土钉(喷锚)支护常见事故的原因及对策探讨

2022-09-10

土钉(喷锚)是以新奥隧道法为理论基础,通过置于土体内短而密的土钉体与土共同作用形成的复合式挡土结构,其充分利用了土体自身的自稳能力并弥补了其抗拉、抗剪强度低的特点,在改变了土体变形及破坏性状的基础上提高了土体的稳定性,该种工艺施工简单、速度快、成本低廉但作为一种尚不完全成熟的工艺,由于涉及或施工原因导致支护事故屡屡发生,不仅会延误工期,并且会导致成本增加,甚至会导致事故朝更严重方向发展,造成巨大的经济损失。

1 常见事故原因分析及对策

1.1 地质因素分析及控制措施

在进行工程施工前除了应满足主体结构的勘察要求外还应对采用基坑支护等特殊要求的部位进行特殊勘察,一般应满足在开挖边界外按开挖深度的1~2倍范围内布置勘测点,如果开挖边界外无法进行勘探点布置时则应通过对周边地质资料进行调查,以便采用合理方案及施工措施来避免支护结构与周围环境之间相互产生负面影响[1]。

1.2 地下水因素及控制措施

若采用土钉支护的基坑周围地下水位较高,则土钉支护在地下水的作用下其面层压力和土钉内力会明显增加,在该力的作用下则容易导致坍坡或坍孔现象,尤其是在粘土内采用土钉支护,土钉的抗拔能力与含水量有很大关系,因此在地下水位较高的地区采用土钉支护则首先应采取坡面排水、堵漏、改管路以及采取井点降水等措施来降低水位。

1.3 设计因素分析及控制措施

在设计时应充分考虑当地的地质条件和周围环境,尤其是周围环境复杂并且建筑基坑对边坡变形要求较为严格时,应进行严密的计算之后再确定具体支护方式以及土钉的各个尺寸。若底层土质为粉质黏土等湿陷性黄土时,该类土体在遇水的情况下非常容易破坏而发生显著沉降最终导致边坡失稳,因此在设计时应充分考虑对其所可能产生的位移进行限制,一般可采取增大土钉长度等加大静止土压力系数的方法加以解决;而当周围土体环境较为复杂采用普通的土钉支护不能满足工程要求时则应考虑采用复合土钉支护,该类支护方式具有针对性强、支护能力强以及能满足限制基坑上部变形、阻止边坡土体内水渗流以及解决开挖面的自立性等特殊工程需要,因而其可突破普通土钉支护的使用禁区并可取得良好的效果;在进行土钉长度设计时一般采取长度为开挖深度的0.6~1.2倍,由于随着支护高度的不同土钉所承受的内力相差也较大,一般中部最大,底部和上部较小,因此中部土钉所承受的内力较大,而顶部土钉对限制支护结构水平位移尤为重要,底部土钉则对抵抗基底滑动、倾覆以及失稳有重要作用,因此在设计过程中可取上下土钉等长或顶部土钉稍长底部土钉稍短;土钉的水平及垂直间距一般为1.2m~2.0m范围内,对于土质条件较差的地层为了保证土钉的支护能力可采取减小土钉间距,增加土钉长度的方法,对于土质较好的地层则可适当减小土钉长度或增大土钉间距[2]。

1.4 超挖因素分析及控制措施

采用土钉支护工艺的基坑支护工程中土钉施工应紧随作业面施工,并随挖随支,且其开挖过程中应采取分层分段开挖,并应保证支护工作虽开挖进行,其每层的开挖深度应随地质条件不同而异,一般应控制在1.2m~2.5m范围内。若在开挖过程中不按要求施工,不按支护特点进行分层开挖而出现超挖现象,则将导致开挖后的作业面自稳时间变短,在土钉未安设或未发挥作用前边坡则出现局部坍落,进而导致地表出现裂缝最终由于边坡整体位移超过其允许范围而产生坍落现象[3]。

1.5 坡顶防水因素及控制措施

在边坡开挖及支护过程中若出现坡度偏陡甚至返坡现象等与设计坡面不符的情况,将会导致实际情况较设计情况不利的现象,或边坡附近存在雨污水管,其内部水渗漏后滞留在回填土内,尤其是在雨季施工时大量渗漏水或雨水滞留在土体及坑内等,则都会导致边坡土体含水量增大,土体力学强度降低,土体的侧压力增大最终使土钉的抗拔能力降低,最终将会导致边坡位移增大继而出现滑移的趋势。

1.6 土钉灌浆因素及控制措施

施工中若出现部分土钉长度达不到设计值,灌浆后导致灌浆压力不足、充盈系数不够,或部分土钉方向及角度不规范等现象均可导致土钉的实际工作长度不够等;或部分土钉间距大于设计值或部分土钉未安设加强钢筋,或钢筋与土钉连接不牢固以及灌浆压力不足或灌浆量不足等导致土钉与土体间的传力体系无法正常发挥作用也将会影响土钉的整体受力状态;或在灌浆过程中所使用的水泥浆液水灰比过大,导致灌入的浆液部分渗入土体,导致破坏周围土体的力学性质,最终则会产生湿陷并导致边坡滑移;在施工过程中私自缩短锚杆或使用预应力的部位取消了预应力以及未采取灌浆锚固等偷工减料行为均会使支护结构失去抗滑移性能、降低锚固力最终导致其自稳能力降低甚至消失,同时施工中将钢筋网更换为薄钢板网以及私自减薄喷面等均可降低边坡的自立能力,最终导致边坡失稳[4]。

1.7 地表水因素及控制措施

在采用土钉支护的工艺施工中由于强降雨以及地下管道的渗漏等均可对边坡的自稳能力起到强烈的破坏作用。支护中的喷网对外起防水的作用,若边坡内侧存在排水或雨水管路等水源则喷网则会阻碍水的外排,继而形成出水量小于进水量的现状,根据土体内的有效应力原理,随着土体内含水量的增加,其抗剪强度将明显下降,适值雨季施工时若边坡顶未进行良好封闭导致雨水渗入土体,则也会导致土体以及最终的边坡失稳;若边坡内土体为粘土,其内部一旦发生裂隙并且土体内部含有管路,则管路内一旦有渗漏其将会随着裂隙流出,一旦遇到强降雨现象则将导致水压和流速猛增,内部缝隙将会被冲刷成滑移面,其与渗入的水共同作用将会成为滑坡,若内部渗水不充分则可能出现上稳下垮的破坏形式,即只在边坡下部出现土体被“撕裂”的口子;由于粘土具有超固结特点及湿胀干缩的潜势,其内部一旦渗入水后则不仅可破坏土体的固结特性,其内部产生的膨胀力也可以克服支护作用产生的锚固力,因而出现喷网被挤破的现象,最终导致边坡丧失自理能力发生边坡失稳的结局。