1.前言

 

　　土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它由被加固土、放置于原位土体中的细长金属杆件（土钉）及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似重力式墙的挡土墙。以此来抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使开挖坡面稳定。

 

　　土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通过直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与其周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板予以约束。

 

　　2.土钉墙的应用领域、适用条件及作用机理

 

　　2.1土钉墙的应用领域、土钉墙不仅用于临时构筑物，而且也用于永久构筑物。当用于永久性构筑物时，宜增加喷射混凝土层或敷设预制板，并有必要考虑外表的美观。

 

　　目前土钉墙的应用领域主要有：

 

　　2.1.1托换基础；

 

　　2.1.2基坑或竖井的支挡；

 

　　2.1.3斜坡面的挡土墙；

 

　　2.1.4斜坡面的稳定；

 

　　2.1.5与锚杆相结合做斜面的防护。

 

　　2.2土钉墙的使用条件。

 

　　土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固。

 

　　土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡围护，当土钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加。

 

　　土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。

 

　　2.3土钉墙的作用机理。

 

　　土钉墙是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用，还能改变土坡的变形和破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。

 

　　土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点：

 

　　2.3.1箍束骨架作用。

 

　　该作用是由土钉本身的刚度和强度以及它在土体内的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。

 

　　2.3.2分担作用。

 

　　在复合土体内，土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由于土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯强度，所以当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这是土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体碎裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。

 

　　2.3.3应力传递与扩散作用。

 

　　在同等荷载作用下，由土钉加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。

 

　　2.3.4坡面变形的约束作用。

 

　　在坡面上设置的与土钉练成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸载、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果，限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束作用，这对土体开裂变形阶段尤为重要。

 

　　3.土钉墙边坡支护的施工材料及机具

 

　　3.1原材料。

 

　　土钉钢筋使用前应拉直、除锈、涂油；优先选用425号普通硅酸盐水泥；采用干净的中粗砂，含泥量小于5％；采用干净的圆砾，粒径2～4mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。

 

　　3.2施工机具。

 

　　土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用(冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲等)能完成设计要求的有效机具；注浆泵选用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续均匀，输送水平距离不小于100m，垂直距离不宜小于30m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求；搅拌方法采用现场人工拌和或混凝土搅拌机搅拌。

 

　　4.土钉墙边坡支护的施工工艺

 

　　土钉墙的施工流程为：挖土→整理坡面→初喷→打孔眼→插杆→灌注→挂网→复喷。

 

　　4.1开挖整理坡面。

 

　　土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，在完成上一层作业面与喷射混凝土以前，不得进行下一层深度的开挖。实际工程中常取基坑每层挖深与土钉竖向间距相等，一般为1.5m。

 

　　4.2初喷。

 

　　为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土的强度等级不应低于C15，混凝土土中水泥含量不宜低于400Kg/m?3。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，一般为10mm。

 

　　4.3钻孔。

 

　　钻孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记及编号。当成孔过程中遇到障碍物需调整孔位时，不得损害支护结构设计原定的安全程度。采用的机具应符合土层特点，满足设计要求，在进钻和抽出钻杆过程中不得引起土体坍孔。成孔过程中应由专人做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出土体的特征、成孔质量、事故处理等。

 

　　土钉钻孔的质量应符合下列规定：

 

　　a.孔位允许偏差：±150mm

 

　　b.孔径允许偏差：+20mm～-5mm

 

　　c.孔深允许偏差：+200mm～-50mm

 

　　d.倾角允许偏差：±3°

 

　　4.4插杆与注浆。

 

　　插入土钉钢筋前要进行清孔检查，若孔内出现局部渗水或掉落松土应立即处理。放置的钢筋一般采用Ⅱ级螺纹钢筋，为保证钢筋在孔中的位置，在钢筋上每隔2～3m焊置一个定位架。

 

　　在插筋的同时，用加筋杆将注浆管带进离孔底0.3m左右的地方，然后进行灌注，注浆材料可采用纯水泥浆或水泥砂浆，纯水泥浆可采用425号普通硅酸盐水泥用搅拌装置按水灰比0.45左右搅拌，水泥砂浆采用1：2～1：3的配合比用砂浆搅拌机搅拌。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。

 

　　4.5挂网。

 

　　上道工序完工后，按设计要求，将钢筋网固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件(如槽钢等)连接在一起，以进一步加强支护强度。

 

　　4.6复喷。

 

　　挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度达到设计要求。

 

 

　　5.1原材料控制。

 

　　采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类、有机物等的不合格材料；选择的混合剂不能对水泥的凝固、水化作用产生有害的影响。

 

　　5.2施工工艺控制。

 

　　土钉孔眼的位置必须根据受喷面实际情况和设计布置。作土钉用的钢筋，使用前须除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度不得小于设计要求，安装后不得敲击、碰撞。灌浆用的砂浆应拌和均匀，随用随拌，孔眼在灌浆前用风吹净，灌浆时从孔底开始，连续均匀的进行。挂钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的联接必须牢固可靠。喷射混凝上的配合比必须经试验确定喷射混凝上宜随拌随用。分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须用水、风清洗；喷头应与受喷面垂自其间距以0.6-1.2m为宜。喷头应连续、缓慢横向移动喷射厚度应均匀。喷射混凝土施工终凝2h后及时进行湿润养护，养护时间不得少于l4天。

 

 

　　土钉墙施工成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，保证了施工的安全。此外，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比，其造价低，施工方便。因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。土钉墙施工周期短，与挖土同时进行，很少占用独立工期。挖土与土钉支护都分层分块施工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，使边坡位移和变形及时得到约束限制。