基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法:形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》是中鐵建設集團有限公司、溫州中城建設集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是賈洪、范曉青；適用範圍是黏性土、粉土、砂土、礫砂和填土層、開挖深度小於12米的邊坡施工。

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》主要的工法特點是：採用可拆卸的、抗彎和抗剪強度很高的複合材料面板；節約了混凝土和鋼筋；施工快捷方便。

2009年10月19日，《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。

基本介紹

中文名：基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法
工法編號：GJYJGF012-2008
完成單位：中鐵建設集團有限公司、溫州中城建設集團有限公司
主要完成人：賈洪、范曉青
審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）

形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的形成原因是：

土釘支護技術是20世紀70年代發展起來的一種用於土體開挖和邊坡穩定的新擋土支護技術，與傳統的被動受力支護結構相比，具有經濟快捷、施工方便的優點，2007年前在中國大量工程上成功套用。但土釘支護結構同時也有很多不足，例如土釘牆面層鋼筋和混凝土用量多，給地下遺留的垃圾比較多，而且給地下建築遺留了一堵與周圍環境隔離的鋼筋混凝土牆，形成的混凝土牆將永遠遺留在地下，即是一種資源流失，不符合資源可持續發展的要求，同時也給周邊的其他項目施工帶來不便。由於建築基坑支護一般都是臨時性工程，開發的可拆卸複合材料面板土釘支護體系由可拆卸複合材料面板、可拆卸錨具、土釘和防水系統組成，當基坑服役完畢後，可把複合材料面板拆卸下來，用到下一個基坑中，既節約資源、保護環境，還可以降低工程造價。

工法特點

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的工法特點是：

一、與傳統土釘牆80~100毫米厚的鋼筋混凝土板面層不同，可拆卸複合材料面板土釘支護體系面層採用可拆卸的、抗彎和抗剪強度很高的複合材料面板，面層網片採用細的鋼絲網片，噴射混凝土面層只是防止邊坡土顆粒脫落的薄封閉層。

二、可拆卸複合材料面板土釘支護體系在支護間距設計上充分利用了土體的自承能力，利用土拱原理來進行設計，不像傳統的土釘牆那樣整個坡面鋪設混凝土面層，土體自承能力沒有充分發揮出來。

三、可拆卸複合材料面板支護體系比傳統的土釘牆支護節約了混凝土和鋼筋，可拆卸面板在基坑服役完畢後可以拆卸下來周轉使用，既節約資源，還減少了地下垃圾和環境污染。

四、可拆卸複合材料面板土釘支護體系施工快捷方便，土方開挖後，土釘施工和修坡作業同時進行，然後鋪上網片，蓋上複合材料面板，擰上螺母，待土釘達到一定強度後，再給螺母加力，減少了焊接鋼筋網片、焊接橫豎拉筋、與土釘焊接等工序。

五、可拆卸複合材料面板土釘支護體系可以方便地施加預拉應力，在控制基坑邊坡塑性區分布和基坑變形方面優於傳統的土釘牆。

操作原理

適用範圍

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》一般適用於黏性土、粉土、砂土、礫砂和填土層、開挖深度小於12米的邊坡施工。

工藝原理

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的工藝原理敘述如下：土體具有一定的結構整體性，土釘牆技術是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體，與土共同作用，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用，土體自身結構強度潛力得到充分發揮，改變了邊坡變形和破壞性狀，顯著提高了整體穩定性。可拆卸複合材料面板支護體系是一種新型的支護體系，它是在原來土釘牆的基礎上研究和發展的，除充分發揮土釘牆的優勢外，又利用土釘受力分布滑裂面最大、坡面端部較小的特點，考慮到土拱效應作用，充分發揮土體的自承能力，通過高強可拆卸複合材料面板和土釘預拉約束坡面變形，形成穩定的支護體系。

施工工藝

工藝流程

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的工藝流程是：

施工準備→邊坡施工→土釘施工→掛網及上面板→預拉→噴射混凝土→服役→肥槽回填→拆卸。可拆卸複合材料面板土釘支護施工工藝流程見圖3。

圖3 可拆卸複合材料面板土釘支護施工工藝流程圖

操作要點

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的操作要點如下：

一、基坑降水

在周圍環境允許降水的情況下，施工開挖前應提前降水，當分層開挖時，要求水位降低到該開挖層底以下0.5米。

二、開挖修坡

1.按施工方案要求，分層分段開挖修坡，每段開挖時開挖深度須符合設計要求，一般約為0.8~2.5米，嚴禁超挖。

2.採用挖掘機挖土時，留下距基坑設計邊線一定厚度的土層，利用人工開挖並修坡。坡角大小和坡面平整度應達到設計要求。

3.基坑一次開挖長度，應視邊坡允許變形範圍、自穩時間和施工流程相互銜接情況而定。地質條件好，含水量少，施工速度快，長度可大些，反之要小些。通常控制在20米以內。

4.開挖過程中如發現土層情況與地勘報告不符，應馬上報告工程師和設計人員。

三、土釘施工

1.土釘成孔：按設計要求定孔位，允許誤差100毫米；成孔後孔內碎土、雜質及泥漿應清除乾淨，用織物等將孔口臨時堵塞，並編號登記。

2.土釘製作：製作土釘的鋼筋無缺陷，截取長度準確，除銹除油。每隔2米設定一個對中支架，並按設計要求在土釘端頭套絲且絲長不少於100毫米，然後用膠管套住以防損壞，配以相應的螺母。製作完成後應編號登記。

3.土釘推送：將注漿管綑紮在土釘上，注漿管端頭距土釘端頭約200~300毫米；沿鑽孔軸線，將土釘推送入孔內至設計位置；推送過程中切勿轉動土釘，以防止破壞孔壁，並防止土釘插入孔壁土體中，並在距孔口50~70厘米處，設定一止漿袋。

4.土釘入孔檢查：推送完畢後，隨即檢查孔中是否有碎土堵孔，如有碎土應立即處理，必要時應將土釘拔出，清除碎土後，重新將土釘推人孔內。

5.土釘漿體製作：漿體用材料應檢驗合格且拌合均勻。為增加漿液的和易性和水泥漿的早期強度，防止水泥漿凝固收縮，可在漿液中摻入適量的減水劑、早強劑和膨脹劑。

6.土釘注漿：對朝下傾斜的孔，可採用孔底注漿法，注漿管隨著注漿慢慢拔出，端頭始終在注漿液內；如二次壓力注漿，注漿壓力應控制在0.6~1.5兆帕；注漿應連續進行，隨著漿液慢慢滲人土層中，孔口會出現缺漿現象，應及時補漿。

四、掛網和面板安裝

1.鋼筋網用細鋼絲編制，鋼絲規格和網眼尺寸由設計確定。

2.可拆卸複合材料面板的尺寸和孔徑應按設計要求加工。由於土釘設計一般採用橫向豎向間距為1.5米，因此面板一般採用0.75米×0.75米的規格，中間留孔Φ20~27毫米。

3.面板受力區域坡面應修平，土釘頭穿過面板中心孔並與面板連線牢固，連線方式用可拆卸錨具（張拉後），也可用螺栓連線。

五、土釘預拉

1.按設計要求對土釘進行張拉，施加預應力。可拆卸複合材料面板土釘的預拉（鎖定）值除設計有要求外一般為50千牛。

2.對於設計預應力另有要求的土釘，注漿7天后方可對土釘進行張拉和鎖定，使釘體內部產生預應力，以有效控制邊坡的變形。

3.土釘張拉時，載入速率要平穩，速度宜控制在設計預應力值的（1/10~1/15）/分鐘；張拉時，當土釘的實際伸長與理論值相差較大時，應暫停張拉，查明原因並採取相應措施後，方可進行張拉。

六、噴射混凝土

1.噴射混凝土前，應對機械設備風、水、電管線進行全面檢查及試運轉，清理受噴坡面。

2.混凝土的強度等級至少為C20，配合比通過試驗確定，一般採用的配合比為：水泥與砂石的重量之比為1:4~1:4.5，砂率為45%~55%，水灰比宜為0.33~0.45；混凝土用料稱量要準確，拌合要均勻，隨拌隨用；不摻速凝劑時，存放時間不應超過；摻速凝劑時，存放時間不應超過20分鐘。

3.噴射混凝土應分段分片依次進行，同一段內噴射順序應自下而上；噴射混凝土時，噴頭與受噴面保持垂直，並視情保持0.8~1.2米的距離；噴射手應控制好水灰比，保持噴射混凝土表面平整，濕潤光澤，無乾斑或滑移流淌現象。

4.噴混凝土厚度控制在表面和面板平齊，噴射混凝土終凝2小時後，應噴水養護，並在至少7天內始終保持其表面濕潤。

5.基坑邊坡有滲水或滲水土層時，噴射混凝土前要施作排水孔。在用於排水孔的硬塑膠管（管長1.5~2.5米）的管壁上，按一定密度鑽孔，然後用紗布把塑膠管埋入土中的那部分包住，插人孔內即成（還可在管內充填粗砂和礫石）。

七、拆卸面板

1.面板拆卸應與肥槽回填同步分層進行，回填土層距該層土釘小於0.5米時方能拆卸該層錨具和面板。

2.拆卸下來的錯具和面板應及時清理保養，分類編號後入庫。

八、監測與分析

可拆卸複合材料面板土釘支護坡面安全的關鍵是全過程監測基坑周邊地面、坡面、坡底的變化情況，及時測量各步開挖、張拉引起的動態數值變化，並與分析計算值比較，及時反饋指導設計和施工。主要的監測內容參見表1。

表1 監測項目匯總表

序號	監測項目	監測儀器	監測頻率	監測目的
1	坡頂水平位移和沉降	精密水準儀、鋼尺	開挖期：2次/天服役期：1次/2天	掌握坡頂及周邊建（構）築物.基底在開挖和服役期的變化情況
2	周邊建築物沉降與傾斜
3	地下管線及設定沉降
4	基底變形		1次/天
5	土釘應力情況	鋼筋應力計、數據採集設備	設計要求	觀察土釘應力變化
6	面板土釘端頭變形	精密水準儀、鋼尺	開挖期：2次/天服役期：1次/2天	觀察土釘和坡面側向變化情況
7	坡面變形		開挖期：2次/天服役期：1次/2天	觀察土釘和坡面側向變化情況
8	地下水位		開挖期：1次/天	掌握地下水位變化
註：天氣異常可增加觀測次數，隨時將監測信息報告給現場技術負責人

勞動力組織

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的勞動力組織見表2。

表2 勞動力組織情況表

序號	組織	所需人數	分工
1	負責人	1	全面組織、管理及協調
2	工長	1	各工序的組織、指揮、協調和對施工人員培訓、管理及調配
3	技術員	1	技術交底和技術培訓，對質量、安全進行監督、檢查、驗收
4	測量員	2	負責孔位定位放線、變形檢測
5	安全員	1	負責安全交底和施工安全檢查
6	成孔組	12	執行鑽孔施工規程及工藝要求，按計畫成孔
7	上釘製作組	3	負責檢查鋼筋質量，下料、焊接，套絲和編號
8	注漿組	6	按規程及工藝要求，將土釘正確推送人孔，製漿和注漿
9	掛板張拉組	3	負責面板受力區域坡面修平，面板安裝和張拉
10	噴射組	3	坡面修整，製備和噴射混凝土施工
11	雜工	4	修坡、運輸、清理等
12	合計	37人	╱

材料設備

一、材料

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》所涉及的混凝土材料和土釘材料需滿足2007年前已執行規範的規定。複合材料面板的外形尺寸按設計要求加工，且應符合表3的規定。

表3 複合材料面板的力學性能要求

材料	彎曲強度（兆帕）	剪下強度（兆帕）	抗壓強度（兆帕）	泊松比	變形模量（吉帕）
複合材料面板	≥120	≥90	≥250	0.3	≥90

二、機具設備

採用《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》施工時，依據工程量、工期計畫及施工環境條件來確定所需機具設備的型號、數量，表4為一個施工班組配備的設備。

表4 機具設備表

序號	設備名稱	設備型號	單位	數量	用途
1	錨桿鑽機*	╱	台	3	士釘成孔
2	前卡式液壓頂壓千斤頂	YQD230一160	台	1	土釘預拉
3	電焊機	╱	台	2	鋼筋加工
4	鋼筋切割機	GJ40	台	1	鋼筋加工
5	攪拌機	強制性攪拌機	台	1	製備漿體和混凝土
6	混凝土噴射機	壓力0.4~0.6兆帕	台	1	噴射混凝土
7	注漿泵	壓力0.4~0.9兆帕	台	1	土釘注漿
8	空壓機	≥9立方米	台	1	壓漿
9	力矩扳手	╱	台	3	土釘預拉
10	螺栓	╱	套	3	土釘預拉
11	洛陽鏟*	╱	套	6	土釘成孔
*根據施工現場土質情況及環境條件，選擇適宜的成孔鑽具。如果鑽孔時不出水，可選用螺旋鑽或洛陽鏟；若在湧水、涌砂地層中鑽孔，可選用衝擊式錨桿機或地質鑽。

質量控制

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的質量控制要求如下：

一、質量控制標準

1.可拆卸複合材料面板土釘支護施工質量執行《建築基坑支護技術規程》JGJ120。土釘允許偏差按表5執行。

表5 土釘允許偏差表

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢查頻率	檢驗方法
1	坡面平整度	±20	每步	2米靠尺
2	孔深	±50		鋼尺
3	孔徑	±5		鋼尺
4	孔距	±100		鋼尺
5	成孔傾斜率	±5%		錘球、鋼捲尺
6	土釘加工長度	±50		鋼尺

2.可拆卸複合材料面板土釘採用抗拉試驗檢驗其極限承拉值，同一條件下按土釘總數的1%計取且不少於3根。

二、質量保證措施

1.組織保證

（1）施工現場組織管理機構和人員應健全，施工前有方案有交底，施工中實行三檢制，每步完成後監測跟進，發現質量問題及時採取措施。

（2）完善值班記錄，由工程組技術人員收集匯總並妥善保存備查。

（3）定期對施工人員進行技術培訓或專題講座，並進行必要考核；對不合格者要及時調整其工作。建立工程例會制度，土層變化及時反饋。

2.質量檢驗制度

（1）施工用材料進場前必須按有關標準進行質量檢驗；質量不合格的產品、材料不得進入施工現場。

（2）施工前，應進行土釘拉拔破壞性試驗，以確定土釘與土體之間的抗剪強度及有關施工參數。

3.土坡開挖每步高度嚴格執行設計方案，避免超挖。土釘預拉鎖定後方可進行下層土方開挖。

4.竣工驗收

可拆卸複合材料面板土釘支護施工竣工後，在現場驗收的同時要查驗以下資料：

（1）施工記錄和竣工圖。

（2）原材料出廠合格證書，面板和錨具檢測試驗報告。

（3）土釘抗拔力（抗剪、抗拉）試驗和監測資料。

（4）設計變更、技術洽談記錄。

（5）隱蔽工程施工記錄和確認簽字記錄等。

（6）如出現過工程質量事故還須有事故原因分析及後處理報告等。

（7）工程竣工總報告。

安全措施

採用《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、建立完善的安全管理體系，貫徹“安全第一，預防為主”的方針，對所有進場人員進行安全技術交底和培訓並進行考核，執行安全生產責任制，杜絕違章施工，明確各類人員的安全職責，建立安全施工檔案。

二、施工現場臨設方案需符合消防的規定，並按方案布置各類警示牌和安全標識，按防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求分別建立檢查監督措施。各類易燃易爆品必須隔離單獨存放，並建立起使用保管台賬，並配備足夠的消防器材。

三、施工現場的臨時用電按照《施工現場臨時用電安全技術規範》的有關規範規定提前制定臨時用電方案，經審批後實施。電工應持證上崗，對電纜、電氣設備、電氣線路的絕緣和架設位置、配電櫃、配電箱、電焊機等的絕緣和漏電保護裝置等必須定期檢查，確保有效。

四、必須按照方案和工藝施工，噴射、張拉、下層開挖、拆卸必須按規定時間進行，杜絕超前。所有施工人員必須戴安全帽。注漿和噴射混凝土施工時必須戴防護眼鏡避免彈射傷人。沿基坑和馬道周邊搭設防護欄，搭設的施工腳手架應牢靠穩固。

五、建立施工預警機制，明確設計預警值，一旦施工中邊坡位移和沉降等達到或超過預警值應及時採取應急措施。

環保措施

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的環保措施如下：

一、建立完善的環境保護和文明施工管理體系，制定環境保護標準和措施，明確各類人員的環保職責，並對所有進場人員進行環保技術交底和培訓，建立施工現場環境保護和文明施工檔案。

二、按照“安全文明樣板工地”的要求對施工現場場容場貌統一策劃。經常對施工通行道路進行酒水，砂石和水泥堆放區進行覆蓋，防止揚塵污染周圍環境；鋼筋加工和混凝土、砂漿攪拌機進行封閉隔聲降塵處理。做到規範圍擋、標牌清楚、齊全、醒目，施工場地整潔文明。

三、在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、廢水廢漿、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度，接受環境監測等相關單位的監督檢查。

四、設立專用集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。定期清運沉澱泥砂，做好泥砂、棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。

五、科學組織，選用先進的施工機械和技術措施，作好節水節電，控制材料浪費。

效益分析

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的效益分析如下：

該工法土釘支護間距設計上充分利用了土體的自承能力，利用土拱原理來進行設計，不像傳統的土釘牆那樣整個坡面鋪設一定厚度的鋼筋混凝土面層，採用可拆卸的、抗彎和抗剪強度高的複合材料面板作為土釘端部承力結構，面層網片採用細的鋼絲網片，噴射混凝土面層只是保護土層避免面層脫落。比傳統的土釘牆支護節約了混凝土和鋼筋，可拆卸面板在基坑服役完畢後可以拆卸下來周轉使用，既節約了資源，還減少了地下垃圾和環境污染。

可拆卸複合材料面板土釘支護體系施工快捷方便，土方開挖後，進行土釘施工和修坡同時作業，然後鋪上網片，蓋上複合材料面板，拎上螺母，待土釘達到一定強度後，再給螺母加力，減少了焊接鋼筋網片、焊接橫豎拉筋、與土釘焊接等工序。可拆卸複合材料面板土釘支護體系還可以方便地施加預拉應力，在控制基坑塑性區分布和基坑變形方面優於傳統的土釘牆。可以降低工程造價，具有經濟和社會效益。

套用實例

《基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法》的套用實例如下：

一、工程概況

清華大學環境能源樓（Sino-Italian Environment and Energy Building）工程位於清華校區東南側，建築面積20268平方米，建築檐高39.31米，地下2層，地上10層，主體結構採用鋼框架一中心支撐。該工程為國際性高科技綠色節能樓，具有施工技術複雜、難度大等特點，基坑為62米×58米、開挖深度10米。基坑邊坡採用可拆卸複合材料面板土釘體系，土釘和面板布置見圖4。

圖4 基坑邊坡可拆卸複合材料面板土釘支護圖

二、施工情況

基坑開挖深度內按地層岩性及其物理力學指標與工程特性可分為層，地層自上而下的分布情況如下：

1.粉質黏土填土，厚1.6~2.2米，黃褐色、稍密、濕、可塑。

2.粉質黏土夾粉細砂層，層厚4.3~4.6米，褐黃色、密實、飽和、硬塑-堅硬。

3.粉質黏土，厚度3.5~3.8米，褐灰-褐黃色、飽和、可塑-硬塑。

4.粉質黏土，厚度3.4~3.6米，褐黃-灰白、飽和、堅硬。

地下水為兩層：第一層水類型為上層滯水，埋深為4.4~4.8米；第二層水為潛水水位埋深13.8米。

基坑分步開挖。2005年4月19日開始第一步，4月23日進行第一層可拆卸複合材料面板安裝張拉，至5月10日基坑開挖到位，5月13日進行最下面一層可拆卸複合材料面板的安裝張拉。

三、監測及結果評價

基坑坡面安全的關鍵是全過程監測基坑周邊地面、坡面、坡底的變化情況，及時測量各步開挖、張拉引起的動態數值變化。從坡頂水平位移觀測結果看，變化主要在分步開挖到位尚未張拉土釘前，張拉後能恢復一部分，最終最大位移值為7毫米。複合材料面板支護面層，沒有發現鼓出現象，說明由於土拱的作用，板間土體處於穩定狀態，整個基坑處於穩定狀態。由於施工場地比較狹小，沉降觀測點與水平位移觀測點布設相同，可拆卸複合材料面板土釘支護體系支護基坑垂直沉降實測結果顯示與水平位移規律一致，實測出最大沉降位移5毫米，總體基坑變形不大，基坑處於穩定狀態。

基坑可拆卸複合材料面板土釘支護施工工法