深基坑复合土钉墙在昆明的应用研究

摘要：复合土钉墙是近几年在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，它是将土钉墙与深层搅拌桩、 旋喷桩、各种微型桩、钢管土钉及预应力锚杆等结合起来，可根据具体工程条件多种组合，它弥补了一般土钉墙的许多缺陷和使用限制，对经济高速发展但地质情况复杂多样的昆明具有很强的适应能力，本文论述昆明地区不同地质情况下最佳土钉组合方式。

关键词：复合土钉墙；基坑支护；支护结构；深基坑

1 复合土钉墙发展历史

土钉支护技术有详细记载而首次应用的，是法国承包商bouygues（1972）在凡尔赛附近进行的边坡开挖。由于该工程的边坡较高较大 （ 最大高度达 21.6m，长965m） ，为确保边坡的稳定性与安全性，设计者仿照加筋土技术在边坡内植入大量钢筋 （ 据记载，共使用25200根钻孔注浆土钉） 并尝试成功。从此以后，土钉支护这种简便快捷，节约高效的技术被广泛用于基坑支护，边坡加固等岩土工程中，并取得了较好的经济和社会效益。

国内关于复合土钉支护的应用较晚，直到1993年，在广州的065抢险加固工程中才出现。该基坑深18m，采用5排柔性较大的预应力锚索结构与土钉复合，共同承担土体的变形，锚索长度15m-20m，倾角15°，喷射150mm厚的混凝土面层并取得成功。在此之后，由于复合土钉墙适用性比土钉墙单一支护方式明显优越，并且适应性大大扩大，因此复合土钉技术很快发展起来。

2 针对昆明地质情况适宜的复合土钉墙

昆明处于中国西南部，云贵高原中部，是云南省省会，市中心海拔1891米。昆明盆地是位于中国南北构造带南端的盆地，地质构造复杂，湖泊地貌分布广泛、地基软弱。经过近几年的发展，复合土钉支护形式多种多样，基本构造设计主要有土钉与止水帷幕复合支护、土钉与微型桩复合支护、土钉与预应力锚杆复合支护、微型桩与预应力锚杆与土钉墙支护、搅拌桩微型桩预应力锚杆和土钉墙支护等。

2.1当在地下水丰富的地区进行基坑开挖时，适宜土钉与止水帷幕复合支护

降水通常会引起基坑周边地表沉降，造成道路或管道的受损破坏，引起经济纠纷或索赔发生。在地下水丰富的地区进行基坑开挖时，通常采用止水帷幕进行隔水。而且，经过实践发现，止水帷幕除具有止水隔水作用之外，还有提高基坑侧壁的稳定性"减小基坑变形"防治坑底隆起的作用。止水帷幕通常采用旋喷桩或水泥土搅拌桩，其中水泥土搅拌桩止水效果显著，工程造价较低，是首选的支护形式。

2.2土质松散的地区，适宜土钉与微型桩复合支护

微型桩，又称小桩，是指桩径小于400mm，长细比大于30的灌注桩。通过土钉与微型桩的组合，可解决土质松散"成孔困难的土体支护的稳定问题。微型桩的作用与搅拌桩相似，但微型桩不是两两相互搭接连续成墙，而存在一定间距，所以不能止水防渗，主要用于基坑没有砂层等强透水层或地下水位较低的工程中。

2.3周边环境比较复杂，基坑变形要求严格，适宜土钉与预应力锚杆复合支护

在城市市区进行工程建设时，周边环境比较复杂，相邻建筑间距较小，基坑变形要求严格，此时可采用预应力锚杆复合土钉墙支护结构。预应力锚杆通过较长的锚杆锚固在较好的土层中，可达到约束边坡变形"保持边坡稳定"减小基坑位移的目的。

2.4基坑开挖线离建筑物距离很近、地面荷载较大且土质条件较差时适宜微型桩与预应力锚杆与土钉墙复合支护

当基坑开挖线离建筑物距离很近、地面荷载较大且土质条件较差时，开挖前需对开挖面进行加固，加固方法可采用微型桩与预应力锚杆与土钉墙。 微型桩常采用直径100―300mm的钻孔灌注桩、型钢桩、钢管桩以及木桩等。预应力锚杆能够起到加强土钉墙限制其位移的作用。

2.5当基坑深度较大、地质条件和环境条件复杂时适宜搅拌桩、微型桩、预应力锚杆和土钉墙的复合支护

当基坑深度较大、地质条件和环境条件复杂时，采用搅拌桩、微型桩、预应力锚杆和土钉墙的支护方式。这种支护形式常可代替桩锚支护结构或地下连续墙支护形式！ 在这种支护形式中，预应力锚杆一般设2-3排，止水帷幕一般为旋喷桩或搅拌桩，微型桩变形较大时可采用型钢桩。

3目前土钉支护技术的缺陷

由于复合土钉墙自身具有安全可靠、造价低、工期短、使用范围广等特点，复合土钉墙在各种深基坑支护方式中扮演着一个重要的角色，越来越多的工程选择使用这一支护技术，有条件要使用没有条件创造条件也要使用，但是由于土钉支护技术的不完善，没有系统的科学理论依据，或有科学理论依据支持，但都是理想化的、片面的，加之各地异性，不能照抄照用。许多工程使用这一技术都都是半理论半实践。总体来说目前土钉墙支护技术有以下问题需要我们不断去完善。

（1）土钉支护是三维空间问题，在开挖时有阴阳角效应。然而如今大多土钉支护理论都将土钉三维空间关系简化为二位问题，没有考虑时空效应。这样就夸大了土钉和土体之间的粘结面，等效薄膜层的刚度比较大，阻止了剪切应力在土中传递，这样就更不合理，不能反映实际的受力状态。

（2）现今认为弯剪应力对土钉受力影响较小，大多数的设计方法都假定土钉为受拉构件，不考虑土钉本身的抗弯抗剪。但中下部土钉的受力可能是由弯剪和挤压造成的，所以应该全面的考虑拉力，弯剪与挤压等多种破坏准则，这样才能全面的分析土钉本身的受力从而确定土钉的极限抗力。

（3）土钉墙分析时土压力的假设。有多种土压力的假定方法，有的基坑设计规程计算土压力是采用传统的三角形模型简化计算，而有的采用经验模型来简化计算，但实际的土压力并非如此，在实际工程中土压力是在基坑开挖的过程中不断变化的，每个阶段的土压力分布形式和大小都决定了土钉墙的位移和稳定性，因此如何正确的选取土压力的计算模型对土钉墙支护有非常重要的意义。

（4）地下水位影响。现在考虑土体与土钉之间的作用时主要局限于砂土与粘土，在理论分析时也很少考虑地下水的影响，但当地下水位较高时对基坑的影响是十分重大的。同时对软土等复杂条件下的土钉支护工作的性能研究做的也不够。

（5）基坑开挖分步进行的，边开挖边支护，是一种动态的过程，岩土的很多参数具有不确定性。因此设计人员确定方案时往往过于保守，盲目的提高基坑的安全系数，从而造成了大量的材料和人工的浪费，尤其在南方软土地区基坑的造价越来越高。

4 结语

对于基坑工程而言，复合土钉支护固然有自身的优越性，但由于土钉的各地异性，土钉工程必须经过严格的地质勘测，通过大量计算采用合理的支护方式，绝不能照抄照搬。目前土钉支护技术大多实践超前于理论，因此造成两种不利的结果，由于支护理论不完善而大胆冒进造成支护失稳；另一种由于安全要求而提高各项指标，结果造成造价提高而使土钉支护丧失自身优越性。土钉工程属于隐蔽工程，如何制定一套合理的、有效的质量监控方法也是研究重点。只有结合实际工程不断完善土钉支护理论，有严格合理的质量监控体系，才能更好的权衡安全性与经济性之间的矛盾，使得复合土钉墙在质量复杂多样的昆明更加适用。

参考文献

[1] 刘立兵、徐平、付强、王伟德. 深基坑支护设计理论与实例. 黄河水利出版社.

[2] 孔德森、吴燕开. 基坑支护工程. 冶金工业出版社.

[3] 王建军. 复合土钉技术在基坑工程中的应用. 湖北：华中科技大学， 2005.

[4] 陈进. 深基坑的土钉与桩锚组合式支护结构研究. 北京：北京交通大学， 2010.

[5] 边培生. 深基坑土钉锚杆支护体系变形性状研究. 山东：山东大学， 2011.