CN104711981A - 一种基坑土钉支护结构和方法 - Google Patents

Abstract

一种基坑土钉支护结构及方法，基坑向下开挖l-2米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔中放入土钉，然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设钢筋网片；喷射混凝土至覆盖钢筋网片；在土钉钉头下方和钢筋网片之间安装钉下承载结构；喷射混凝土面层形成挡土面层完成一层土钉支护，重复上述过程，直至基坑底部。对土钉施加微预应力，并由螺母将土钉锁定在钉下承载结构上；在两根槽钢翼缘内喷满混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体；安装钉下承载结构，采用螺母锁定土钉，克服了无法对土钉施加预应力，且钉头容易因在面层产生“刺穿”破坏的缺点，对土钉施加微预应力，可以在坑壁表层下一定范围内形成压力场，减小土体的变形，提高施工安全稳定性。

Description

一种基坑土钉支护结构和方法

技术领域

本发明涉及一种基坑土钉支护结构和方法，用于在各种基坑、边坡、隧道和地下工程的加固与支护。

背景技术

在基坑、边坡、隧道和地下工程的加固与支护技术中，土钉支护技术应用极其广泛。但是由于传统的土钉支护技术是被动支护技术，即只有土体产生变形后，土钉才开始受力发挥其支护作用，其存在两个突出的严重问题和致命缺陷：（1）无法对土钉杆体施加预应力,因此基坑地表竖向沉降和水平变形都很大，容易导致基坑周边管网或建筑物开裂；（2）土钉杆体一般采用与横向加强筋焊接连接或采用井字架钢筋焊接连接，连接处非常薄弱，容易产生混凝土“刺穿”破坏，导致土钉承载力失效。基于上述原因，由于传统土钉支护技术基坑变形较大，容易造成基坑周边建筑物下沉、开裂；且由于土钉连接处的薄弱，容易造成土钉承载力失效，导致基坑失稳破坏继而发生倒塌等工程事故。所以，传统土钉支护技术在工程应用上受到一定的限制，尤其是在对基坑变形有严格控制要求的基坑工程，比如规范规定土钉支护技术不能用于基坑安全等级为一级的基坑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的基坑土钉支护结构。本发明提出的基坑土钉支护结构是基于传统土钉支护结构存在两个突出的严重问题和致命缺陷：（1）无法对土钉杆体施加预应力,因此基坑地表竖向沉降和水平变形都很大，容易导致基坑周边管网或建筑开裂；（2）土钉杆体一般采用与横向加强筋焊接连接或采用井字架钢筋焊接连接，连接处非常薄弱，容易产生混凝土“刺穿”破坏，导致土钉承载力失效。

本发明的基坑土钉支护结构，有固定在基坑壁钻孔中的土钉，在基坑壁的表面铺设钢筋网喷射混凝土构成的挡土面层，在土钉钉头下方和钢筋网之间安装有钉下承载结构，钉下承载结构包括设置在钢筋网上的两根并列的槽钢、放置在两根并列的槽钢中间上面的垫板，两根并列的槽钢之间连接有钢筋；垫板中部带有连接孔，土钉钉头穿过垫板的连接孔，土钉钉头为螺杆并配有螺母。

所述钉下承载结构之间的槽钢，在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。最好是所述钉下承载结构在同一层土钉标高处的水平设置的槽钢，水平方向通长连接。

所述土钉由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成，这样更方便对土钉进行微预应力张拉，张拉后用螺母将土钉锁定在钉下承载结构上。

优选地，所述土钉施加有其轴向拉力标准值20—30%的微预应力，并由螺母将土钉锁定在钉下承载结构上。这可大幅减小基坑变形，从而达到有效地控制基坑变形的目的。

最好两根并列的槽钢下翼缘之间连接钢筋和上翼缘之间也连接有钢筋，使槽钢之间形成稳固的整体。最好在每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，防止槽钢翼缘悬空端较大的变形，近一步增加稳定性。

所述混凝土面层的下端安装泄水孔。

土钉可以成矩形排列或梅花状交叉排列。

为了能够在局部受外力或局部挡土面层受损，也不会引起槽钢移动，或者引起承载结构作用失效，能保障基坑的整体稳定有效，在所述两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土，所述的混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体。更能很好地将预应力土钉的稳固力有效地、连续均匀传递至挡土面层和基坑侧壁，并能保障基坑的整体稳定有效。

最好在每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，防止槽钢翼缘悬空端较大的变形，近一步增加稳定性。

一种基坑土钉支护方法，基坑向下开挖l-2米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔中放入土钉，然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设钢筋网片；喷射混凝土至覆盖钢筋网片；在土钉钉头下方和钢筋网片之间安装钉下承载结构；喷射混凝土面层形成挡土面层完成一层土钉支护，重复上述过程，直至基坑底部。

土钉施加有其轴向拉力标准值20—30%的微预应力，并由螺母将土钉锁定在钉下承载结构上。这可大幅减小基坑变形，从而达到有效地控制基坑变形的目的。

两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土，所述的混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体。更能很好地将预应力土钉的稳固力有效地、连续均匀传递至挡土面层和基坑侧壁，并能保障基坑的整体稳定有效。

最好在每根槽钢翼缘之间设置加劲肋，防止槽钢翼缘悬空端较大的变形，近一步增加稳定性。土钉可以由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成，钉头由螺丝杆及螺母制成。这样更方便对土钉进行微预应力张拉，张拉后用螺母将土钉锁定在钉下承载结构上。

基坑土钉支护其施工方法，具体包括以下步骤：

1、从地面向下开挖1-2米；

2、朝迎土面斜向下用机械钻孔，孔径为100-150mm；

3、在孔中放入土钉，并将其对中，然后向孔中灌浆；根据岩土体的参数情况，注浆可采用常压注浆或压力注浆；

4、在基坑侧壁表面水平和垂直方向铺设钢筋网，并将其与基坑壁保持约30—50毫米左右的距离；

5、喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在土钉钉头部位安装钉下承载结构，保证土钉钉头伸出钉下承载结构的长度满足预应力张拉施工要求；

6、采用机械扳手或液压千斤顶对土钉施加微预应力，并用螺母锁定；

7、在基坑侧壁上喷射混凝土；

8、重复上述过程，直至基底。

上述方法中的钉下承载结构由槽钢、垫板、上翼缘和下翼缘两端焊接的连接钢筋构成。

上述方法中的钉下承载结构排列方式为横向安装或竖向安装，横向安装时槽钢可以通长连接或单独安装，竖向安装时采用单独安装。钉下承载结构单独安装时其长度可取0.5-0.8m。

上述方法中土钉由杆体及钉头焊接构成，杆体由钢筋或空心钢管制成，钉头由螺丝杆及螺母制成。

上述方法中土钉采用全长范围内注浆。

上述方法中的土钉可以成矩形排列或梅花状交叉排列。

上述方法中土钉受力一般较小，其轴向拉力标准值的20%-30%，相对于锚杆预应力很小，故称为微预应力。

本发明基坑土钉支护结构和方法相比传统土钉支护技术具有以下显著优点：（1）通过在土钉钉头部位安装钉下承载结构，采用螺母锁定土钉，解决了传统土钉无法施加预应力的问题；（2）安装的钉下承载结构有效解决了钉头拉力的传递，防止在混凝土中产生“刺穿”破坏；（3）通过对土钉施加微预应力，预应力大小为土钉轴向拉力标准值的20%-30%，可以在坑壁表层下一定范围内形成压力场，减小土体的变形，提高施工安全稳定性。（4）通过所述两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体。更能很好地将预应力土钉的稳固力有效地、连续均匀传递至挡土面层和基坑侧壁，并能保障基坑的整体稳定有效。

附图说明

图1为本发明实施第一层基坑土钉护壁结构的示意图。

图2为本发明的整体护壁结构的示意图。

图3为本发明基坑土钉护壁结构设置在基坑的示意图。

图4为本发明基坑土钉护壁结构的钉下承载结构的示意图。

图5为图4A-A剖面图。

图6为已有技术中土钉钉头与钢筋网之间焊接节点的示意图。

图7为已有技术中土钉钉头与钢筋网之间焊接节点的剖面图。

图1-图5中，1是混凝土面层，2是钢筋网片，3是泄水孔，4是灌浆体，5是土钉，6是钻孔，7是槽钢，8是螺母，9是垫板，10是下翼缘连接钢筋，11是上翼缘连接钢筋，12是连接孔。

图6-图7 中，24是土钉，25是井字型钢筋架，26是钢筋网片。

具体实施方式

本发明的一种基坑土钉支护结构，有固定在基坑壁钻孔6中的土钉5，在基坑壁的表面铺设钢筋网片2喷射混凝土构成的挡土面层，还有两根并列的槽钢，两根并列的槽钢之间用两条下翼缘连接钢筋10和两条上翼缘连接钢筋11连接为整体，连接钢筋最好设置在每根槽钢两端部距离150mm位置。垫板9设置在槽钢7中间。钉下承载结构主要包括：槽钢、垫板、水平连接钢筋。垫板9中部带有连接孔12，土钉5钉头穿过垫板9的连接孔12，土钉5钉头为螺杆并配有螺母8。将钉下承载结构中的槽钢翼缘喷满，并与喷射挡土面层的混凝土混为一体。土钉5由杆体及钉头焊接构成，土钉5施加有其轴向拉力标准值20—30%的微预应力，并由螺母将土钉5锁定在钉下承载结构上。所述混泥土面层1的下端安装泄水孔3。见图1-图5，图2为本发明整体护壁结构的示意图。

基坑土钉支护方法，是首先从地面向下开挖1.5米，采用钻孔机械朝迎土面斜向下钻孔6；在钻孔6中放入土钉5，然后向孔中灌浆4；在基坑壁的表面铺设钢筋网片2，并将其与基坑壁保持约40毫米左右的距离；喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在土钉钉头处安装钉下承载结构，钉下承载结构可以水平通长连接或断开单独安装；当钻孔6中的灌浆4达到设计强度75%以上后，对土钉5施加预应力，并用螺母8锁定；喷射混凝土面层1；重复上述过程，直至基坑底部，最好是同时将钉下承载结构中的槽钢翼缘喷满，并与喷射挡土面层的混凝土混为一体，见图3。

上述方法中的钉下承载结构由两根槽钢焊接而成，槽钢型号可选用[5—[10，两根槽钢由水平连接筋焊接，水平连接筋为直径14-22mm的二级螺纹钢筋或宽度为20-30mm厚6-10mm的钢板。钉下承载结构可以在同一层土钉高程处通长连接，也可断开单独安装，单独安装时，钉下承载结构长度可取0.5-0.8m。

本方法的具体施工步骤是：（1）沿基槽开挖边线内缘开挖适于护壁施工方便宽度和深度的基槽，在基槽侧壁纵向距地面标高下一定深度处，采用机械斜向下与水平面成10°-20°钻孔6，孔径为110-150mm，（2）在钻孔6里面对中放入土钉5，土钉杆体可采用直径为Φ16-25的二级钢筋或直径48mm左右壁厚3-8mm的空心钢管，钉头螺杆直径按与土钉杆体等强度原则配置，并用塑料薄膜包裹钉头螺杆以便后期安装螺母，然后在钻孔6内灌注水泥浆或水泥砂浆；（3）在基坑侧壁上绑扎钢筋网，钢筋采用直径6.5或8mm的一级光圆钢筋，水平和竖向间距为100-250mm；（4）喷射混凝土至覆盖面层钢筋网，在土钉钉头处安装钉下承载结构；（5）待钻孔6内的灌浆达到设计强度的75%以上后，采用千斤顶或机械扳手对土钉施加微预应力，预应力大小可为土钉轴向抗拉承载力标准值的20%-30%；（6）喷射混凝土面层1，混凝土标号为C20—C30，厚度100-150mm。（7）重复上述施工工序，完成下面各层护壁，直至基底，构成整个支护体系。

以上仅是本发明的范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，或任何对本发明中所述钉下承载结构，对土钉施加微预应力，均落在本发明权利保护范围之内。

本发明的一个实施例是，施工时，首先在该区域内沿基坑开挖边线内开挖深2m的基槽，在基槽侧壁纵向距地面标高下1.5m处钻孔6，钻孔倾角与水平面成夹角15°，制作一根直径为Φ25土钉5，将其对中放入钻孔6中，采用0.5MPa常压在孔中灌注M25水泥浆4，形成土钉，土钉在基坑侧壁上的水平间距为1.5m，第一层土钉施工完后，在基坑壁上绑扎钢筋网，其规格是直径为6.5mm，水平和竖向间距为200mm，钢筋网与基坑侧壁土体距离保持30mm左右，然后喷射混凝土至刚好覆盖钢筋网，喷射混凝土标号为C20，再安装钉下承载结构，钉下承载结构采用2根6.5号槽钢组成，其长度为0.6m，水平安装，待土钉水泥浆强度达到15MPa、面层钢筋混凝土强度达到10MPa时，采用小型千斤顶对土钉施加30kN预应力并用螺母锁定，然后再喷射混凝土至设计厚度100mm，即完成了第一层土钉支护。重复上述施工工序，完成下面各层土钉支护，上下层土钉布置呈梅花形，直至基底，构成整个土钉支护体系。

本发明的一个对比授权发明专利是“基坑边坡平锚喷网支护方法”，专利号是95119432.1，该专利技术的特征是：钻孔采用洛阳铲人工作业；锚杆孔成水平分布方式布置；锚头用井字型钢筋（如图6和图7所示）与钢筋网片焊成一体。与该专利技术相比，本专利技术具有以下创新及优点：（1）采用机械钻孔，施工效率高，成孔质量好；（2）土钉与水平面成一定夹角，施工更方便，可直接在孔口灌浆，方便易行，且灌浆更饱满；（3）在土钉钉头处安装钉下承载结构，比井字型钢筋能更好地传递分担钉头拉力，并且避免了钉头在面层混凝土中产生“刺穿”破坏；（4）本发明安装的钉下承载结构有效解决了采用井字型钢筋与钢筋网焊接一体而无法施加预应力的技术难题，通过对土钉施加预应力，可显著减小基坑侧壁的水平变形和竖向沉降，提高基坑的安全稳定性。

Claims (10)

1.一种基坑土钉支护结构，有固定在基坑壁钻孔（6）中的土钉（5），在基坑壁的表面铺设钢筋网（2）喷射混凝土构成的挡土面层，其特征在于：在土钉（5）钉头下方和钢筋网（2）之间安装有钉下承载结构，钉下承载结构包括设置在钢筋网（2）上的两根并列的槽钢(7)，放置在两根槽钢（7）中间上面的垫板(9)，两根槽钢（7）之间连接有钢筋，垫板(9)中部带有连接孔（12）；土钉（5）钉头穿过垫板（9）的连接孔（12），土钉（5）钉头为螺杆并配有螺母（8）。

2.如权利要求1所述的一种基坑土钉支护结构，其特征在于：钉下承载结构之间的槽钢(7)，在水平方向通长连接，或者断开在水平方向或垂直方向单独安装。

3.如权利要求1或2所述的一种基坑土钉支护结构，其特征在于：土钉（5）由杆体及钉头焊接构成，杆体为钢筋或空心钢管。

4.如权利要求1所述的一种基坑土钉支护结构，其特征在于：土钉（5）施加有其轴向拉力标准值20—30%的微预应力，并由螺母（8）将土钉（5）锁定在钉下承载结构上。

5.如权利要求1或4所述的基坑土钉支护结构，其特征在于：两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土，所述的混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体。

6.如权利要求1所述的一种基坑土钉支护结构，其特征在于：每根槽钢翼缘之间设置加劲肋。

7.如权利要求1所述的一种基坑土钉支护结构，其特征在于：土钉可以成矩形排列或梅花状交叉排列。

8.一种基坑土钉支护方法，其特征在于：基坑向下开挖l-2米深，采用钻孔机朝迎土面斜向下钻孔；在钻孔（6）中放入土钉（5），然后向孔中灌浆；在基坑壁的表面铺设钢筋网片（2）；喷射混凝土至覆盖钢筋网片（2）；在土钉（5）钉头下方和钢筋网片（2）之间安装钉下承载结构；喷射混凝土面层（1）形成挡土面层完成一层土钉支护，重复上述过程，直至基坑底部。

9.如权利要求8所述的一种基坑土钉支护方法，其特征在于：土钉（5）施加有其轴向拉力标准值20—30%的微预应力，并由螺母（8）将土钉（5）锁定在钉下承载结构上。

10.如权利要求8或9所述的基坑土钉支护结构，其特征在于：两根并列的槽钢翼缘内喷满混凝土，所述的混凝土与挡土面层的混凝土凝固连为一体。