土钉支护在毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路工程中的应用

土钉支护在毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路工程中的应用

张振伟

中国水利水电第九工程局有限公司  贵州贵阳  550081

摘要：为满足重型车辆通行对道路的需求，本文以毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路工程为研究对象，该道路为小区内部永久道路，位于半山腰。在研究过程中，本文探索了土钉支护技术在道路工程中的应用路径，从土钉支护设计和施工两个方面出发，提出土钉支护技术的具体应用策略。研究认为道路工程中采用土钉支护技术前，要先调查工程现场的水文地质状况，合理确定土钉支护结构部件和施工参数，在正式施工前做好技术交底和施工准备工作，在保证设计方案合理的前提下按技术标准进行规范化施工，在保障土钉支护技术应用效果的同时，提高西海岸高端别墅道路工程的质量和稳定性。

关键词：土钉支护；道路工程；道路边坡

引言：在建筑工程中，进场道路是建筑工程施工中工程机械和施工材料运输的唯一道路，道路稳定性影响着建筑工程施工的正常进行，属于建筑工程的基础。在沿海设置的建筑工程项目中，进场道路稳定性受到的挑战较大，要想满足大量重型车辆运输对道路承载力和稳定性的需求，必须做好进场道路的边坡支护施工，通过合理设置土钉支护结构的方式提高进场道路的承载力和稳定性[1]。

一、工程概况

毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目位于毛里求斯黑河区（西海岸），主要施工内容包括：1)新建1.64km道路；2)约130000m³土石方开挖；3)约12620m锚杆施工；4)约3775m2边坡喷混施工；5)约2171m混凝土水沟制安；6)420m浆砌石水沟施工；7）小区内水、电、通讯管网铺设以及水塔施工等。毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目见图1。

图1 毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目示意图

根据地质勘察结果，本工程的土层物理力学参数见表1。

表1 土层物理力学参数

二、进场道路工程土钉支护设计

（一）土钉支护设计原则

在土钉支护设计前，设计人员要进行现场调研，全面掌握进场道路边坡水文地质、工程勘察资料，掌握进场道路工程的土层类型、地下水埋深和土层力学参数，深入调查地下水类型、压力、水量及其动态变化情况[2]，考虑土体物理力学参数和土钉与周边土体之间的界面粘结力参数，除了要考虑土体自重外还要考虑施工过程中道路表面荷载，如重型车辆荷载、施工材料荷载等，确定好施工现场实际情况的条件下合理选择设计土钉支护结构，选定土钉支护施工的相关参数。

（二）土钉选择

在选择道路边坡支护土钉时，设计人员可以结合工程现场的地质条件，计算土层对土钉抗力的影响，根据不同类型土钉的抗力条件，选择最适合道路边坡的土钉。在选择土钉时，设计人员可以模拟普通拉力条件下不同类型土钉的损伤情况，计算公式如下：

（1）

式（1）中，为普通拉力作用下土钉抗力；为土钉直径；为屈服强度标准值。

随后计算较大拉力和特大拉力下土钉的破坏情况，计算公式见式（2）（3）：

（2）

（3）

式（2）（3）中，为较大拉力作用下土钉抗力；为土钉孔径；为土钉伸入土体的长度；为土钉剪力；为特大拉力作用下土钉抗力；为水平倾角时土钉伸入土体的长度；为支护面赋予土钉端部的拉力。

根据不同类型土钉在不同拉力作用下的计算结果，本文最终选择注浆定作为道路支护土钉。

（三）结构部件及参数设计

在毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路工程中，土钉支护结构的作用机理是利用土钉将潜在滑裂面前的主动区的复合土体视作具有自承能力的稳定土体，避免土体发生侧向位移，支承未加筋区域土体的侧压力，提升边坡的稳定性，即通过对土体进行加筋形成类重力式挡土墙。

在土钉支护结构设计时，设计人员可以根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）的规定以及现场实际情况，合理确定土钉结构的部件和相关参数。

本工程中，道路工程的土钉支护结构采用的部件有土钉钢筋、钢筋网喷混凝土面层等[3]。土钉支护结构设计可以根据土体物理力学参数、土钉及周边土体的界面粘结力参数，在考虑地下水位和土体含水量变化对这些参数影响的前提下，选择HRB400钢筋和Ⅱ级与Ⅲ级热轧钢筋作为土钉钢筋。土钉的基本参数见表2。

表2 土钉及钢筋网基本参数

在确定土钉其他参数时，设计者需要考虑以下问题：

（1）根据进场道路的边坡稳定性确定潜在滑动面，从而计算土钉长度。土钉长度通常要超过潜在滑动面至少3m，若滑动面下的稳定坡体为岩层，可以适当缩短土钉的长度；

（2）土钉的水平与竖向间距控制在1~2m左右，若坡体属于比较松散的边坡，可以适当缩小土钉的水平与竖向间距，若边坡属于岩质边坡，且岩质边坡保存比较完整，可以适当增加边坡的间距，具体可以根据工程区域的实际情况来确定。

（3）土钉向下的倾角一般控制在0°~30°之间，在利用重力向孔内注浆时，土钉最小倾角不得小于15°；压力注浆且采取排气措施时，土钉倾角尽量接近水平；土钉支护施工中若上层土比较软弱，可以适当增加倾角，使土钉插入更适合的下层土中。

（4）土钉和钢筋网之间可以设置加强筋进行连接，两者之间的锚座可以采用钢板或焊接钢筋制作，为确保土钉位于浆体中央，可以每间隔2~3m设置支撑钢筋焊接的对中支架。

三、土钉支护施工要点

（一）施工准备

在道路土钉支护施工前，施工单位要先做好施工准备工作。

一是做好技术交底工作，组织施工人员阅读设计图纸，明确设计意图和设计标准，掌握道路工程中土钉支护施工技术要点，确保各专业施工人员对土钉支护设计方案做到心中有数。

二是组织施工机具进场，检查各类机械设备的运行状况，做好施工机具的调试工作，确保各类机械能够正常使用。本工程的施工机具见表3。

表3 主要施工机具

三是根据施工需求，组织各类施工材料进场，根据施工需求制作土钉、配置混凝土。

（二）边坡开挖

在道路工程土钉支护施工前，施工单位要根据设计图纸，采用全站仪做好测量放样工作，确定好开挖边线与高程，采用打木桩、红油漆等方式进行现场标注。在完成测量放样工作后，施工单位要先清理进场道路，开挖表土，修建临时道路，在施工现场做好风、水、电等附属设施的布置工作。做好边坡开挖的准备工作后，施工单位需要及时进行土石方开挖。

图2 毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路边坡示意图

一是土方开挖，先进行开挖边线放样，开挖边线每间隔20m设置一个控制桩，开挖边线控制桩之间使用撒白灰作为开挖起始线。在土方开挖时，施工单位需要将弃土集中运输至弃渣场集中堆放，开挖采用自上而下、分层开挖的方式，分层开挖厚度控制在2.5m~3m左右，坡面粗挖距设计坡面线约0.5~1.0m处后采用挖掘机修坡，局部进行人工修坡，避免超挖、少挖[4]。在土方开挖过程中，施工单位随时检查道路开挖的高程、高度、宽度和开挖坡度等，在边坡开挖时要设置临时截排水沟。

二是石方开挖，采用破碎锤进行破碎，再采用挖掘机、自卸车等将弃料集中运输和堆放在弃料场。

在边坡开挖施工中，施工单位如遭遇特殊天气，应及时调整施工方案，采取分层开挖和分层支护的方式，每开挖一层立即进行支护，避免外部环境影响道路边坡的稳定性。

（三）搭设脚手架

本工程道路边坡开挖高度较大，在土钉支护施工前需要先搭设脚手架。本工程脚手架采用双排式落地式脚手架，脚手架安全等级为Ⅱ级，钢管类型为Φ48×2.5，最大搭设高度5.7m，立杆的步距、纵距与跨距分别为1.8m、1.5m、1.05m，内立杆与边坡间距控制在0.3m左右。在搭设脚手架前，施工单位需要先处理好地基基础，确定好立杆位置，搭设首层脚手架时要按照设计要求设置好斜支撑，随后分别做好立杆、纵向水平杆、剪刀撑、脚手板、连墙件等的设置工作，根据土钉支护施工需求设置好施工平台，检查施工平台的稳定性和安全性，为后续施工做好铺垫。

一是做好测量放样工作，确定好安装脚手架的位置，提前把控好内外立杆与坡面的距离，做好标记工作；在定位线上设置垫板和底座，检查垫板的平整性；第一层脚手架搭设时要按照设计要求设置斜支撑。

二是使用直角扣件设置立杆，立杆设置在脚手架交接部位，邻近两根立杆的接头要避免同步和同跨，高度方向的错开距离不得小于50cm；上下立杆交接部位，需要选择其中一根进行连接，连接采用旋转扣件。

三是使用对接扣件连接纵向水平杆，控制好纵向水平杆的搭接长度，采用交错布置的方式对接纵向水平杆，避免邻近两根纵向水平杆接头同步和同跨。

四是确定剪刀撑的位置，本工程主要设置在外架外侧两端、周边和中部，设置顺序为从底部向顶部依次进行，此时要严格控制剪刀撑与地面的角度，根据地势条件角度区间应控制在45°~60°左右，同时要控制好剪刀撑的宽度，采取竖向连续设置的方式设置中部剪刀撑，按每间隔两步设置一道水平剪刀撑的方式，将剪刀撑设置在转角位置。

五是铺设脚手板，最少以三根横向水平杆为脚手板的支撑件，并使用螺栓将脚手板两端固定牢固，避免脚手板在受力时发生倾斜。脚手板采用综合对接搭接的方式，如对接脚手板时，接头要设置2根横向水平杆。

六是设置连墙件，根据设计要求提前确定拉结点位置，使连墙件与坡面呈垂直角度，若无法满足这一条件，可以在架体下端设置斜连接，从脚手架底层逐步向上设置，若连墙件设置受阻还可以采用其他固定脚手架的方法，检查好拉结点的固定情况，在设置好连墙件后及时拆除斜支撑。

（四）锚杆制作

在土钉支护施工前，施工单位要根据设计图纸提前制作锚杆，严格检查锚杆的尺寸、直径等，做好锚杆材料的保护工作。在制作锚杆前，钢筋必须平直，提起那做好除油、除锈等处理，钢筋接头采用直螺纹机械套丝进行连接，锚杆连接在锚孔孔口位置，在锚杆有锚固段范围内每间隔1.5~2.0m设置对中支架，对中支架的材料采用Φ8钢筋焊接在锚杆端部固定端的主筋上，每组对中支架为3个，每个对中支架的夹角控制在120°左右。

（五）土钉孔钻孔

本工程的土钉孔直径为100mm，在钻孔前要按照设计要求测出成孔位置，做好详细标记工作，成孔时如遇到障碍物需要适当调整孔位，孔位调整方案要经过监理工程师审核确定。本工程的土钉孔成孔主要采用浅孔钻机钻孔，钻进时要缓慢推进钻头，严格控制好钻进的速度，在达到一定深度且土体稳定时可以适当加快钻进速度[5]。在钻孔施工中，施工人员要定期检查钻头的磨损情况，及时更换磨损严重的钻头，避免钻头磨损过于严重影响成孔质量，确保所有成孔直径达到设计标准。钻孔不能扰动周围的地层，钻孔后采用高压风吹扫2~3min清孔，吹出孔内的渣土，处理好孔内局部渗水、塌孔等，成孔后及时安装土钉并进行灌浆。钻孔施工结束后，监理人员要检查成孔质量，重点检查土钉孔的孔位、方位、倾角等，在所有成孔检查合格后进行验收。

（六）土钉安装

本工程采用的土钉材质有HRB400钢筋和Ⅱ级与Ⅲ级热轧钢筋，需要先设置定位支架，确保钢筋处于钻孔的中心位置，中心支架沿土钉长度的间距控制在2~3m左右，支架构造不能妨碍灌浆时浆液的自由流动，支架材料选择金属材料。在安装土钉时，施工人员将土钉安装好并在确定土钉安装精度后要立即进行灌浆，灌浆采取压力注浆的方式，先将一次注浆管放入距孔底250~500mm处，在孔口设置止浆塞和排气孔，采取低压注浆的方式，在压力注浆的同时缓慢均匀地撤出注浆管。在灌浆时，施工人员要保证导管出浆口始终在孔中浆体表面以下，确保孔中的气体可以全部冒出，导管距离孔口约0.5~1.0时调节为高压注浆，直至钻孔注满，并保持3~5min高压。在土钉安装施工中，灌浆使用的水泥浆液要提前进行配合比设计，采用试验测试的方法选择性能最佳的配合比设计方案，在保证水泥浆液整体性能的条件下，提升土钉的稳定性，以便最大限度发挥土钉结构对进场道路边坡的支护作用。

（七）挂网和喷射混凝土

在挂网时，施工单位要根据坡面设计要求，在土钉孔内水泥浆液养护结束后，及时绑扎钢筋网。在挂网时，本工程采用采购的成品钢筋网片，在钢筋网片运达施工现场后，需要施工人员严格检查钢筋网片的情况，随后进行钢筋网片的绑扎工作。在绑扎钢筋网片时，施工人员确保钢筋网上每根钢筋一一对应，钢筋与钢筋之间的最小搭接长度为30cm，若需要采用加强筋可以将推动弯钩和螺纹筋进行焊接，在钢筋网上设置土钉锚固装置，避免喷射混凝土时钢筋网出现晃动的情况。

在喷射混凝土时，施工单位需要喷射钢筋网后方，再喷射钢筋网前方，避免钢筋网背部空隙较大，采用加强筋和承压垫板将钢筋网和土钉连接。本工程在进行喷射混凝土施工时，混凝土采用细石混凝土，混凝土喷射顺序采用自上而下的顺序。在正式施工中，施工人员要控制好喷头和坡面的距离，严格控制喷射混凝土层、钢筋网片保护层的厚度，在喷射混凝土施工结束后由监理单位进行检查验收，如土钉长度、边坡开挖厚度、土钉抗拔承载力等，检查土钉面层厚度、位置及直径等施工关键参数，保证土钉支护施工的质量[6]。如进行土钉抗拔试验，根据试验结果判断土钉支护施工质量是否合格，若抗拔试验不合格，需要及时采取处理措施。

图3 毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路示意图

结语：综上所述，本文以毛里求斯传奇山庄小区基础设施项目道路工程为研究切入点，结合工程地质条件和施工需求，对道路边坡的土钉支护施工技术进行了研究，先分析了土钉支护施工设计要点，在确定土钉支护施工关键参数的基础上，分析了土钉支护施工技术要点。本文认为在道路工程中，土钉支护施工能提高道路的边坡稳定性，提高道路承受重型车辆荷载的能力，需要施工单位严格把控好设计参数和施工工序，根据设计要求规范施工行为，并通过检查验收保证土钉支护施工质量，只有这样进场道路工程才能为建筑工程施工奠定坚实的基础。

参考文献

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