CN101122132B - 可拆卸复合材料面板土钉支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于建筑辅助工程技术领域的一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系。土钉固定在墙基坑壁上，可拆卸复合材料面板由可拆卸锚具和土钉固定在墙基坑壁上，并由板间防水装置连接组成。服务期限结束后将复合材料面板可以拆卸下来，为下一工程继续服务。可拆卸复合材料面板选用树脂基纤维复合材料，主要利用其具有质量轻比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的特点。与传统的土钉墙施工相比，可拆卸复合材料面板支护体系的施工速度快捷，节约时间：可拆卸复合材料面板土钉支护体系在控制基坑塑性区分布和基坑变形优于传统的土钉墙，安全性好。

Description

可拆卸复合材料面板土钉支护体系及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑辅助工程技术领域，特别涉及一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系。

背景技术

现有的土钉墙基坑支护技术应用很广，主要用于河道、道路两旁斜坡、建筑墙基坑壁防止滑坡倒塌的固定技术，各种结构各不相同。如谭跃虎在中国专利CN1380472、CN2542724中公开了一种基坑支护用复合土钉支护施工的方法及支护施工用土钉，在止水帷幕上制作多排自钻式土钉支护，该自钻式土钉支护的制作采取先在止水帷幕上引孔，然后将土钉穿过引孔并将其钻入土层，在土钉钻入土层后从土钉内孔注浆，此后，在止水帷幕上设置钢筋网，最后喷射混凝土，安装垫板和螺母。本发明还公开了一种支护施工用土钉，包括杆体，在杆体内设有轴向孔，在杆体的头部设有钻头，在杆体的前部设有径向孔，该径向孔与轴向孔相通，在杆体的尾部设有螺纹。徐铭龙在CN1403660中公开了一种软土基坑的复合土钉临时支护墙结构，在基坑边坡中插有多根灌注水泥砂浆的圆管土钉，圆管土钉的表面设有出浆孔构成锚杆，设在基坑边坡表面混凝土层中的钢筋网则和露出的圆管土钉端部固定连接，圆管土钉采用贯通了各节的毛竹，在毛竹表面同样设有出浆孔。采用毛竹作为圆管土钉，基坑边坡的位移和沉降稳定，支护可靠，临时支护作用时间远远长于基坑施工时间，可保证施工安全进行。毛竹是每年生植物，成本低，取材方便，节约钢材，保护矿产资源，符合环保要求。曾宪明在CN2635734中公开了一种支护结构。提出的软土边坡土钉支护结构包括一组位于土层中的土钉、钢筋网，具有一排竖直设置、上部带有注浆孔的锚管，钢筋网位于锚管外部，土钉与锚管和钢筋网钢性连接固定，钢筋网外部具有一层喷砼面层。本实用新型的支护结构与被支护土体形成一个整体，提高了边坡的稳定性，同时可防止底板隆起和坡脚失稳。由于锚管为连续性构件，竖直一次支护完成，提高了施工效率，有很高的推广应用价值。

现有的土钉墙基坑支护是由土钉、钢筋混凝土面层组成，属永久性建筑附属部分，但在支护体系服务期过后，这些土钉、面层将失去作用，成为地下障碍，给周围的土建施工带来不便；同时，这是一种经济损失和资源的浪费，不符合资源可持续发展的要求；另外土钉墙支护没有充分利用土体的自承能力，造成没有必要的浪费(如图6所示中部的土拱效应，将作用力分解，因而具有一定的自承能力的作用)。目前高层建筑的迅速发展，深基坑工程越来越多，在这个方面的费用越来越多，每年的花销将达到十几个亿。因此，需要一种更经济、实用、方便的支护体系解决现有土钉墙基坑支护体系存在的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有土钉墙存在的弊病，在传统土钉墙基坑支护技术基础之上提出一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系。

可拆卸复合材料面板土钉支护体系是土钉固定在墙基坑壁上，以树脂基纤维复合材料作可拆卸复合材料面板、在面板之间部分铺上稀疏的细铁丝网，以把喷上的混凝土连接起来形成板间防水装置，并由螺母和垫片作可拆卸锚具和土钉固定在墙基坑壁上，服务期限结束后将复合材料面板拆卸下来，为下一工程继续服务。

所述可拆卸复合材料面板选用树脂基纤维复合材料，主要利用其具有质量轻比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的特点。

所述树脂基纤维复合材料为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料，金属丝纤维复合材料或植物纤维复合材料。

所述复合材料面板的布置和尺寸：在可拆卸复合材料面板土钉支护体系中，面板并非满布基坑整个侧壁，面板支护的面积也就是相当于基坑支护面积的1/4大小，所述复合材料面板之间的土体稳定性是靠面板间土体的土拱效应来维护的。

所述土钉露出墙基坑壁部份带有螺纹。

所述板间防水装置为在面板之间的部分土体面上铺上稀疏的细铁丝网以把喷上的混凝土连接起来。

所述可拆卸复合材料面板土钉支护体系施工方法，该方法的工艺流程按钢筋土钉的制作、土体开挖、土钉施工、修坡、挂网、喷射混凝土制作防水装置、安装面板、上螺母进行下一步的开挖支护工作，具体施工操作如下：

1)钢筋土钉的制作，截取调直钢筋，用扣丝机对所选用钢筋进行现场扣丝，将钢筋除锈、除油；每隔2m设置一个对中支架；将注浆管捆扎在土钉上在距孔口50～70cm处，设置一止浆袋；然后配上相应的螺母和垫片；

2)开挖修坡，土体开挖，基坑边坡放坡角度最好和土钉倾角之和为90°，即使面板和土钉垂直；分层分段开挖修坡，坡面平整，每段开挖深度须为0.8～2.5m，基坑一次开挖长度控制在20m以内；

3)土钉施工，推送土钉前先沿坡面垂直方向钻孔，将士钉推送入孔内至设计位置；

4)注浆，对朝下倾斜的孔，可采用孔底注浆法。注浆管随着注浆慢慢拔出端头始终在注浆液内；或采用二次压力注浆，注浆压力应控制在0.6～1.5MPa；注浆应连续进行，并要饱满；随着浆液慢慢渗入土层中，孔口会出现缺浆现象，应及时补浆；

5)土体挂网制作防水装置、安装面板，用细钢丝将钢丝网片固定在离坡面1cm处的土钉上，在土钉挂完网以后，应立即安装面板，面板的安设要尽量和土钉垂直以防止面板局部应力集中，安装好面板以后，加上材料同复合材料面板的垫板，拧上螺母，刚开始螺母拧力不要太大，等过三天后上劲拧至不动为止；

6)喷射混凝土面层施工；

7)进行下一步的开挖支护工作。

所述复合材料面板厚度20～30mm。

所述垫片材料与复合材料面板同，大小为250mm×250mm×20mm。

本发明的有益效果是可拆卸复合材料面板土钉支护体系施工快捷方便，土方开挖后，进行土钉施工和修坡同时作业，然后铺上网片，盖上复合材料面板，拧上螺母，过上两天等土钉强度上来后，再给螺母加力，这一点是传统土钉墙无法做到的。而传统的土钉墙施工，先是挖土、修坡、打孔、焊接钢筋网片、焊接横竖拉筋，再与土钉焊接，施工比较麻烦。相比之下，可拆卸复合材料面板支护体系的施工速度快捷，节约时间：可拆卸复合材料面板土钉支护体系在控制基坑塑性区分布和基坑变形优于传统的土钉墙，安全性好。

我们在实际工程中对可拆卸复合材料面板支护体系进行了验证，效果良好。

用可拆卸复合材料面板支护体系支护的基坑宽度为4m宽，高度为10.35m。基坑在整个开挖过程中保持稳定。从图中可以看出可拆卸复合材料面板支护体系面层厚度明显比土钉墙支护面层要薄，但支护的效果是一样的。

附图说明

图1为可拆卸复合材料面板土钉支护布置图。

图2为图1的A-A截面图。

图3为图1、图2中可拆卸复合材料面板和土钉固定结构示意图。

图4为可拆卸复合材料面板土钉支护施工流程图。

图5为实际工程中施工效果图。

图6为土钉之间的土拱效应原理示意图。

图7土钉结构示意图。

具体实施方式

本发明是针对现有土钉墙存在的弊病，在传统土钉墙基坑支护技术基础之上提出一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系，下面结合附图予以说明。

在图1、图2、图3所示可拆卸复合材料面板土钉支护体系结构图中，土钉3固定在墙基坑壁6上，可拆卸复合材料面板1由包括螺母2和垫片4组成可拆卸锚具固定在板间防水装置5面上。在土钉3的露出墙基坑壁部份带有螺纹7。服务期限结束后将复合材料面板1、螺母2和垫片4可以拆卸下来，为下一工程继续服务。

图4为可拆卸复合材料面板土钉支护施工流程图。

可拆卸复合材料面板土钉支护体系是由可拆卸复合材料面板、可拆卸锚具、土钉和防水系统组成。在面板之间部分可铺上稀疏的细铁丝网，以把喷上的混凝土连接起来，喷射混凝土。

可拆卸复合材料面板支护体系的设计：

可拆卸复合材料面板土钉墙的设计主要考虑以下几个方面的内容：复合材料面板大小及强度的设计、支护水平间距的设计、支护垂直间距的设计、土钉轴力及土钉长度的设计，面板间防水系统的设计。

1.复合材料面板的设计：

●复合材料面板的设计很关键，面板的大小直接影响土拱的参数(如图6所示)，尺寸过大可能造成材料的浪费，过小可能造成板间土拱不稳定，影响板间土体的稳定性。复合材料面板的强度也是一个关键，强度过低可能被剪断，强度过高也可能造成一种浪费。为了控制板体的变形，弯曲模量要求大，模量过小，会造成板体在土压力作用下挠度过大影响土拱的稳定性；我们选用的树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，在这里用于承力结构是充分利用了它的这些优良的力学性能。

●复合材料面板的布置和尺寸：可拆卸复合材料面板土钉支护体系中，面板并非满布基坑整个侧壁，面板支护的面积也就是相当于基坑支护面积的1/4大小，面板厚度20～30mm，面板之间的土体稳定性是靠面板间土体的土拱效应来维护的。

2.可拆卸复合材料面板支护体系施工方法的具体施工操作如下：

1)钢筋土钉的制作

这种工法的土钉不需要把土钉端头进行弯勾，他是用扣丝机对所选用钢筋进行现场扣螺纹7，然后配上相应的螺母2和垫片4；见图3和图7。要求如下：

(1)按有关标准和设计要求检查制作土钉的钢筋有无缺陷；

(2)调直钢筋，按设计要求截取长度；

(3)将钢筋除锈、除油；

(4)在土钉3上每隔2m设置一个对中支架9；

(5)在土钉3端头做成螺纹7，然后用胶管8套住以防损坏，配以相应的螺母2。

(6)将注浆管10捆扎在土钉3上，注浆管端头距土钉端头约20cm；

(7)在距孔口50～70cm处，设置一止浆袋11；

(8)土钉制作完成后，应编号、登记并在土钉上做好标记，以备安装。

 2)开挖修坡

(1)土体开挖到土钉设计高度往下至少50cm高，由于完成土钉后要进行挂网上面板，面板高度为750mm，在土钉往下375mm，要留出面板的足够空间。注意板后土体要修平，以保证面板和土体充分接触。

(2)基坑边坡放坡角度最好和土钉倾角之和为90°，当放坡角度较大时可以适当调整土钉的角度，或者面板的角度，尽量让面板和土钉垂直。

(3)分层分段开挖修坡，每段开挖时开挖深度须符合设计要求，一般约为0.8～2.5m，严禁超挖；

(4)采用挖掘机挖土时，留下距基坑设计边线一定厚度的土层，利用人工开挖并修坡。坡角大小和坡面平整度应达到设计要求；

(5)基坑一次开挖长度，应视边坡允许变形范围、自稳时间和施工流程相互衔接情况而定。地质条件好，含水量少，施工速度快，长度可大些，反之要小些。通常控制在20m以内。

3)土钉施工

(1)推送土钉前，应对钻孔进行检查，若发现有碎土、石、杂物及泥浆应立即清除；

(2)沿钻孔轴线，将士钉推送入孔内至设计位置；推送过程中.切勿转动土钉，以防止破坏孔壁，并防止土钉插入孔壁土体中；

(3)应使土钉位于钻孔的轴线上；

(4)推送完毕后，随即检查孔中是否有碎土堵孔，若有，应立即处理，必要时应将士钉拔出，清除碎土后，重新将土钉推人孔内。

4)注浆

(1)对朝下倾斜的孔，可采用孔底注浆法。注浆管随着注浆慢慢拔出端头始终在注浆液内；

(2)二次压力注浆，注浆压力应控制在0.6～1.5MPa；

(3)为增加浆液的和易性和水泥浆的早期强度，可在浆液中掺入适量的减水剂和早强剂；

(4)为防止注入的水泥浆凝固收缩，可在浆液中掺人适量膨胀剂；

(5)注浆应连续进行，并要饱满。随着浆液慢慢渗入土层中，孔口会出现缺浆现象，应及时补浆；

5)土体挂网、安装面板

(1)钢丝网片用细钢丝与土钉固定在离坡面1cm处，以使钢丝网片据于混凝土中间。

(2)在土钉挂完网以后，应立即安装面板，面板的安设要尽量和土钉垂直，以防止面板局部应力集中。

(3)安装好面板以后，加上垫板(材料同复合材料面板，250*250*20)，拧上螺母，刚开始螺母拧力不要太大，等过三天后上劲拧至拧不动为止。

6)下一步的土钉支护工作。

我们在实际工程中对可拆卸复合材料面板支护体系进行了验证，效果良好。用可拆卸复合材料面板支护体系支护的基坑宽度为4m宽，高度为10.35m。基坑在整个开挖过程中保持稳定。从图5中可以看出可拆卸复合材料面板支护体系面层厚度明显比土钉墙支护面层要薄，但支护的效果是一样的。

Claims (6)

1.一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系，其特征在于，可拆卸复合材料面板土钉支护体系是土钉固定在墙基坑壁上，以树脂基纤维复合材料作可拆卸复合材料面板、在面板之间部分铺上稀疏的细铁丝网，以把喷上的混凝土连接起来形成板间防水装置，并由螺母和垫片作可拆卸锚具和土钉固定在墙基坑壁上；服务期限结束后将复合材料面板拆卸下来，为下一工程继续服务。

2.根据权利要求1所述可拆卸复合材料面板土钉支护体系，其特征在于，所述树脂基纤维复合材料为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料，金属丝纤维复合材料或植物纤维复合材料。

3.根据权利要求1所述可拆卸复合材料面板土钉支护体系，其特征在于，所述复合材料面板的布置和尺寸：在可拆卸复合材料面板土钉支护体系中，面板并非满布基坑整个侧壁，面板支护的面积相当于基坑支护面积的1/4大小，复合材料面板厚度为20～30mm；所述复合材料面板之间的土体稳定性是靠面板间土体的土拱效应来维护的。

4.根据权利要求1所述可拆卸复合材料面板土钉支护体系，其特征在于，所述土钉露出墙基坑壁部份带有螺纹。

5.一种可拆卸复合材料面板土钉支护体系施工方法，其特征在于，该方法的工艺流程按钢筋土钉的制作、土体开挖、土钉施工、修坡、挂网、喷射混凝土制作防水装置、安装面板、上螺母进行下一步的开挖支护工作，具体施工操作如下：

1)钢筋土钉的制作，截取调直钢筋，用扣丝机对所选用钢筋进行现场扣丝，将钢筋除锈、除油；每隔2m设置一个对中支架；将注浆管捆扎在土钉上在距孔口50～70cm处，设置一止浆袋；然后配上相应的螺母和垫片；

2)开挖修坡，土体开挖，基坑边坡放坡角度和土钉倾角之和为90°，即使面板和土钉垂直；分层分段开挖修坡，坡面平整，每段开挖深度须为0.8～2.5m，基坑一次开挖长度控制在20m以内；

3)土钉施工，推送土钉前先沿坡面垂直方向钻孔，将士钉推送入孔内至设计位置；

4)注浆，对朝下倾斜的孔，采用孔底注浆法，注浆管随着注浆慢慢拔出端头始终在注浆液内；或采用二次压力注浆，注浆压力应控制在0.6～1.5MPa；注浆应连续进行，并要饱满；随着浆液慢慢渗入土层中，孔口会出现缺浆现象，应及时补浆；

5)土体挂网制作防水装置、安装面板，用细钢丝将钢丝网片固定在离坡面1cm处的土钉上，在土钉挂完网以后，应立即安装面板，面板的安设要尽量和土钉垂直以防止面板局部应力集中，安装好面板以后，加上材料同复合材料面板的垫板，拧上螺母，刚开始螺母拧力不要太大，等过三天后上劲拧至不动为止；

6)喷射混凝土面层施工；

7)进行下一步的开挖支护工作。

6.根据权利要求1所述可拆卸复合材料面板土钉支护体系施工方法，其特征在于，所述垫片材料与复合材料面板同，大小为250mm×250mm×20mm。

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