土钉墙在基坑支护中的研究和应用

摘要：土钉墙支护目前作为一种新型基坑支护技术，由于具有施工简单、造价低廉、施工工期短，安全可靠度高的突出特点，在我国应用较多。本文主要就是针对土钉墙在基坑支护中的研究和应用。

关键词：土钉墙；基坑支护；应用

中图分类号：TV551文献标识码： A

引言

土钉墙支护技术是在上世纪70年代由法国、德国和美国开发应用于基坑土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土结构支护技术，并获得迅速推广。经大量实践证明，土钉墙支护技术以其可靠性、经济性、施工快捷等优势，现已成为撑式支护、排桩支护、连续墙支护、锚杆支护之后又一项较为成熟的支护技术。

1、土钉支护概述

1.1、土钉墙

所谓土钉墙，是指采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构。土钉墙主要由三个部分组成，即土钉体、土钉墙范围内的土体和面层，较为常见的土钉体是山置入土体中的细长金属杆件(钢筋、钢管或角钢等)；面层一般采用喷射混凝土配钢筋网结构，原位土体是土钉墙支护体系中重要的组成部分，此外，根据具体地质、水文条件在墙体内设置一定数量的排水管并穿出面层作为排水系统。

1.2、土钉墙的作用机理

土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及其它因素作用下，将发生突发性整体破坏，所采用的传统的支挡结构均基于被动制约机制，即以支挡结构自身的强度和刚度，来承受其后的侧面压力，防止土体整体稳定性破坏。

1.3、土钉墙的特点

(1)能合理利用土体的自承能力，使土体成为支护结构不可分割的一部分；其结构轻型，柔性大，有良好的抗震性能和延性。

(2)施工设备简单。土钉的制作与成孔不需复杂的技术和大型机具，能与土方施工相配合，施工简便、无污染、无噪音，对周围环境干扰小。

(3)施工不需单独占用场地。对于施工场地狭小，放坡困难；或当槽壁线下附近的土层里具有建（构）筑物以及大型护坡施工设备不能进场，采用传统的围护方法不能实现支护目的时，土钉支护具有其独特灵活的适用性和其它传统办法无可比拟的优越性。

(4)有利于根据现场监测的变形数据，及时调整土钉长度和间距；一旦发现异常不良情况，能够及时、快速、可靠地抢险加固，较大地提高了工程的安全可靠性。

(5)工程造价低。土钉墙与常规桩锚支护相比具有投资少、见效快等特点，工程造价比其他类型的工程造价低1/2~1/3。

(6)防腐性能好。土钉由低强度钢材制作，与永久性锚杆相比大大减少了防腐的麻烦。

2、土钉(含锚杆)抗拉承载力的计算

单根土钉受拉承载力计算，根据《规范》JGJ120-2012，

1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：

其中：

ζ--荷载折减系数

eajk--土钉的水平荷载

sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离

aj--土钉与水平面的夹角

ζ按下式计算：

其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。

φ--土的内摩擦角

eajk按根据土力学按照下式计算：

2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算

其中dnj--土钉的直径。

γs --土钉的抗拉力分项系数，取1.3。

qsik--土与土钉的摩擦阻力。

li--土钉在土体破裂面外的长度。

3、土钉墙整体稳定性的计算

土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：

公式中：

n --滑动体条分数

m --滑动体内土钉数

γk --滑动体分项系数，取1.3

γ0 --基坑侧壁重要系数；

wi --第i条土重；

bi --第i分条宽度；

cik--第i条滑土裂面处土体粘结力；

φik--第i条滑土裂面处土体的内摩擦角；

θi --第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；

αj --土钉与水平面之间的夹角；

Li --第i条土滑裂面的弧长；

S --计算滑动体单元厚度，即第i条土条平均高度hi；

Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。

lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度

把各参数代入上面的公式，进行计算。

4、土钉墙施工流程

4.1、基坑土方开挖

(1)土方开挖施工前应确定基坑开挖线、轴线定位点、水准基点、变形观测点，并复核基坑平面图；

(2)当用机械进行土方作业时，严禁边壁出现超挖或造成边壁土体松动，当基坑边线较长，可自上面下分层分段开挖，每段开挖长度10~20m；

(3)支护分层开挖深度和施工的作业顺序应保证修整后的边坡能在规定的时间内保持自立并在限定的时间内完成支护，开挖每层后作业面暴露时间小得超过24小时；

(4)为防比基坑边坡的土体发生塌陷，对于易坍塌的土体因地制宜采用相应措施。

4.2、设置土钉

土钉设置采用自接将土钉钢筋击入土体的方法，通过土钉钢筋通长与周围土体相互接触，依靠接触面的粘结摩擦力与被加固土体形成复合土体。土钉间距、插入土层深度要符合设计要求。

4.3、面层施工

在喷射面层混凝土前，先按设计要求绑扎、固定钢筋网片，钢筋网格允许偏差为±10mm,钢筋网片应牢固固定在边壁上并符合设计规定的保护层厚度要求，其设计要求嵌入土层中的土钉钢筋端部留设100mm的弯钩以此压住钢筋网片。

喷射混凝土的配合比通过试验确定，并保证所用材料符合质量标准，喷射砼应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应从基坑壁而开挖底层自下而上进行，一次喷射厚度为30mm~50mm，喷射时，喷头与受喷面应垂直，宜保持0.8m~1.5m的距离，保持砼表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。喷射砼终凝2h后，应喷水养护3~7天。

4.4、排水设施施工

水是土钉支护系统中最为敏感的问题，必须充分考虑土钉支护结构工作期间地表水及地下水的处理，设置必要的排水构造措施。在基坑顶距离基坑边1500mm以外设置截水明沟，防止地表水向下渗流，同时将喷射混凝土面层延伸到基坑周围地表构成喷射混凝土护顶构造。

基坑边坡混凝土面层上做泄水孔，间距为1.5m，呈梅花状分布，采用长度lm，自径5Omm的塑料排水管，外管略向下倾斜，泄水管入土端需留出孔眼，入土段应采取措施确保泄水管畅通。

4.5、变形监测

基坑工程施工期间及使用期间应有资质单位进行变形监测，监测的内容为基坑外侧地面沉降及坡顶、周边道路、围墙位移监测，监测点间距宜为20~30m，方法及质量应满足相关规范要求。

变形监测的基准点应设置在变形区域以外，位置稳定，易于保存的地方，土方开挖和基坑使用期间均需对基坑进行变形监测，每开挖一层土方监测一次，雨后要增加一次，基坑开挖到底后3天监测一次，变形稳定后一周监测一次，如果变形突然增大应加密监测。

结束语

当前，土钉墙技术在不断的推陈出新，土钉墙施工工程的规模和施工难度方面也都在不断发展之中，以土钉支护为主，辅以长锚杆及微型桩挡护的复合支护结构已经很普及。但是，还明显存在理论远远落后实践的局面，表现在应用土钉墙技术时多凭借经验来确定土钉参数，即使作一些演算，所用计算方法也比较粗糙和简单，对其工作性能和机理上缺乏更深的研究，没有完整和全面的设计计算方法。这就要求我们要及时总结我国大量的工程实践，充分借鉴、消化国外先进的理论分析方法，保证我们在工程施工之前必须有较为完善的设计分析，施工时必须有可靠的监控手段，才能保证工程的可靠程度和经济效益。

参考文献

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