土钉支护技术概述

摘要：土钉支护技术作为一种土体自承支护技术，具有结构轻，柔性大，对场地的适应性强，施工速度快，造价低，安全可靠等明显优点。本文从土钉支护的概念，其作用机理，工作性能和特点等方面对这一支护技术进行了概述，并与锚杆支护技术作了比较分析。

关键词：土钉支护；土体自承体系；土压力；稳定

Abstract: soil nailing support technology as a pile soil since support technology, the structure is light, flexible, on the site of the strong adaptability and construction speed is quick, low cost, safety and reliability obvious advantages. This article from the concept of soil nailing support and its mechanism, performance and characteristics of the support technique were reviewed, and the supporting technology and bolt were compared and analyzed.

Keywords: soil nailing support; The soil bearing system; Earth pressure; stability

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一、概述

随着城市建设的高速发展，由于建筑使用功能上的要求，地下室被大量采用，在工程建设的过程中，基坑开挖越来越普遍，对基坑开挖的要求也越来越高；另一方面，由于公路、水利工程的不断建设，土坡、护坡工程成为工程建设中的关键一环，支护工程在工程建设中的位置显得越发重要。

在传统的支护技术中，支护结构依靠自身的结构刚度和强度承受土压力，限制土体的变形从而保持边坡的稳定。例如人工挖孔桩，机械钻孔桩，钢板桩，预应力混凝土管桩及地下连续墙等，都属于传统的支护技术。在传统的支护工程设计中，我们总是把土坡土体当成荷载，用支护结构加以支挡，而实际上，土体也有一定的支承能力，可以成为为支护结构的组成部分，通过不同的途径和方法提高土体的强度，使支护材料与土体形成共同的作用体系，从而达到支护的目的，这就是土体自承支护体系。土钉支护技术，加筋挡土墙和在软土地区常采用的水泥搅拌桩支护等，都属于土体自承支护体系。

传统的支护方法，其应用时间比较长，在设计和施工中积累的经验较多。但传统的支护方法造价高，工期长，施工难度大，其局限性日渐突出。而土体自承支护体系作为当前比较流行的方法，其最大的特点在于安全度高，施工简单方便，工期短，造价低，噪声污染小等等，弥补了传统支护方法的许多不足。其中土钉支护技术是现在已得到广泛应用的支护方法之一。

二、土钉支护的概念

土钉支护，是以短而密的土钉逐层安设或打入基坑边壁土体内，强化受力土体，加强和改善原状土的物理力学性质，使该部分土体加固成为能自稳定的挡土结构，土钉的类型一般有两种：钻孔注浆土钉和直接打入或射入土钉。土钉支护的适应性强，特别适合于有一定粘性的砂土、粉土、硬塑与干硬粘土，即使有局部的软塑粘性土层，在采取一定措施后也有可能采用土钉支护。当场地同时存在土层和不同风化程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。

三、土钉支护的作用机理

关于土钉支护的作用机理，目前有代表性的看法有下面几种：

增强土体强度

（1）筋土摩擦理论。该理论认为，当墙体破坏时，土钉结构内部产生主动区和稳定区（如图一）。滑动棱体ABC产生的水平推力在土钉中形成拉力，企图将土钉从土中拔出，而滑动面后方的土钉又被稳定区中土的自重压住，也就是说稳定区的土与土钉之间的摩阻力阻止土钉被拔出，如果稳定区的筋土之间的摩擦力与主动区土的水平推力平衡，则整个结构内部就是稳定的。

（2）准粘聚力理论。该理论认为，加筋土力学性能的改善是由于新的复合体（加筋土）具有某种“粘聚力”的缘故。这种粘聚力不是土体原有的，而是加筋的结果，因此称为“准粘聚力”。准粘聚力理论适合于高模量加筋土，因为高模量加筋土变形相对小，只要不断裂就足以阻止土体产生边界变形，从而提高加筋土强度。

改变受力状态

土钉复合结构体的内部约束，改变了边壁临空土体的受力状态，使其低于临界状态，处于弹性平衡。

3、土钉分担荷载

（1）在复合结构中土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力。

（2）土体进入塑性状态后，应力会逐渐向土钉转移。

（3）土体开裂时，土钉出现了弯剪、拉剪等组合应力状态，进而浆体碎裂，钢筋屈服。因而复合土有塑变延缓、渐进开裂的特性。

4、面层约束变形

坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土层是发挥土钉有效作用的重要组成部分。它具有限制坡面膨胀、削弱内部塑变、加强边界约束的作用。

四、土钉支护的工作性能和特点

一般的支挡结构是以自身结构来承受不平衡土所产生的侧向土压力作用，阻止地基土由于开挖而产生的过量变形以及防止整体稳定性破坏。而土钉支护则在土体内设置一定长度和密度的土钉，与周围土体一起产生共同作用，使得土钉、土体与喷射混凝土面层作为一个共同体，弥补了土体自身抗拉、抗剪强度的不足，提高了复合土体的整体刚度，使土体的自身结构强度潜力得到充分的发挥，并有效地改变了边坡的变形和破坏形态。大量的试验表明：直立土钉支护边坡比素土边坡承载力提高一倍以上，而且土钉支护在受荷过程中不会发生类似于素土边坡那种突发性的滑塌，为边坡的修复提供了时间和机会，并降低了边坡滑塌所造成的损失。

土钉支护的特点：

1、土钉支护的地基加固作用。按一定间距和长度设置的土钉，在空间组合上具有一定的骨架作用，从而提高土体的整体刚度和结构整体性。通过土钉灌浆柱体充分发掘土体的结构特性，充分发挥土体的自承能力，将土体作为支撑结构不可分割的一部分。

2、土钉有效遏制土体塑性变形的发展。随着基坑的分层开挖，边坡土体发生侧向位移，土钉与土体相互作用，表现在土钉受拉、受剪、受弯的综合反映上，但土钉受拉方面的作用最为显著。一旦边坡出现过大的塑性变形，应力自然向强度和刚度都远大于土体的土钉和混凝土面层集中，导致土钉支护结构的内力重分布，从而大大改善了复合土体的塑性变形和破坏形态。

3、土钉的拉剪耦合作用强度

土钉的轴向拉力和剪力都能有效地提高土钉墙复合体的抗剪强度特性。土钉的倾角宜控制在5-25度之间，以便同时发挥土钉的抗拉和抗剪的双重作用。

五、土钉支护的破坏形式

土钉支护的可能破坏形式有：（1）密集的土钉与周围土体形成一个加固的整体，若可能发生剪切滑移破坏，则呈整体破坏形式，这时的土钉墙就如一个重力式挡土墙，在墙体内部，土钉全长受拉。（2）滑移面穿过土钉加固土体的全部或下部（图二），这时的土体被滑移面分割成主动区和稳定区两部分，可能发生两种类型的土钉破坏，或者是土钉在最大受力截面处被拉断。或者是土钉被拔出，已有的工程经验表明，土钉破坏一般都是拔出破坏。