摘要：本文叙述了混凝土在高压空气作用下高速喷向受喷面，在喷层与土层面产生嵌固效应。锚杆深固于土体内部，主动支护土体，并与土体共同作用，有效保持和提高围土强度，使土体变荷载为支护结构。钢筋网能有效地调整喷层与锚杆内应力分布，增强支护体的柔性和整体性，将传统支护被动受力结构体系变为主动受力结构体系。该文以某办公楼为例，对土钉墙支护技术加以介绍。
1工程概况
某办公楼基坑开挖深度为4.10m，四周场地狭小，不能直接放坡开挖，需要进行基坑支护。经验算，水泥搅拌桩、松木桩不能满足抵抗土体压力的要求，若采用沉管灌注桩和搅拌桩相结合的方案，不但工期长，而且造价相对较高，综合比较后决定采用土钉墙支护技术。
2工程地质条件
根据地质勘察报告，该场地地下水埋深1.70～1.92m，为浅表孔隙潜水，对混凝土无侵蚀性，基坑影响范围内的地层分布叙述如下：第1层：①号土，人工杂填土：厚度2.68～3.45m，土体灰色，含砖头碎石，局部夹有大量块石及粉质粘土，土质不均匀，具高压缩性。第2层：③号土，淤泥质粘土：厚度2.68～4.03m，土体灰色，很湿，软流塑状，具高压缩性，基坑底落在该层土上。第3层：④号土，可塑粘土：厚度0.85～2.03m，土体灰黄褐色，稍湿，中压缩性。
3土钉墙支护各组成部分参数的确定及设计计算
鉴于该场地施工条件及工程地质条件，为了确保开挖后边坡的稳定与安全，同时降低造价，在场地允许的范围内，先将基坑土挖去1～1.5m深，边壁外四周按1∶1比例放坡，以减少土体压力。由于基坑作用在③号淤泥质粘土层上，施工时需采取基底的抗滑措施，即在开挖前先打一排超前锚杆(Ф18@300长3000)以阻止基坑土的隆起，俗称“烂脚”。
3.1锚杆各参数的确定、注浆的控制、支护面层的做法
3.1.1水平锚杆间距
根据目前的理论和实践，锚杆的间距大小与土体的整体作用之间尚不能给出明确的定量关系。为了便于操作及减少土体的扰动，锚杆纵、横间距一般取1.0～2.0m，上下锚杆交错排列。该工程锚杆双向间距均取1.0m。
3.1.2锚杆的长度
在支护深度范围内，锚杆内力一般为中部大、上部和底部较小。中部锚杆所起的作用至关重要，顶部锚杆主要作用是限制支护的最大水平位移，底部锚杆主要用于抵抗基底滑动，防止围护体系倾覆或失稳。所以一般做法顶部锚杆稍长，底部锚杆稍短。
根据经验及相关规定，在非饱和土中，锚杆有效长度L与开挖深度H之比为La/H=0.6～1.2之间。该工程上排锚杆长度取7m，下排锚杆长度取6m。
3.1.3锚杆直径
锚杆常用材料通常为Ф18～Ф32的Ⅱ级螺纹钢或Ф50钢管L5×50×50角钢也有使用。该工程根据地质条件及锚杆的间距采用Ф18螺纹钢。
3.1.4锚杆倾角
θ锚杆倾角一般不宜过大，常取值0～20°，以方便注浆为目的，尽量小角度置入，具体施工时倾角也不易精确控制。该工程按最不利情况考虑，取=20°。
3.1.5注浆的控制
注浆材料一般用水泥砂浆或水泥素浆，根据工程地质情况及施工安排可适当掺加早凝剂或减水剂。该工程采用525级普通硅酸盐纯水泥浆，水灰比为1∶0.5，注浆的控制是通过注浆机压力表的读数值来控制的，注浆压力一般不大于上覆土压力的2倍，同时也不得大于8MPa。止浆塞安放的好坏，注浆排气管放置的正确与否，直接影响注浆压力值的读取及注浆饱满度。
3.1.6支护面层
土钉墙围护设计中，面层的工作机理尚不明确，只能根据通常做法按构造规定的厚度及配筋喷射混凝土，往往不做计算。该工程采用C25厚150mm内配6@200双向单层钢筋。喷射混凝土配合比按GBJ86285《锚杆喷射混凝土支护技术规范》配制。
根据试验质量配比：水∶水泥∶砂∶石子=0.4∶1∶2∶2。实际施工时根据天气情况、基坑地质情况、施工单位现场调整配合比。
3.2设计计算
3该工程土体内粘聚力C取23kPa，内摩擦角Ψ取21°，土体重度γ取20kN/m，地面堆载q取18kPa
3.2.1土钉(锚杆)长度和截面的验算
按土体侧压力全部由土钉承担的原则，将土钉所在深度Z处的侧压力e乘以土钉纵向间距Sv和横向间距Sh，即为土钉所受的最大拉力T。按最不利条件考虑，以第2排土钉为计算对象，取Z=3m。)土体侧压力e=(γZ+q)Ka其中：Ka=tan2(45°-Ψ/2=0.47故：T=eSvSh=38.46kN土钉的设计长度根据滑移面由下式确定：L设=Lo+La+0.15H/cos(45°-Ψ/2-θ)其中：La=K1T/πDτ；K1为安全系数取1.5；D为土钉孔径按100mm计τ为周围土体的界面粘结强度查表取42kPa。经计算L设=5.648m故此实际取第2排土钉长为6m，第1排土钉适当加长取7m。
土钉钢筋截面的取定由下式确定：
Ag=K2T/fy式中fy为钢筋的抗拉强度设计值310N/mm2；K2
为相应安全系数取1.2。经计算Ag=148.88mm2故此Φ18满足强度要求。
3.2.2边坡内部整体稳定性验算
按圆弧滑动面条分法进行简化计算，其总安全系数为K总。
式中，Wi、Qi为作用于土条i的土体自重和荷载(kN/m)；αi为土条i圆弧滑裂面切线与水平面之间的夹角(°)；△i为土条i的宽度m）；Ψi为土条i圆弧破坏面所处第j层的内摩擦角(°)；Cj为土条i圆弧破坏面所处第j层的内粘聚力(°)；TRK为破坏面上第K排锚杆的最大抗力；βK为第K排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角(°)；Sh为第K排土钉的横向间距。经计算本工程稳定性总安全系数K总>1.2。
3.2.3外部整体稳定验算
（1）抗滑移验算
为简化计算土钉墙背摩擦角δ取0，墙体宽度B取5m，墙底土体粘结强度C1取42kPa，于是有土钉墙所受主动土压力Ea=(γH2/2+qB)Ka=121.26Kh=(γHB+qB)tanΨ+BC1/Ea=2.52>1.5
（2）抗倾覆验算
K=(WB/2+qB2/2)/(EaH/3)=2.15>1.5
（3）基坑底稳定验算
Φ基坑底部已打有18@300长3000m超前锚杆，无需再验算。
经计算后该工程土钉墙具体参数确定如下：
①土钉由Ф18螺纹钢和Ф6圆钢（井字销头）制作，倾角20°安装
第1排：Ф18@1000长7000
第2排：Ф18@1000长6000
超前锚杆：Ф18@300长3000；
②钢筋网Ф6@200双向单层满布；
③喷射混凝土：设计强度等级：C25，边壁喷混凝土厚150mm。
4土钉墙支护技术与其它支护方案几种方案比较
5结论
综合土钉墙支护技术，在达到支护边坡稳定安全的同时，它还具有以下优点：
（1）相对于灌注桩围护方案，具有投资经济，造价可降低20%以上。
（2）随基坑土方开挖，即可施工支护，不占和少占作业时间。一旦土方开挖完成，边坡支护也基本结束。
（3）作为一种静态施工方法，施工噪声和振动小，无污染，施工文明。
（4）施工不单独占用场地，工艺简单，设备小，可以最大限度地利用施工场地。
（5）相对于内支撑加固，不占用空间，给挖土、结构施工带来很大方便。
（6）施工时应做好全面监测工作，及时把边坡水平位移、周围建筑物及塔吊的沉降与倾斜、土钉的应力变化数据记录汇总，发现异常情况，做好应急与抢险工作。
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