深度及角度，***长度，注浆配比，注浆压力及注浆量喷锚墙面厚度及强度、抗拔承载力等进行检验；
(6)为保证支护结构的安全可靠及对相邻建筑物的影响，应对相邻建筑物和支护结构进行动态监测；
(7)施工监测过程应持续至整个基坑回填结束，支护退出工作为止，监测数据应及时处理，并及时通知有关单位，达到信息化施工的目的。
本施工方法安全措施：
(1)施工必须执行切实可行的安全技术措施，工程开工前，由项目经理对全体人员进行现场施工安全教育；
(2)进入施工现场应正确着装，严禁穿硬底易滑的鞋，高空作业应系好安全带，严禁违章作业或酒后作业；
(3)保证施工的正常用电，必须由专业电工进行维修保养，夜间施工应有足够照明；
(4)施工中严禁将水倒至修整的边坡上，而影响边坡的稳定；
(5)现场临时用电，严格按“三相五线制”、“三级配电”、“两级保护”、“一机一闸”进行设置；
(6)注浆前要检查泵的安全阀是否良好，进、排水其他各部螺丝是否拧紧；
(7)做好工人宿舍的防火工作，为此照明一律用安全电压，严禁私自乱接电线；
(8)在施工区及各重要设备上配灭火器，并定期检查。
本施工方法环保措施：
(1)混凝土运输车出场前清理下料斗，防止混凝土滴晒，洗车后方可离开；
(2)混凝土泵应设置封闭式隔音栅，及时进行监控，防止噪音对周围居民的影响；
(3)现场大门口设置洗车池，罐车在出场前要用水冲洗以保持道路的清洁，同时减少粉尘的污染；
(4)施工现场的场容管理，实施分块包干，责任区域挂牌示意，生活区管理规定挂牌昭示全体。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)施工准备
根据设计文件和设计图纸、施工合同及现场情况编写施工组织设计，然后准备好施工机具设备，并检查设备运转情况，对施工机具进行及时检测，接着对进场的材料、混凝土与水泥浆进行试配工作，最后设置沉降观测点，对周围的建筑物和构筑物进行沉降观测，并建立健全突发应急救援预案；
(2)开挖与放线修坡
依据设计文件的分层深度和分段距离，按作业顺序施工，对开挖的工作面用镐进行边坡修整，保证基坑下口与轴线之间的方向尺寸，按图纸尺寸把上口线和下口线在实地做好测量记号及木桩标志，用石灰粉在实地划线，当上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的80％后开挖下层土，在边坡修整完后喷射基层混凝土，土钉墙固结达到设定强度后，然后进行下一层土体的开挖；
(3)清理边坡
基坑开挖后，采用铲锹将基坑的边壁进行切削清坡并挂线定位，沿基坑的水平和竖直向预埋外罩滤网的PVC管，使PVC管包住滤网，并将外端伸出支护面层；
(4)旋喷桩施工
a、钻机就位，移动旋喷桩机到指定位置，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳，就位后进行射水试验，检查喷嘴和压力；
b、将钻头在预定桩位钻孔至设计标高，并测孔深，然后拔出钻杆，***旋喷管，在插管过程中边下管边射水；
c、旋喷管下沉到设计深度后，停止钻进，接通高压水管、空压管，开启清水泵、泥浆泵和空压机，继续旋转钻机，并用仪表控制压力、流量和风量，当泥沙泵压力增加到设计值，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时按设计和试桩确定的提升速度提升钻杆，直至达到预期的加固高度后停止；
d、当旋喷管提升接近桩顶时，从桩顶以下2m开始，减小旋喷管的提升旋喷速度，再向上提升0.5m，直至桩顶后停止注浆；
e、向浆液罐中注入清水，开启高压水泵，清洗管路中残存的水泥浆，并将粘附在旋喷管头上的土清洗干净；
f、喷射注浆结束后，用水泥浆进行回灌补浆，再将旋喷桩机移位，进行下一根旋喷桩的施工；
(5)初喷混凝土
喷射混凝土前先对机械设备进行检查及试运转，清理受喷面，设计控制喷层厚度的标志；喷混凝土按分段分片依次进行，同一段内喷射顺序自下而上，段片之间，层与层之间做成45°角的斜面，喷射混凝土时，喷头与受喷面互相垂直，并保持1.2～1.6m的距离，控制水灰比，在钢筋部位，先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，喷射混凝土终凝3小时后，浇水养护；
(6)成孔
a、土钉成孔前，按设计要求定出成孔位置进行测量画线，并作出标记和编号，然后按设计要求的孔长、孔的俯角和孔径进行凿孔，开孔时对准孔位钻进，达到设计深度且土层稳定时，加速钻进；
b、成孔过程中做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出的土体特征及成孔质量，将取出的土体与初步设计时认定的进行对比；
c、钻孔后采用吹风装置进行清孔，把孔内渣土吹干净，对孔中出现的渗水塌孔和掉落松土进行处理，然后安设土钉钢筋并注浆；
d、采用钢管代替钢筋，出浆孔在钢管长度方向上呈菱形布置，并在出浆孔边焊接40mm长的钢筋，然后利用空气压缩机带动冲击器将加工好的钢管分段焊接，按设计角度打入土层；
(7)***土钉钢筋
成孔后将土钉钢筋***，弯钩后固定，土钉钢筋采用螺纹钢，置入孔中前，先设置定位支架，定位支架沿钉长的间距为3.5m，将土钉钢筋安放在孔内，每隔1.5m焊接一个居中支架；
(8)注浆
a、注浆前将孔内残留杂物清除干净，用水或稀水泥浆润滑注浆泵及输送管；
b、土钉钢筋置入孔中后，用压力注浆，注浆采用由里向外注浆，先将一次注浆导管插至孔底300mm处，并在孔口设置止浆塞和排气孔，同时将导管撤出，导管的出浆口处于孔中浆体的表面以下；
c、然后采用钢管进行二次注浆，先将钢管固定在土钉钢筋上与土钉钢筋同时置入孔中，一次注浆结束一天后进行二次注浆，每次向孔内注浆时，先计算所需的浆体体积，并根据注浆泵的冲程数计算向孔内注入的浆体体积，确认实际注浆量的容积；
(9)铺设钢筋网
用直径8～10mm盘条钢筋焊接成钢筋网，钢筋网用绑线固定好，网筋之间铜扎丝扎牢，土钉钢筋端部通过锁定筋与面层内的加强筋及钢筋网连接时，相互之间焊接牢固，并加设加强筋，使土钉钢筋、钢筋网和加强筋形成一个整体，向基坑开挖水平外伸长度大于1.5m，且完成面高于基坑开挖面，在边坡坡面上，按设计方案要求铺设钢筋网，铺设时每边的搭接长度小于一个网格边长；
(10)复喷射混凝土
钢筋网验收合格后，进行第二次层面喷射，向边壁土层喷水润湿，喷射混凝土面层厚度为180～200mm，并用以固定钢筋网片的钢筋作为标志，水平喷射时按成型速度分段进行，同一分段喷射自下而上进行，每行喷射采取水平叠压移动方式，喷第二行时，依顺序为第一行终点的上方开始喷射，先喷平凹面，再喷凸面，行间搭接长度为5～7cm，每段长度为6m，在土钉墙支护的复喷混凝土面层***基坑底部以下0.2～0.5m，在基坑顶部2.5m处喷射混凝土护顶，喷射混凝土终凝后4小时，采取连续喷水养护一周；
(11)锚杆施工
在基坑以下3m处设置一排锚杆，锚杆端头在砼面层上外加一根槽钢横梁，垫20mm厚的钢板，并用螺母锁定；
(12)土钉施加预应力
在土钉断头焊接螺栓端杆，面层砼达到设计强度后，加钢垫板用扭力扳手拧紧螺母对土钉施加设计拉力的预应力，预应力采用拉力控制，张拉荷载为150KN，锁定荷载为90KN；
(13)制作底梁
人工挖底梁土方，然后浇筑混凝土，土钉墙钢筋网锚入底梁大于35cm，再进行施工质量检查。
2.根据权利要求1所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：步骤(6)过程d中的所述冲击器包括冲击体、前接头和后接头，所述冲击体内设置有气缸，所述气缸内设置有活塞，所述气缸的上方设置有保持环，所述保持环与所述气缸之间设置有配气座，所述配气座上套接有卡环，所述保持环内设置有逆止阀，所述后接头固定连接在所述冲击体的顶部，所述后接头内设置有顶头，所述顶头抵住所述逆止阀，所述前接头固定连接在所述冲击体的底部，所述前接头内设置有导向管，所述导向管内设置有钎尾管，所述钎尾管的一端固定连接在所述活塞上，所述钎尾管的另一端设置有钎头。
3.根据权利要求2所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：所述卡环与所述保持环之间设置有垫圈。
4.根据权利要求1所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：步骤6)过程c中的所述吹风装置包括风箱、吹风管和转换接头，所述转换接头通过所述吹风管固定连接所述风箱，所述风箱内设置有风轮，所述风轮的两侧分别设置有进气管和出气管，所述风轮连接所述吹风管，所述转换接头的顶面上设置有主吹风嘴，所述主吹风嘴内设置有主风嘴管和主吸渣管，所述主风嘴管与所述主吸渣管之间设置有分隔套管，所述转换接头的两侧分别设置有辅助构件，所述辅助构件包括辅助横梁和辅助吹风嘴，所述辅助横梁内设置有吹风连接管和吸渣连接管，所述辅助吹风嘴内设置有辅助风嘴管和辅助吸渣管，所述辅助风嘴管与所述吹风连接管相互垂直，所述辅助吸渣管与所述吸渣连接管相互垂直，所述辅助横梁的一侧设置有螺纹柱，所述辅助横梁的另一侧设置有螺纹孔，所述螺纹柱与所述螺纹孔相匹配。
5.根据权利要求4所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：所述吹风管靠近风轮的一侧设置有三角过滤网片。
6.根据权利要求4所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：所述风箱内设置有渣土收集槽。
7.根据权利要求4所述的一种深基坑建筑旋喷桩复合土钉墙支护施工方法，其特征在于：所述辅助横梁上设置有阀门。
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