【摘要】深基坑支护技术广泛应用于住宅和商业文化中心地下室、地铁、厂房设备基础等地下工程。郑州东部地区地质特殊，地下水水位较深，且砂层与土层夹杂出现，不利于钢板桩等常规基坑支护技术的施工。土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护技术，以其简易的施工工序，良好的支护能力，充分利用了土钉墙和无砂混凝土小桩的力学性能，使用价值高，在深基坑支护领域经济竞争力强。
【关键词】深基坑支护；土钉墙；无砂混凝土小桩
1. 引言
深基坑支护技术经过多年的发展，目前，在国内外有比较成熟的设计理论和施工工艺。根据不同的地质条件和施工要求，有不同的施工设计方案，在我国南部及沿海地区，多采用钢板桩支护等支护形式，而在我国中部地区，地下有砂层且砂层较厚，不利于钢板桩支护等支护形式的施工，主要采用土钉墙支护。深基坑支护广泛应用于住宅地下室、商业文化中心地下室、地铁、厂房设备基础等地下工程施工临时支护。广州风神汽车有限公司郑州工厂20万辆产能建设项目冲压车间设备基础支护工程位于郑州市国家经济开发区，该地区地质显著特点是地下水水位较深，砂层与土层夹杂出现，且气候干燥，砂层在干燥的环境中易风化而变得松散。基坑支护施工条件复杂，施工难度较大，并且基础位置靠近已建车间，施工空间有限，采用常规的基坑支护技术，无法满足施工、安全与经济的完美结合，而土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护技术能够解决这一难题。
【关键词】深基坑支护；土钉墙；无砂混凝土小桩
1. 引言
深基坑支护技术经过多年的发展，目前，在国内外有比较成熟的设计理论和施工工艺。根据不同的地质条件和施工要求，有不同的施工设计方案，在我国南部及沿海地区，多采用钢板桩支护等支护形式，而在我国中部地区，地下有砂层且砂层较厚，不利于钢板桩支护等支护形式的施工，主要采用土钉墙支护。深基坑支护广泛应用于住宅地下室、商业文化中心地下室、地铁、厂房设备基础等地下工程施工临时支护。广州风神汽车有限公司郑州工厂20万辆产能建设项目冲压车间设备基础支护工程位于郑州市国家经济开发区，该地区地质显著特点是地下水水位较深，砂层与土层夹杂出现，且气候干燥，砂层在干燥的环境中易风化而变得松散。基坑支护施工条件复杂，施工难度较大，并且基础位置靠近已建车间，施工空间有限，采用常规的基坑支护技术，无法满足施工、安全与经济的完美结合，而土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护技术能够解决这一难题。
2. 土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护设计原理
土钉墙基坑支护需要放坡，根据不同
的地质条件和基坑的深度，对放坡有着较高的要求。无砂混凝土小桩本身具有良好支挡能力，但由于桩径较小，支挡范围有限，若密布施工，则施工成本会大大提高。土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护充分利用了土钉墙的良好的护坡能力和无砂混凝土小桩的支挡能力，在土钉墙支护放坡不能满足需求空间的条件下，通过两者支护能力的协同作用，在安全施工的条件下，解决土钉墙支护放坡不能满足需求空间的问题,降低施工成本，提高经济效益。
3. 土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护工艺方案
本工艺采用的施工方案为：根据本工程基坑复杂的土质状况，采用随开挖随支护的方案进行施工，施工中避免超挖现象的产生。在放坡所需空间不够的位置先施工无砂混凝土小桩，待其达到设计强度的75%后，再开挖基坑，每层基坑支护完成并达到其设计强度的75%后，再进行下层土方开挖。
4. 施工工艺流程及操作要点
4.1土钉墙施工工艺流程
4.1.1基坑开挖和放线修坡：为保证土钉墙施工过程中边坡的稳定，基坑土方开挖要自上而下分层进行，土方开挖及基坑围护期间严禁对支护面层混凝土产生振动和碰撞，土方开挖应依据支护工况分层分段进行，分层厚度根据土质情况区别对待，对易产生流砂的土层不得大于1m，并应及时喷护，其它土层可为1～2m，分段20～25m且需预留土墩，千万不可一挖到底，随开挖随支护，跟进作业。工作面开挖出来后，要放线修整边坡，使之平整。
4.1.2钻孔：洛阳铲成孔，入射角度控制在10°～15°，铲头直径对一般土钉要求小于100mm，成孔深度超过土钉设计长度100mm。在洛阳铲不能满足成孔要求时用锚杆钻机成孔。
4.1.3土钉安装：按照设计的各排土钉的长度、直径，加工成合格的土钉。 为使土钉体处于孔的中心位置，每隔2.0m焊结一个居中支架，将土钉安放在孔内，要顺其自然，不可用重物击打。
4.1.4注浆：用注浆泵注浆，素水泥浆的水灰比为0.45～0.55。注浆采用软塑料管从孔底注浆，注满为止，每孔至少在注浆后再补浆1～2次，首先，将符合孔深要求的注浆管插入孔内（距孔底0.5～1.0m），从里向外逐步回撤注浆，达到孔口稍有溢流现象，浆液二次注浆不小于0.4MPa，即可堵口封死。
4.1.5挂钢筋网：在边坡坡面上，按设计方案要求铺上钢筋网，网筋之间用扎丝扎牢，网片之间搭接要牢固，在地表距边坡1.5m处打一排12长约0.6m、间距1.2～1.6m的短钢筋，各钢筋之间用12钢筋焊接起来，便于挂网，基坑上边缘修成比较平缓的弧面，便于雨水流过。
4.1.6焊接加强筋：在土钉端部之间用212（二级钢）钢筋焊结成网片加强筋，压住钢筋网，使土钉、钢筋网和加强筋形成一个整体。
4.1.7焊接锚头：锚头焊接2根100mm长18钢筋，使网筋与土钉紧密连结。
4.1.8喷射砼面层：采用P.042.5级水泥，机制砂、碎石为原料，碎石选用5～10mm，配合比为1：2：2，可加适量速凝剂。施工中要掌握好喷头角度，降低加弹量，保证砼层技术要求。如工作面稳定性较差或遇雨天时可进行初喷，喷射砼面厚3cm，最终喷射混凝土面厚为10cm。
4.1.9养护：要求在喷过的砼终凝两小时后，夏季洒水养护3～7天，防止出现裂缝。
4.1.10施工质量及验收标准：
4.1.10.1认真讨论支护技术方案，做好向施工人员技术交底工作，使大家明确施工工艺，技术要领和质量标准。
4.1.10.2对土钉的安装、注浆、喷砼、焊接等关键工序实行工程技术人员跟班作业，确保质量符合设计要求。
4.1.10.3实行全面质量管理，对每一道工序要严把质量关，符合以下质量标准：
（1）钻孔：孔的水平、垂直间距，允许误差±100mm，孔径允许误差±5mm，成孔的倾角偏差±5%，孔深允许误差±50mm。
土钉墙基坑支护需要放坡，根据不同
的地质条件和基坑的深度，对放坡有着较高的要求。无砂混凝土小桩本身具有良好支挡能力，但由于桩径较小，支挡范围有限，若密布施工，则施工成本会大大提高。土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护充分利用了土钉墙的良好的护坡能力和无砂混凝土小桩的支挡能力，在土钉墙支护放坡不能满足需求空间的条件下，通过两者支护能力的协同作用，在安全施工的条件下，解决土钉墙支护放坡不能满足需求空间的问题,降低施工成本，提高经济效益。
3. 土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护工艺方案
本工艺采用的施工方案为：根据本工程基坑复杂的土质状况，采用随开挖随支护的方案进行施工，施工中避免超挖现象的产生。在放坡所需空间不够的位置先施工无砂混凝土小桩，待其达到设计强度的75%后，再开挖基坑，每层基坑支护完成并达到其设计强度的75%后，再进行下层土方开挖。
4. 施工工艺流程及操作要点
4.1土钉墙施工工艺流程
4.1.1基坑开挖和放线修坡：为保证土钉墙施工过程中边坡的稳定，基坑土方开挖要自上而下分层进行，土方开挖及基坑围护期间严禁对支护面层混凝土产生振动和碰撞，土方开挖应依据支护工况分层分段进行，分层厚度根据土质情况区别对待，对易产生流砂的土层不得大于1m，并应及时喷护，其它土层可为1～2m，分段20～25m且需预留土墩，千万不可一挖到底，随开挖随支护，跟进作业。工作面开挖出来后，要放线修整边坡，使之平整。
4.1.2钻孔：洛阳铲成孔，入射角度控制在10°～15°，铲头直径对一般土钉要求小于100mm，成孔深度超过土钉设计长度100mm。在洛阳铲不能满足成孔要求时用锚杆钻机成孔。
4.1.3土钉安装：按照设计的各排土钉的长度、直径，加工成合格的土钉。 为使土钉体处于孔的中心位置，每隔2.0m焊结一个居中支架，将土钉安放在孔内，要顺其自然，不可用重物击打。
4.1.4注浆：用注浆泵注浆，素水泥浆的水灰比为0.45～0.55。注浆采用软塑料管从孔底注浆，注满为止，每孔至少在注浆后再补浆1～2次，首先，将符合孔深要求的注浆管插入孔内（距孔底0.5～1.0m），从里向外逐步回撤注浆，达到孔口稍有溢流现象，浆液二次注浆不小于0.4MPa，即可堵口封死。
4.1.5挂钢筋网：在边坡坡面上，按设计方案要求铺上钢筋网，网筋之间用扎丝扎牢，网片之间搭接要牢固，在地表距边坡1.5m处打一排12长约0.6m、间距1.2～1.6m的短钢筋，各钢筋之间用12钢筋焊接起来，便于挂网，基坑上边缘修成比较平缓的弧面，便于雨水流过。
4.1.6焊接加强筋：在土钉端部之间用212（二级钢）钢筋焊结成网片加强筋，压住钢筋网，使土钉、钢筋网和加强筋形成一个整体。
4.1.7焊接锚头：锚头焊接2根100mm长18钢筋，使网筋与土钉紧密连结。
4.1.8喷射砼面层：采用P.042.5级水泥，机制砂、碎石为原料，碎石选用5～10mm，配合比为1：2：2，可加适量速凝剂。施工中要掌握好喷头角度，降低加弹量，保证砼层技术要求。如工作面稳定性较差或遇雨天时可进行初喷，喷射砼面厚3cm，最终喷射混凝土面厚为10cm。
4.1.9养护：要求在喷过的砼终凝两小时后，夏季洒水养护3～7天，防止出现裂缝。
4.1.10施工质量及验收标准：
4.1.10.1认真讨论支护技术方案，做好向施工人员技术交底工作，使大家明确施工工艺，技术要领和质量标准。
4.1.10.2对土钉的安装、注浆、喷砼、焊接等关键工序实行工程技术人员跟班作业，确保质量符合设计要求。
4.1.10.3实行全面质量管理，对每一道工序要严把质量关，符合以下质量标准：
（1）钻孔：孔的水平、垂直间距，允许误差±100mm，孔径允许误差±5mm，成孔的倾角偏差±5%，孔深允许误差±50mm。
（2）挂钢筋网：网格允许误差±20mm，经、纬筋搭接点用扎丝扎牢，搭接长度不小于300mm。
（3）土钉制作：按设计选择材径、长度下料，误差允许为±20mm，稳中架间距1.5～2.0m一个，焊牢。
（4）土钉安装：检验材径，长度和稳中架要符合本孔要求，对号入座。
（5）搅拌浆液：严格按设计要求0.45～0.55的水灰比配料，搅拌均匀。
（6）注浆作业：首先，将符合孔深要求的注浆管插入孔内（距孔底0.5～1.0m），从里向外逐步回撤注浆，达到孔口稍有溢流现象，浆液二次注浆不小于0.4MPa，即可堵口封死。
（7）喷砼：严格按设计要求比例配料搅拌均匀，喷砼时喷浆手要垂直层面喷，注意观察料的水量（不得有干料现象）和回弹情况，及时调整喷浆水量和距离，抽取砼试块。严格掌握喷层厚度，表面平整度要求±20mm。喷砼前，由专人负责检查土钉制作、注浆、挂网等质量是否符合设计要求，下达喷砼指令后才能开始喷砼。
4.2无砂混凝土小桩施工工艺流程.
4.3无砂混凝土小桩施工工艺。
4.3.1放线定位：根据设计图纸要求，现场放线，定好桩的位置。
4.3.2钻孔：机械水冲成孔。边钻孔边冲孔。桩径为200mm，成孔直径要求不小于200mm（以保证无砂混凝土小桩的直径），成孔深度要求低于基坑底部4.2m，钻孔间距按设计要求为1200mm，沿基坑边缘布置，各种尺寸控制在允许误差的范围内。
4.3.3钢管放置及碎石填孔：当孔施工完毕后，先放置D60的钢管，钢管居中，再在钢管的周围填置碎石，碎石填置密实。
4.3.4注浆：注浆采取二次注浆技术，采用注浆泵注浆，注浆泵管口与D60钢管紧密连接，以保证注浆时，能满足压力要求。第一次注浆压力不小于0.4MPa，待第一次注浆初凝时，开始第二次注浆，压力不小于1.5MPa。
4.4砂层的特殊施工工艺。
根据本工程地质勘查报告，深基坑支护范围内有粉细砂层。施工时根据现场实际情况，若粉细砂层土钉墙及无砂混凝土小桩无法成孔施工，则按下列施工措施施工：
4.4.1土钉施工：采用机械成孔，螺旋加护壁管，其它施工工艺同上。
4.4.2无砂混凝土小桩施工：若水冲成孔施工无法成孔，则采用泥浆护壁成孔的方法成孔，其它施工工艺同上。
5. 结论
（1）土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护技术在我国中部地区已鲜有使用，作为一种新的施工技术，其良好的支护能力，优越的经济竞争力，必将成为支护工程中一种优选方案。
（2）随着中部地区经济的快速发展，深基坑支护越来越多，且要求越来越高，故经济和安全的完美结合必然会成为深基坑支护选择的首要条件。本施工技术在深基坑领域的重要性不言而喻。
参考文献
[1]丁敏.深基坑支护细部结构优化及应用研究[D].重庆：重庆大学，2012.
[2]陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用（第二版）[M].北京，中国建筑工业出版社，2000.
[3]黄强.JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1997.
[4]程良奎，杨志银.喷射混凝土与土钉墙[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1998.
[5]袁聚云.基础工程设计原理[M].上海：同济大学出版社，2001.
[6]赵华明.基础工程[M].北京：高等教育出版社，2003.
[7]黄强.深基坑支护工程设计.北京：中国建材工业出版社，2000.
[8]曾宪民，李世丁，王作民.土钉支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[9]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2004.
[10]贺渝，廖维敏.对某基坑土钉的探讨[J].山西建筑，2009，35（32）：99～100.
（3）土钉制作：按设计选择材径、长度下料，误差允许为±20mm，稳中架间距1.5～2.0m一个，焊牢。
（4）土钉安装：检验材径，长度和稳中架要符合本孔要求，对号入座。
（5）搅拌浆液：严格按设计要求0.45～0.55的水灰比配料，搅拌均匀。
（6）注浆作业：首先，将符合孔深要求的注浆管插入孔内（距孔底0.5～1.0m），从里向外逐步回撤注浆，达到孔口稍有溢流现象，浆液二次注浆不小于0.4MPa，即可堵口封死。
（7）喷砼：严格按设计要求比例配料搅拌均匀，喷砼时喷浆手要垂直层面喷，注意观察料的水量（不得有干料现象）和回弹情况，及时调整喷浆水量和距离，抽取砼试块。严格掌握喷层厚度，表面平整度要求±20mm。喷砼前，由专人负责检查土钉制作、注浆、挂网等质量是否符合设计要求，下达喷砼指令后才能开始喷砼。
4.2无砂混凝土小桩施工工艺流程.
4.3无砂混凝土小桩施工工艺。
4.3.1放线定位：根据设计图纸要求，现场放线，定好桩的位置。
4.3.2钻孔：机械水冲成孔。边钻孔边冲孔。桩径为200mm，成孔直径要求不小于200mm（以保证无砂混凝土小桩的直径），成孔深度要求低于基坑底部4.2m，钻孔间距按设计要求为1200mm，沿基坑边缘布置，各种尺寸控制在允许误差的范围内。
4.3.3钢管放置及碎石填孔：当孔施工完毕后，先放置D60的钢管，钢管居中，再在钢管的周围填置碎石，碎石填置密实。
4.3.4注浆：注浆采取二次注浆技术，采用注浆泵注浆，注浆泵管口与D60钢管紧密连接，以保证注浆时，能满足压力要求。第一次注浆压力不小于0.4MPa，待第一次注浆初凝时，开始第二次注浆，压力不小于1.5MPa。
4.4砂层的特殊施工工艺。
根据本工程地质勘查报告，深基坑支护范围内有粉细砂层。施工时根据现场实际情况，若粉细砂层土钉墙及无砂混凝土小桩无法成孔施工，则按下列施工措施施工：
4.4.1土钉施工：采用机械成孔，螺旋加护壁管，其它施工工艺同上。
4.4.2无砂混凝土小桩施工：若水冲成孔施工无法成孔，则采用泥浆护壁成孔的方法成孔，其它施工工艺同上。
5. 结论
（1）土钉墙加无砂混凝土小桩基坑支护技术在我国中部地区已鲜有使用，作为一种新的施工技术，其良好的支护能力，优越的经济竞争力，必将成为支护工程中一种优选方案。
（2）随着中部地区经济的快速发展，深基坑支护越来越多，且要求越来越高，故经济和安全的完美结合必然会成为深基坑支护选择的首要条件。本施工技术在深基坑领域的重要性不言而喻。
参考文献
[1]丁敏.深基坑支护细部结构优化及应用研究[D].重庆：重庆大学，2012.
[2]陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用（第二版）[M].北京，中国建筑工业出版社，2000.
[3]黄强.JGJ120-99《建筑基坑支护技术规程》[S]. 北京：中国建筑工业出版社，1997.
[4]程良奎，杨志银.喷射混凝土与土钉墙[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1998.
[5]袁聚云.基础工程设计原理[M].上海：同济大学出版社，2001.
[6]赵华明.基础工程[M].北京：高等教育出版社，2003.
[7]黄强.深基坑支护工程设计.北京：中国建材工业出版社，2000.
[8]曾宪民，李世丁，王作民.土钉支护设计与施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.
[9]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2004.
[10]贺渝，廖维敏.对某基坑土钉的探讨[J].山西建筑，2009，35（32）：99～100.