土钉支护技术是目前所发展最快的一种主动支护技术，适用于边坡加固和基坑支护。由于经济可靠而且施工也快速简便，已经在深基坑支护工程中也得到了迅速的发展与应用，在我国的深基坑支护工程中，土钉与内支撑、排桩地下连续墙、锚杆已共同成为深基坑的主要支护技术。深基坑应用土钉支护技术有突出经济效益。通过分析其设计、施工的关键点，采取合理可靠的技术措施并进行全过程控制，可以更好地发挥其技术优势。

 

 

　　典型的土钉支护体系包括：原位土体中的土钉群、护面的钢筋网喷射混凝土面层、被加固的原位土体、防排水系统。

 

　　规程规范概念 概念

 

　　CECS96∶97 以土钉为主要受力构件的边坡支护技术，它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷混凝土面层和必要的防水系统组成

 

　　YB9258-97 以较密排列的钢筋作为基坑土壁补强的手段，通过插筋锚体与土体以及支护面的钢筋网喷射混凝土共同作用，形成的复合基坑维护体系

 

　　JGJ120-99 采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构

 

　　概念虽有文字区别，但在于土钉支护组成、特征及原理等方面的定义是一致的。根据构造方法不同，土钉体可分为成孔注浆型、击入型、气动射入型、注浆击入型、高压喷射注浆击入型等，以成孔注浆型应用最广泛。

 

 

　　土钉的原理在于利用土钉相对较强的抗拉、抗剪和抗弯强度(主要通过抗拉作用)弥补天然土体自身抗剪强度的不足。土钉对土体的补强作用通过土与土钉界面之间的粘结力和摩阻力(在土与土钉产生相对变形的情况下)而得以发挥。另一方面，密布于土体中的土钉起到了空间骨架的作用，配合以喷混凝土面板，土—土钉—面板相互作用、共同工作而成为一个整体，使加固后的土体整体刚度大大提高，变形性能也得以改善，成为一种性能良好的主动支护体系。

 

　　2．1土钉在复合土体内的作用

 

　　土钉对复合土体的骨架约束作用。土钉体与土相互作用形成复合土体，复合土体则可视为具有一定结构刚度的整体，土钉体作为复合土体内的箍束骨架。土钉体与土比较有很高的抗拉、抗剪强度及土体无法比拟的抗弯刚度，弥补土体的不足，当两者组合后，土钉体以其直径，长度，分布密度和群钉空间结构形式散布在土体内部，形成具有一定刚度的空间骨架，增强边坡土体的整体性，改变了土的整体性状，在渐进性开裂阶段该作用尤为突出。约束开挖后失去平衡状态土体的变形，减小侧向应变，相应增大侧向约束，达到提高土体抗剪强度的作用。适宜的土钉设置间距，在坡面处形成土拱效应，约束土钉之间土体的侧移，发挥程度还依赖于土钉体与土的摩阻力。土钉对复合土体的应力分担作用。边坡承受的载荷包括自重应力，开挖引起的不平衡力和超载产生的附加应力等，在复合土体内由土钉体与土共同分担，且随两者刚度比的增加，土钉体分担比例明显增加，从而减少作用于土体上的应力，改善土中应力分布，削弱和延迟应力在土体中的集中，这种分担作用由线性阶段向后愈加显著。单个土钉分担的应力是不均匀的，而且通常为弯拉和拉剪组合受力。根据实测，对土钉支护边坡，在线性变形阶段，土钉分担作用不明显，主要反映在改善土体性状，随着土体逐渐进入塑性状态，由于土钉体刚度远大于土，应力将逐渐由土向土钉体转移，在开裂变形阶段土钉变得更为重要，从而有效地制约了坡顶沉降及坡面位移。除此之外，由于土钉体具有土无法比拟的抗弯刚度和抗剪强度，土钉体还承受由于土不均匀变形产生的弯矩和剪力。具有适宜刚度的土钉体对提高复合土体的整体刚度和改善其受力状态是有益的，但并不能因此盲目增大土钉刚度，因为当土钉的刚度过大时，易造成土与土钉之间变形不协调，使土与土钉过早的出现相对位移，无法协同工作，这对边坡的整体性不利。

 

　　土钉对复合土体的应力传递与扩散作用。应力传递作用主要表现在通过土钉将阻抗力传递给坡面板以承受部分引起侧移的土压力；在滑裂带逐渐形成过程中，滑裂带处土钉与土作用的阻抗力逐步发挥作用，成为主要传递外力和制约变形及强度破坏的作用；将应力集中域通过土与土钉作用扩大至扩散从而减少应力集中，通过土钉与土界面力的作用传递到稳定土体内；土钉体自身分担力通过土钉体向复合土体深部传递。土钉对复合土体的抗滑裂作用。当边坡逐渐开裂并扩大形成滑裂面时，该处土体强度丧失，尽管滑裂区内土体由于箍束作用和分担作用仍可维持整体稳定性，随着滑裂区域的发展无土钉补强土体此时将发生整体塌滑，但土钉支护土体仍可通过自身的抗弯，抗剪强度和在滑裂区外的锚固作用稳定土体，有效阻止下滑，从而导致开裂变形阶段的延长，避免突发性塌滑。土钉对复合土体的坡面变形有制约作用。在实际工程中，混凝土面板在一定程度上对制约坡面变形有重要作用，尤其对侧向鼓胀发展较为严重的开裂变形阶段，但其分担作用受锚定板尺寸、强度、锚距和构造的影响，通常是有限的，不能期望其承受全部土压力，面板不仅有效地防止坡面局部破坏，更重要的是与补强材共同形成一个有机的整体，增强上述四种作用的有效发挥。

 

　　2．2复合土体内土钉体与土之间的相互作用

 

　　这种作用主要是通过土钉体界面的粘结力及土钉群密度、刚度比、强度比等构造实现，从宏观上集中体现为土钉对土体加固作用；另一方面还在于提高复合土体的整体稳定性，主要通过土钉体在滑裂面外的长度，从宏观上集中体现为土钉的锚固作用。土钉对复合土体的约束作用以侧向为主，对竖向位移约束作用低于侧向约束。这不仅与土钉密度，刚度有关，而且与土钉的倾角直接相关，若需要增加竖向变形的约束，宜考虑采用竖向与侧向的组合土钉群支护技术。喷射混凝土护面层(包括锚板及加强带)是复合土体重要组成部分，一般情况下作为坡面防护的主体，当土体进入塑性和开裂变形阶段，其与土钉共同发挥制约作用，减缓坡面鼓胀和张拉破坏以及剪切破坏在坡脚处的发展速度。

 

　　2．3土钉支护技术的适用性

 

　　土钉适用于地下水位在最终开挖面以下或经过降水能够达到这一要求的具有一定临时自稳能力的土体。包括有一定粘结性的人工填土、可塑坚硬的粘性土和胶结或弱胶结(包括毛细水粘结)的粉土、砂土和砂砾层。松散砂土、夹杂流塑软塑粘土层及其他抗剪强度较差的土体，在采用表面喷混凝土层、浅层注浆或水泥土搅拌桩加固、微型桩等措施后，也可以采用土钉支护技术。土钉不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层和淤泥质土层中，不能应用于没有临时自稳能力的淤泥饱和粘土、填土，当土钉设置在具有侵蚀性的土层中作为永久性支挡结构中，应考虑防腐措施。对于N＜10或相对密度低于0．3的砂土边坡，采用土钉一般是不经济的；在不均匀系数小于2的级配不良的砂土中，不可应用土钉；Ip＜20的粘性土，必须认真评价其蠕变特征后，方可将土钉挡墙作永久性支挡结构；在软土边坡中土钉的长度和设置密度都很大，而且成孔时保持孔壁的稳定性也比较困难，应用土钉一般不太经济。

 

 

　　3．1工程概况

 

　　某高层住宅楼，位于某居民区为临街工程。占地面积1258．6m2，北侧为24m宽道路，东西南临住宅楼，长91．2m，宽13．8m，地上17层，地下2层。基坑开挖按1∶0．3放坡，因施工现场狭窄，为保证周边住宅、道路及地下管网的安全和基础施工的顺利进行，须对基坑进行有效支护，遵循安全可靠、技术可行、经济合理、节约工期的原则，该工程土方开挖时，拟采用土钉墙支护技术对基坑边坡进行支护加固处理。根据工程勘察报告，本工程场地基土的构成及岩性特征，自上而下分为6层：①杂填土：层底埋深0．8m～2．1m，平均厚1．45m褐、褐黄，以粉土为主。②粉土：层底埋深2．9m～5．8m，分布厚度1．8m～4．5m，平均厚度3．15m，场地在该层底为一厚0．9m～1．7m的粉质粘土层，场地西面在埋深1．9m～3．2m处为一层1．6m左右粉质粘土，向南变薄，直至为零，在埋深3．5m～5．3m内含细砂。③细砂、中砂：层底埋深6．9m～8．0m，分布厚度1．2m～4．2m，平均厚度2．7m，场地东为细砂、中砂互层，以细砂为主，含有粉质粘土和中砂，场地西以中砂为主，夹有粉砂、粗砂。④粉土：层底埋深10．0m～11．5m，分布厚度2．0m～3．6m，平均厚度为1．9m。⑤粉质粘土：层底埋深12．5m～14．0m，分布厚度1．4m～4．0m，平均厚度2．7m。⑥粉土：本次勘察未穿透该层，该层顶部为一厚1．3m左右的细砂层。

 

　　3．2工艺流程及施工方法

 

　　3．2．1工艺流程

 

　　工艺流程为：开挖基坑→修整边坡→锚杆制作→钻土钉孔→安装锚杆→注水泥浆→编钢筋网→喷射混凝土。

 

　　3．2．2主要技术参数

 

　　1)土钉孔径100mm，孔内注浆体强度等级M15；2)钻孔深度(自上而下分两排)：第一排：7m；第二排：8m；3)钻孔间距：水平间距1．2m，竖向间距1．5m；4)土钉锚杆：HRB335级热轧带肋钢筋?20；5)土钉布置形式：三角形；6)网片钢筋：CRB550?5，间距200mm；7)喷射混凝土强度等级：C20；8)喷射混凝土厚度：80mm～100mm；9)坡顶混凝土：外延1．0m，作好护坡顶排水。

 

　　3．2．3施工方法

 

　　1)材料：矿渣硅的酸盐32．5级水泥，5mm碎石，中砂，CRB550级?5冷轧带肋钢筋。2)施工：a．挖土应按土钉垂直间距挖土并修坡面。机械挖土时应预留0．1m，之后人工修整，根据边坡土质情况，可采取全面或分段挖土支护。b．土钉定位成孔：按设计孔深，人工或机械成孔。c．注浆：按配比制浆，注浆采用底部注浆法，注浆管应插入距孔底250mm～500mm处，随浆液的注入缓慢匀速拔出，为保证注浆饱满，孔口宜设止浆塞或止浆袋。d．铺设钢筋网片：网片筋应顺直，按设计间距绑扎牢固。在每步工作面上的网片筋应预留与下一步工作面网筋搭接长度。钢筋网应与土钉连接牢固。埋设控制喷层混凝土厚度的标志。e．喷射混凝土：按配合比要求拌制混凝土干料。为使回弹率减少到最低限度，喷头与受喷面应保持垂直，喷头与作业面间距宜为0．6m～1．0m。喷射顺序应自下而上，喷射时应控制用水量，使喷射面层无干斑或移流现象。喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为3d～7d。以此类推，下一步工作面重复1～6工序循环，直至支护到基坑底标高。注：基础施工前应设置坡顶和坡脚排水设施。