土钉在基坑及边坡支护中的应用研究

摘要：土钉支护技术具备施工简单、效率高、性能可靠以及经济性好等优点而在深基坑支护、边坡加固等方面得到广泛应用。本文首先阐述了土钉类型，其次，分析了土钉的适用条件及特点，同时，就土钉结构体在在基坑及边坡中的施工进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。

关键词：土钉结构体；基坑；边坡；施工

Abstract: soil nailing support technology with a simple construction, high efficiency and reliable performance and economic advantages and in deep foundation pit supporting, slope reinforcement, etc widely used. This paper expounds the type of soil nailing, then, the article analyzes the soil nailed the application condition and characteristics, and at the same time, soil nail structures in the foundation pit in the construction and slope thoroughly discussed, to have the certain reference value.

Keywords: soil nail structures; Foundation pit; Slope; construction

中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：

1. 前言

土钉支护技术充分利用土体自身强度,在原位土中置入间距较密的钢筋等细长杆件,使其沿杆件长度与周围土体接触并形成复合体来抵抗土体后方传来的土压力及其他方面荷载,并通过在开挖面敷设钢筋网之后在网上喷射混凝土面层,让土体、土钉及混凝土面层形成整体,通过这一整体共同受力来改变土体的受力情况以保证支档体系及后方土体的稳定性，该方法具备施工简单、效率高、性能可靠以及经济性好等优点而在深基坑支护、边坡加固等方面得到广泛应用。

2. 土钉类型

（1）钻孔注浆钉:该种土钉所用钢筋一般在20~32 mm范围内，锚孔一般为70~150 mm甚至更大，其一般需沿钉长每隔2~3 m设置对中支架来保证土钉钢筋处于孔的中心位置，其成孔方式有手工洛阳铲和螺旋钻等,注浆形式有多种，采用最多的是重力注浆，但采用该种方法时应使钉孔向下倾斜15°以上。

（2）击入钉:该种土钉无需注浆，但由于其钉长受限制而与土体接触面积相对较小，因此应布置较密。施工时一般采用震动冲击钻或液压锤击入,其具有不需预先钻孔而大大提高了施工速度,但该种工艺只适用于粘性土而不适用于砾石土、硬胶结土和松散砂土等土质。

（3）注浆击入钉:是将周围带孔、端部密闭的钢管击入土层，然后向管内注浆并使其透过壁孔而渗入到土体，也有采用轴向有孔槽的土钉,在灌入土体后注浆与周围土体粘接为一体，近年来国外发明了带扩大端的土钉，其在进入土层后能在筋体与周围土体间形成空隙并同时注浆填充其空隙。

3. 土钉的适用条件及特点

在深基坑及边坡工程中采用土钉支挡体系施工时须采用短台阶逐阶下挖的方式。每一台阶切坡段的高度为1m-2m。在施工土钉杆、面层构件与喷射混凝土期间,切坡段需保持自立稳定。因此,土钉适用于有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土与弱胶结的砂土基坑、边坡。土钉适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位于低于开挖层的情况。对标准贯入击数低于10击的砂土边坡采用土钉一般是不经济的,当采用喷射混凝土面层或坡面浅层注浆等稳定坡面措施能够保证每一切坡台阶的自立稳定时,也可采用土钉支挡体系。对于塑性指数Ip大于20的土必须仔细评价其蠕变特性之后方可采用土钉作永久性支档结构。

土钉支挡体系具有以下优点:

（1）对场地周围相邻建筑影响小。由于土钉施工采用小台阶逐段开挖,且在开挖成型后及时设置土钉与面层结构,使面层与挖方坡面紧密结合,土钉与周围土体牢固粘合,对土坡的土体扰动较少。土钉一般都是快速施工,可适应开挖过程中土质条件的局部变化,使土坡稳定。实测资料表明:采用土钉稳定的土坡只要产生微小变形就可使土钉的加筋力得以发挥,实测的坡面位移与坡顶变形很小。

（2）施工机具简单、适用范围广。设置土钉采用的钻孔机具及喷射混凝土设备都属可移动的小型机械,移动灵活,所需场地小。此类机械的噪声低,振动小,在城市施工具有明显的优越性。

（3）经济投资省。据欧洲统计资料,开挖深度在10m以内的基坑,土钉比锚杆墙方案节约投资10% ~30%。

4. 土钉结构体在在基坑及边坡中的施工

4.1一般步骤

工程实践中,有三种常用的土钉支护技术,即注浆钉、击入钉和预埋钉。注浆钉使用最为普遍,预埋钉的应用相对较少。土钉结构体的施工程序:第一步:修整边坡或从地面往下开挖1.0~2.5 m。第二步:用一薄层(通常为25 mm厚)喷射混凝土来覆盖的土体表面。第三步:安装土钉和设置防水系统。第四步:构筑支护面层。重复上述四步形成连续施工阶段直至所需的深度。在某些情况下,第二步可省略,第三步和第四步的顺序可相互交换。

4.2土钉的安装

4.2.1击入钉的安装

小直径(15~46 mm)杆件或金属部件的土钉是用振动冲击汽动锤、液压锤或用开凿机击入土体。特殊加工的土钉在轴向开有孔槽,以便在贯入土体后注浆与周围土体粘结。这种安装技术快速而经济,在法国和德国应用广泛,但它受钉长和土体性质具有多变性的限制。

4.2.2注浆钉的安装

注浆钉的安装由成孔、置入土钉、注浆和锁闭四步组成。第一步,通过冲击钻孔、螺旋钻凿或其它方法成孔。第二步,金属细长杆件与输送水泥浆的软管连在一起置入孔中所要求的深度。第三步,水泥浆在重力作用下流进孔中从底端充填,当孔的上部出现水泥浆时停止注浆并拆出输送水泥浆的软管。这称为初次注浆。如需二次注浆,则在初次注浆的第二天进行。若首次二次注浆的压力达不到需要值,后一天将实行第二次的二次注浆。这种方式重复进行,直至达到所需的二次注浆压力为止。第四步,在水泥浆硬化且达到要求的强度后,靠着喷射混凝土面层,通过防松螺母和钢质垫板锁定土钉。

注浆钉的安装方法主要由采用的成孔技术决定。成孔技术根据土体特点条件、土钉的长度和直径以及诸如可获得的工作空间、途径和能源供应等工作场所

的条件进行选择。

(1)冲击成孔法。通过使用沿孔锤或顶端锤来形成凿孔,主要是用于硬土或软岩。由锤打引起的振动非常明显,通常用于离现有建筑物相对较远的地方。

(2)浆冲式成孔法。在往前钻进的时候,泥浆用来冲走开凿过程中切下来的碎屑,主要用于土体为硬粘土和水容易获得的场所。

(3)螺旋钻成孔法。通过螺旋钻成孔。当螺旋钻旋转和压入土体时,孔内碎土被螺丝钻的轮缘带出,适合于软粘性土。它既不需高压空气,也不需水,其工作面可保持干燥干净。

(4)气动成孔法。当钻头(通常是拉或旋转)向前钻进时,压缩空气(5~10 bars)彻底带走了孔内的碎土。这种方法只适合于干的砂质土或淤泥质土。

4.2.3预埋钉的安装

预埋钉是通过将钢筋置入紧密的土体来完成的。安装过程基本上与加筋土建筑物中的支护方法类似。

4.2.4土钉发射技术

土钉发射技术包括通过使用高压气体发射器直接将土钉射入土体。土钉是由25~32mm、长度为6m或更长的精制杆(EN3B-BS982)构成。土钉以每小时200 m的速度伴随100 kJ的能量转移击入到土体中。这种射击技术使得土钉的安装是最少现场破坏的最优方法。当土钉射入土中时,土钉周围的土体发生了位移并受到了压缩。虽有关于支护系统成功修复的应用实例,但该技术主要是用于维护边坡的稳定性。

5.结语

土钉支护是近年来在基坑边坡支护中广泛采用的支护形式，其在实际工程中应根据实际土质、边坡设计参数、开挖顺序、开挖深度等因素进行设计、施工，才能最终保证支护作用，降低工程事故发生概率。

参考文献：

[1] 冯英会. 土钉墙和桩锚支护在深基坑边坡上的应用[J]. 铁道建筑技术 , 2008,(S2)

[2] 程功文. 土钉墙法在边坡支护中的应用[J]. 小水电 , 2010,(03)

[3] 陈旭辉, 李健平. 土钉墙在软土地基基坑支护中的应用[J]. 中国建设信息 , 2005,(16)

[4] 刘斐, 张向荣, 张友银. 土钉墙支护研究进展[J]. 湘潭大学社会科学学报 , 2002,(S1)

[5] 唐军民, 段德贵. 土钉墙在基坑边坡支护中的应用[J]. 广东建材 , 2008,(07)