住宅小区地下车库土钉墙围护结构的应用技巧.doc

住宅小区地下车库土钉墙围护结构的应用技巧
1 土钉墙的特性
住宅小区地下车库的基础埋深一般为4~ 5m，其基坑围护形式有水泥土搅拌桩重力式挡墙、土钉墙加井点降水、水泥土搅拌桩加土钉墙、土钉墙加放坡、钢筋混凝土预制板桩、钢板桩等多种，其中土钉墙或复合土钉墙技术因材料用量少、施工速度快、安全可靠、造价低等优点得到了广泛应用，并成为上海软土地基的主要基坑围护方式。
土钉墙的加固机理是：由较小间距的加筋来加强土体，形成一个原位复合的重力式结构，以提高整个原位土体的强度和限制其位移，并结合钢丝网喷射混凝土和岩石锚杆的特点对边坡提供柔性支护。土钉墙可分为钻孔注浆型、打入型和射入型土钉墙3类，其中钻孑L注浆型土钉墙应用最多，它能构成一个具有自撑能力且能够支挡其后来加固体的加筋域。由于土钉墙施工为顺作法分层开挖，开挖成型后能及时设置土钉和面层结构，使面层与挖方坡面紧密结合，土钉与周围土体牢固粘合，故对土坡的扰动较小，该法可适应开挖过程中因土质条件发生局部变化的状况。
土钉墙适用于地下水位低于土坡开挖段、或经过降水使地下水位低于开挖层的情况，也适用于有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉性土、黄土类土及弱粘结的砂土边坡。根据有关规定，采用土钉墙围护的基坑工程开挖深度不得大于5m，必须设置可靠的止水帷幕，因此在上海地区，与有效的降水方案相结合一般都能安全适用，在深基坑项目的台阶型复合围护方案中也可作为浅层围护的首选，如新立达广场工程即选用了土钉墙+围护灌注桩+深层搅拌桩+深井降水的围护方案，取得了成功。
2不同周边环境条件下土钉墙的设计与选用
《建筑基坑支护技术规程》对土钉墙设计及构造有如下要求：墙面坡度不宜大于1:0.1、土钉长度宜为开挖深度的0.5~1.2倍、间距宜为l~ 2m，与水平面夹角宜为Sa。200、注浆材料强度等级不宜低于Ml0、喷射混凝土面层强度不宜低于C20等。2.1 基坑一侧临近道路或有地下管线选用围护方案的首要前提就是避免因基坑开挖引起道路与地下管线产生超出允许偏差范围的侧向位移和沉降，造成路面开裂、管线与管道断裂等，因此宜采用水泥土搅拌桩+土钉墙支护+轻型井点降水。
复合土钉墙主要是利用水泥土搅拌桩帷幕形成超前支护，解决土的自立性、隔水性，以水平向压密注浆及二次注浆解决土钉抗拔力，基坑开挖后能在临时无撑条件下达到自立稳定。因土钉施工不得超越规划红线以及不得打入地下管线范围，因此第1道土钉宜用洛阳铲成孔，同时适当加大注浆量，以减小注浆时对地下管线周边土体的扰动，达到保护管线的作用。
另外，对并点降水的有效影响范围也应充分考虑，欠固结土层在降水情况下易引起沉降，必须对此进行管线与道路的变形观测。近距离有老式多层住宅楼的也需特别注意，因旧式6层住宅一般不施打预制桩（沉降控制复合桩基），沉降值相对较大，近距离的井点降水容易引起建筑物不均匀沉降，产生楼板开裂（与采用预制板也有一定关系）、墙面开裂等现象。如有车道出口处紧挨已有建筑物的情况，可考虑采用劈裂注浆加土钉墙对坡道进行加固来取代井点降水，这样可最大限度地保护周边建筑。
2.2基坑一侧或多侧为空置场地，具备放坡开挖条件
宜采用土钉墙+放坡+轻型井点降水，放坡开挖面以素混凝土加钢筋网片护坡即可，放坡有利于开挖和边坡的稳定性，而为了提高安全度和保证坡体的整体效应，下级坡可击人土钉以对土体潜在滑动面进行加固。该法经济合理地利用了地理环境。
2.3基坑平面为长方形或多个长方形构成，嵌于周边同期建造的住宅楼间
在目前上海住宅小区的地下车库中，这种类型的基坑最为普遍。从考虑基坑施工安全与控制住宅楼侧向位移角度来选择施工程序，一种是先进行车库开挖与结构施工，然后再进行住宅楼施工；另一种是待住宅楼结构封顶后再开挖车库。房产商为配合商品房销售，经常要求在预售期间完成车库顶板上的景观样板段施工，因此，地下车库往往与周边住宅楼同时动土开挖。在这种情况下，土钉墙结合轻型井点降水围护方案更能发挥作用，但需考虑如下几点：
2. 3.1 多层住宅基础埋深与高层地下室有效埋深
一般为2.0～3. Sm，因此可在基坑开挖时将车库与住宅楼基坑之间基础垫层底标高以上的土体先行卸载，使土钉墙压顶标高降至与住宅楼基坑底标高相等，这样可有效减少实际土钉墙施工面积约25%～30%。
2.3.2根据拟订的施工进度，测算车库施工过程中因住宅楼施工形成的地面超载（含结构自重、脚手架荷载等）。可根据启明星软件中的基坑开挖基本数据输入、临近荷载输入、土层参数输入等3项，结合工况进行验算。
2.3.3根据车库基坑与住宅楼基坑的高差，以结构施工进度为依据，对住宅侧向位移进行验算，并在施工过程中进行监测，避免出现侧向位移超出允许偏差值的情况。此种情况在高差大、距离近、施工进度快的情况下容易发生，严重的甚至出现桩基整体偏移。
2.3.4考虑到多层住宅一般采用沉降控制复合桩，施工初期竖向承载力70%一85%靠土体来承担，井点降水容易引起多层基础下卧土层的不均匀沉降，因此应减缓砖混结构的施工速度，一般可控制在15 N16日／层（为控制楼板裂缝，需不上荷载养护48h，正常情况下约11~12日／层）。
2.3.5多层住宅楼基础施工完毕后，临近车库一侧暂不回土，外脚手架直接从基坑底面开始搭设，待车库回填土时也应保持架子两侧土体等高，避免脚手架承受侧向荷载而影响稳定，对高层住宅则建议采用挑脚手架。
2.3.6土钉布置应参照住宅楼桩位图进行，尽可能从桩间穿越，避免破坏桩体。
3工程实例
3.1工程概况某工程基坑平面尺寸为180m(南、北)×26m（东、西），自然地面绝对标高平均为+4. 80m，垫层底绝对标高为±0. OOm，基坑开挖深度为4.8m，水泵房区域最大开挖深度6. 3m。基坑南侧临近道路有电话电缆、煤气管道，煤气管道距离基坑最近7m、埋深2m；基坑东侧有电话电缆、电力电缆，电力电缆距离基坑最近6. 2m、埋深1.5m。基坑北侧为同时开发的2幢14层住宅和l幢6+1多层住宅，相距3—5.5m．因售楼进度要求，住宅建设与车库施工同步进行，西侧为材料堆场。
3.2设计计算假定
为控制基坑位移，南侧及东侧采取单排双头水泥土搅拌桩加土钉墙围护，分别设4、6道土钉。考虑开挖过程中坑内水位随挖土进程下降而坑外水位不变的实际过程，取主动土压力，分别按各层土的C、ρ值计算，坑边地面荷载按20kN/㎡计算。因坑内设置轻型井点降水，搅拌桩长度通过抗渗计算确定为9m。
考虑到北侧住宅楼同步开挖，仅保留基坑高差段施工3道土钉，地面超载取40kN/m2。西侧设4道土钉，荷载按20kN/m2计算。
3.3土钉墙施工工艺
3. 3.1 土钉参数土钉采用直径8×3.5钢管，水平倾角80~120，长度分别为8m和12m，水平间距Im，采用梅花型布置。
3.3.2喷射混凝土及配筋 喷射混凝土设计强度C20，厚度lOcm，混凝土配合比为水泥：砂：石=l：2：2，喷射混凝土中水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，添加5 010速凝剂。钢筋网规格为φ6. 5@ 200双向，联系筋为φ10。
3.3.3土钉注浆全程注浆，采用水灰比0.5的纯水泥浆液。注浆压力0.2—0. 6MPa，注浆量不小于40L/m。
3.3.4基坑施工期间监测对土钉墙、地下管线及邻近建筑物的水平位移及沉降、地下水位等委托专业单位进行监测。
3.3.5基坑稳定性验算 经对土钉长度和截面初步验算、土钉墙稳定验算、抗滑移与抗倾覆验算、外部整体稳定验算、墙底抗隆起验算与抗管涌验算，以
上初步设计均符合要求。
3.3.6采用本方案的实施结果 无论是施工进度、施工费用，还是对管线和建筑物的保护，均达到设计要求，获得了良好效果。
4结语
土钉墙非常适用于埋深在4~ Sm的地下车库基础围护结构。建设方所需要的就是这种在不影响安全和施工进度前提下最大限度地节约资金，尤其是作为临时支护的围护结构。目前上海市场土钉墙费用为330一380元/㎡，压顶为80—120元㎡，轻型井点降水为180—220元／套日（均不含水电费）的价格优势，也使土钉墙技术大有用武之地。(收稿日期：2004 - 05 -10)