土钉墙支护技术

土钉墙支护技术

土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和面板组成。天然土体通过土钉就地实施加固并与喷射混凝土面板相结合，形成一个类似重力式墙的土挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力和其他力量，从而使得开挖坡面稳定。我们将这个土墙称为土钉墙。土钉融合了锚杆挡墙和加筋土墙的长处，应用于基坑支护和挖方边坡稳定，有以下特点：形成土钉墙复合体，显著提高了边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力；设备简单。由于钉长一般比锚杆的长度小的多，故所用的施工设备要简单，不论是钻孔、注浆，还是喷射混凝土面板，施工单位均易办 到；随基坑开挖逐次分段施工作业，不占和少占单独作业时间，施工效率高，一旦开挖完成，土钉墙也就建好了，这一点对膨胀土的边坡尤其重要。施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小，放坡的困难，有相邻低层建筑或堆放材料、大型护坡施工机械不能进场时，该技术尤其显示其优越性。土钉墙成本费用比护坡桩、板桩支撑墙等明显降低；土钉是用低强度钢材制作的，与永久性锚杆相比，大大地减少了防腐的麻烦；施工噪音低，振动小；土钉墙本身的变形很小，对邻近建筑影响不大；土钉墙适合于地下水位以上或经排降水措施后的杂填土、普通粘性土和非松散砂土边坡。一般认为，土钉墙适合于N 值在5 以下的砂质土和N 值在3 以上的粘性土。

（一）土钉墙的作用原理

土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但是土体具有一定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，在超过这个深度或者在超载及其它因素影响下将发生突发性整体破坏。一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后土侧压力，防止土体整体稳定性破坏。土钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。因此，通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合体，不仅有效地提高了土体整体刚度，又弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用，土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了整体稳定性。

（二）土钉墙的设计步骤

1、确定土钉墙的平面和剖面尺寸及分段施工高度；

2、确定土钉的布置方式和间距；

3、确定土钉的直径、长度和倾角以及在空间的方向；

4、确定土钉钢筋的类型、直径和构造；

5、注浆配比设计、注浆方式；

6、喷射混凝土面板设计及坡顶防护设计；

7、进行整体和内部稳定分析；

8、施工图设计及说明；

9、现场量测和质量控制设计。

（三）土钉墙的施工

1、工作面开挖

土钉墙施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，在砂性土中每次开挖高度为0.5－2.0m，在粘性土中可以增大一些。开挖高度一般与土钉竖向间距相同，便于土钉施工。每层开挖的纵向长度，取决于土体维持不变形的最长时间和施工流程的相互衔接，一般多用10m 长。开挖用的机具应对土的扰动破坏最小，最后必须形成一个光滑而规则的坡面。在用挖土机挖土时，应辅以人工修整。

2、钢筋网喷射混凝土面层

一般情况下，为了防止土体松弛和崩解必须尽快做第一层面层，根据地层的性质，可以在安设土钉之前做，也可以放置土钉之后做。对于临时支护来说，面层一般做一层，厚度50－150mm，而对永久性支护则多用两层或三层，厚度为100－300mm。喷射混凝土强度等级不应低于C15，混凝土中水泥含量不低于300Kg/m3，喷射混凝土最大骨料尺寸不大于15mm，通常为10mm。两次喷射作业应留下一定的时间间隔，为使施工搭接方便，每层下部300mm 暂不喷射，并做成45°的斜面形状。为了使土钉同面层能很好地连结成整体，一般在面层与土钉交接中间加一块承压板。承压板后一般放4－8 根加强钢筋。在喷射混凝土中，一般配置一定数量的钢筋网，钢筋网对加强面板的作用和调整面层应力有重要的意义。钢筋网间距通常200－300mm见方，钢筋直径为φ6－φ10，在喷射混凝土面板中配置1－2 层。

3、安设土钉

一般情况下，土钉可使用锚杆工程中好的经验和规定。对注浆式土钉来说，钻孔直径一般为70－150mm，常用保护层厚度为25mm。由于土钉是群体起作用，故对钻孔误差的要求不像锚杆那样严格，且注浆可不加压力。

4、钉及其防腐

随着科学技术的不断发展，可使用各种聚合材料作为钉杆材料，但目前实践中仍多用钢筋，打入式土钉则多用50×50×5mm 或60×60×6mm 角钢和粗螺纹钢筋。一般情况下，防止土钉的锈蚀多用水泥砂浆，有时可在钢筋表面涂一层防锈涂料。对永久工程来说，防腐工作应加强。为了使钢筋位于钻孔的中心，必须每两米安设一套定位置。

5、边坡表面处理

对临时支护的土钉工程来说，只要求喷射混凝土同边坡面很好地粘结在一起就行了。而对永久工程来说，边坡表面还必须考虑美观的要求，有时使用预制的面板。同一般挡土墙相同，面板背面要有适当的排水措施。

6、量测和检测

土钉墙的变形监测，可在面板后的土体中钻孔，安设测斜仪来观测地下地体的变形情况。用经纬仪在施工中和施工后对整个边坡作整体变形的观测，这对掌握工程的整体效果有重要的价值。

（四）土钉墙的优势与局限性

土钉墙的优势，土钉做为一种施工技术其优势在于四个方面：

1、经济效益。按照欧洲专家的说法，开挖大约10m 深的土坑，采用土钉比采用锚杆地下连续墙或柏林墙投资可节约10～30%。而我国的经验则表明若采用土钉+锚杆比挖孔+锚杆在软土基坑边坡支护可节约40%的投资。

2、施工设备。土筋施工钻具和混凝土喷枪尺寸小，轻便、噪音低。这在城市环境噪音、振动和进场可能造成问题时是一个很大的优点，同样在外地不可能调运大型设备打桩时也是一个很大的优点。

3、施工灵活性。土钉的施工速度快，施工开挖容易成形，是一项富有灵活性的技术。在开挖过程中较易适应不同的土层条件和施工程序。

4、效果。现场观测表明，使土筋发挥作用所需要的总位移很小，这一般相

当于Peck（1969）分类中良好支挡系统（第I 类）的位移，另外土钉能在开挖后立即施工，紧随开挖面。这可减免土层扰动和减低引起近邻建筑物破坏的可能性。

土钉墙的局限性，土钉墙在其应用上也有一定的局限性，这主要是：

1、土钉施工时一般要先开挖1～2m 深，在喷射混凝土和安装土钉前需要在无支护情况下稳定至少几个小时，因此土层必须有一定的天然“凝聚力”或胶结力。否则，需先进行处理，如进行灌浆或喷浆等来维持坡面稳定，但这样会使施工复杂和造价加大。

2、土钉施工时要求坡面无水渗出。若地下水从坡面渗出，则开挖坡面会出现局部坍滑，这样就不可能开成喷射混凝土面。

3、在软土中开挖支护不宜采用土钉。软土摩擦力小，为获得一定的稳定性，势必要求土筋长，密度高。这时采用抗滑桩或锚杆地下连续墙较为适宜。