毕业论文土钉墙技术在地基基坑围护中的应用.doc

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1、普通高职毕业论文 题目 土钉墙技术在地基基坑围护中的应用学生姓名 学 号 20066 专业班级 2006级建筑工程技术 系院名称 建筑与艺术设计系 指导教师 二九年五月二十九日目 录 一、引言1二、土钉墙的作用原理1三、土钉墙的特点1四、土钉墙的应用领域2五、土钉墙适用的土层2六、工程概述2七、基坑围护方案3八、基坑围护施工3九、基坑监测4十、结 语4致 谢5参考资料5土钉墙技术在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

2、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，施工监测一、引言土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙

3、以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ12099 正式定名为土钉墙。二、土钉墙的作用原理土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超载时将会发生突发性的整体破坏。一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。土

4、钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。因此通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合土体。不仅有效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。 三、土钉墙的特点 土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点： （1） 形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的

5、能力。 （2） 施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加予应力所以设备简单。 （3） 随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。 （4） 施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。 （5） 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。 （6） 施工噪音、振动小，不影响环境。 （7） 土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。四、土钉墙的应用领域 土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，当应用于永久性构筑物时，宜增加喷射砼面层的厚度并适当考虑其美观，目前土钉墙的应用领域主要有： （1） 托换基础 （2） 基坑支挡或

6、竖井 （3） 斜坡面的挡土墙 （4） 斜坡面的稳定 （5） 与锚杆挡墙结合作斜面的防护五、土钉墙适用的土层钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为12米，在施工土钉杆、面层喷射砼期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定，因此主要适用于： （1） 有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。 （2） 适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。 （3） 对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般不经济。 （4） 对于朔性指数Ip20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。 （5） 对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。 （

7、6） 不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想，因此也不宜采用。 （7） 土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构。 六、工程概述 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

8、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。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1000mm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，

9、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。七、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10-510-8cm/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

10、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48*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。八、基坑围护施工复合土

11、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；（3）注浆：钻头钻至设计标高后，将钻杆上部（钻杆为50无缝钢管）与注浆泵连接，从底部开始注浆，通过液压注浆泵将水泥浆液注入土中；钻头呈花管形式，顶端封闭，四周开直径8mm注浆小孔。每层注浆完成后，将钻杆提升0.3m，边拔边注，直至注到孔口，拔出钻头，封孔候凝；（4）养护：养护时间为28天，待注浆结束28天后，方可进行土钉墙施工工作。开挖前，采用静力触探法检测注浆加固体的抗压强度。 2、土钉墙施工（1）

12、放线：根据设计图纸，确定基坑开挖边线，用木桩和白灰作出开挖线标记；（2）土方开挖：分三次开挖，第一次至-1.8m，第二次至-2.8m，第三次至-3.8m。边开挖边支护，分层开挖，分层支护，挖完亦支护完。土方开挖必须和支护施工密切配合，前一层土钉完成注浆1天以上方可进行下一层边坡面的开挖。开挖时铲头不得撞击网壁和钉头，开挖进程和土钉墙施工形成循环作业；（3）修坡：要求坡面修理平整，确保喷射砼质量；（4）土钉制作、成孔：土钉按照设计方案制作，钢管四周开注浆小孔，小孔直径8mm，小孔在钢管上呈螺旋状布置，小孔间距50mm，钢管口部1m范围不设注浆孔，钢管末端封闭。土钉位置、间距及角度根据设计图纸要求

13、，用空压机带动冲击器将加工好的土钉分段焊接打入土中；（5）编制钢筋网：将6.5钢筋拉直，钢筋网片按照设计之间距绑扎。土钉成孔后，端部用16螺纹联系筋、井字加强筋焊接压在钢筋网上，使钢筋网片、土钉连成整体。土钉与加强筋、联系筋之间均焊接联接，焊缝长度符合规范要求。钢筋网编扎接长度及相临搭接接头错开长度符合规范要求，在不能满足规范要求的，必须用电焊焊接牢固。（6）喷射砼：在土方开挖、修坡之后，钢筋网编焊完成后，进行混凝土喷射，一次喷射总厚度100mm，石子粒径510mm，最大粒径12mm，专用喷射混凝土速凝剂掺入量不小于5。喷射砼在每一层、每一段之间的施工搭接之前，将搭接处泥土等杂质清除，确保喷射

14、砼搭接良好，保证喷射砼质量，不发生渗漏水现象。（7）土钉注浆：在面层喷射砼达到一定强度时才能注浆。对于土钉注浆，注浆前将注浆管插入土钉底部，从土钉底部注浆，边注浆边拔注浆管，再到口部压力灌浆。水泥浆按照设计拌制，搅拌充分，并用细筛网过滤，然后通过挤压泵注浆。土钉注浆通过两方面控制，一是注浆压力控制在0.1Mpa，二是单管注浆量控制在80L左右。为防止土钉端部发生渗水现象，在土钉成孔之后，喷射砼施工之前，将土钉周围用粘土及水泥袋填塞捣实，喷射砼时先将土头喷射填塞密实，注浆饱满，即可避免出现土钉头渗水现象。九、基坑监测 信息化施工是基坑支护新技术土钉墙支护技术的一个特点，为了确保基坑安全，不影响周

15、围建筑物，要求随时掌握开挖及支护施工整个过程中边坡的动态变化，因此必须在支护施工过程中实施信息化施工。并把获得的信息通过修改设计反馈到施工工作中去，以指导施工。本基坑按三级基坑要求，测量内容以位移和沉降为主，数据如下： (1) 基坑边坡的监测：沿基坑周边布置水平位移观测点和沉降观测点，每隔2米布置1点。最大水平位移值仅为3.5mm，最大沉降值为7.2mm。位移及沉降量在土钉墙施工完成4天便趋于稳定。 (2) 沉淀池及滤池监测：沿沉淀池、滤池池壁上口每隔2米布置1沉降观测点，池壁临坑面每隔5米布置1位移观测点。最大沉降值为2.8mm，无位移量。 (3) 开挖前，注浆加固体经静力触探法测得其平均抗

16、压强度为1.78Mpa，证明分层压密注浆对砂垫层的加固是成功的，加固后的水泥砂浆块体强度达到了设计预测的1Mpa的强度。十、结 语(1) 针对不同的工况和地质条件，选择合适的基坑支护形式，是基坑支护设计的原则。基坑支护的本质要点就是止水挡土以供坑内安全施工，无论是重力式挡墙或非重力式挡墙均是如此，只不过采用的计算方法和施工工艺各有不同。 (2) 分层压密注浆成功的解决了砂垫层中砂的加固问题，使砂与双液浆液凝结固化为砂浆块体，即保证了地基的强度，又形成为较密实的止水帷幕。 (3) 土钉墙成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题。其施工周期短，与挖土同时进行，很少占独立工期。挖土与土钉支护都分层分块施

17、工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，边坡位移和变形及时得到约束限制。 (4) 可以看到，由分层压密注浆和土钉墙结合应用的新型复合型土钉支护在此工程中的位移变形较小，为坑内施工提供了安全的保障，是一种成功的基坑围护体系。 (5) 该支护体系成本低，仅为水泥土搅拌桩土钉墙造价的75%，值得在其他中浅基坑围护中推广应用。致 谢本论文自开题以来，到目前为止已经过了三个多月的时间了，在整个过程中，有许多人给了我启发和帮助，在毕业论文完成之际，我要再次表达我对他们最诚挚的感谢。本论文是在我的指导老师韩龙老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作

18、作风，深深地感染和激励着我。从论文题目的选择到论文的最终完成，韩老师始终给予我细心地指导和不懈的支持。韩老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我无微不至的关怀，在此谨向韩老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢陪我一起度过大学生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难，顺利完成本论文。从开始进入论文的准备到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我帮助，在这里请接受我诚挚的敬意！参考资料（1）仇保兴，岩土加固实用技术,北京：地震出版社1985年（2）刘祥顺，张巨松等，岩土工程治理手册,大连：辽宁科学技术出版社 1989年（3）王克军，吕梁东，工程地质手册（第三版）,北京,建筑工业出版社2001年 （4）孔祥东，建筑基坑支护技术规程JGJ12099,北京:建筑工业出版社1999 年（5）沈清，梁军，深基坑工程设计施工手册, 北京：建筑工业出版社1999年