土钉墙支护和锚杆支护的实例应用

土钉墙支护和锚杆支护的实例应用
土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。

土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。

土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99 正式定名为土钉墙。

[编辑本段]土钉墙的发展
50年代末期通过土层锚杆的使用使挡土结构有了新发展，在基坑开挖前先建造桩、地下连续墙、板桩等利用土层锚杆对其进行背拉从而形成锚杆式挡墙。

10年后出现了锚杆构造墙，它是利用砼构件排列在开挖过程中的土层表面，用锚杆进行背拉，这是一种可以与挖方工程同时进行作业的方式。

60年代出现了加筋土墙，一般在填方区如筑路、平整场地填方区域形成的挡土墙，在分层回填土方时分层铺放土工织物并于预制砼面板拉结，形成加筋土挡墙。

70年代出现了土钉墙，1972年法国承包商在法国凡尔赛市铁路边坡开挖进行了成功应用。

1979年巴黎国际土加固会议之后在西方得到广泛应用，1990年在美国召开的挡土墙国际学术会议上，土钉墙作为一个独立的专题与锚杆挡墙并列，使它成为一个独立的土加固学科分支
[编辑本段]4 土钉墙的特点与应用范围
土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点：（1）形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。

（2）施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加予应力所以设备简单。

（3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。

（4）施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。

（5）土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。

（6）施工噪音、振动小，不影响环境。

（7）土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。

土钉墙的应用领域
土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，当应用于永久性构筑物时，宜增加喷射砼面层的厚度并适当考虑其美观，目前土钉墙的应用领域主要有：（1）托换基础
（2）基坑支挡或竖井
（3）斜坡面的挡土墙
（4）斜坡面的稳定
（5）与锚杆挡墙结合作斜面的防护
钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为1～2米，在施工土钉杆、面层喷射砼期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定，因此主要适用于：（1）有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。

（2）适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。

（3）对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般不经济。

（4）对于朔性指数Ip>20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。

（5）对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。

（6）不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想，因此也不宜采用。

（7）土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构。

[编辑本段]土钉墙的基本原理
土钉墙的作用原理
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，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超载时将会发生突发性的整体破坏。

一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。

土钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。

因此通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合土体。

不仅效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。

通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。

土钉的作用机理
土钉在复合土体内的作用有以下几点：
（1）土钉对复合土体起箍束骨架作用制约土体变形并使复合土体构成一个整体。

（2）土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起分担作用，由于土钉有很高的抗拉抗剪强度，所以土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，土钉分担作用更为突出。

（3）土钉起着应力传递与扩散作用推迟开裂区域的形成和发展。

（4）坡面变形的约束作用，在坡面上设置的与土钉在一起的钢筋网喷射砼面板限制坡面开挖卸荷而膨胀变形，加强边界约束的作用。

[编辑本段]设计基本原则与注意事项
土钉墙结构采用以分项系数表示的极限状态进行设计。

基坑支护结构极限状态分为下列两类：一类是承载能力的极限状态对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳，过大变形，导致支护结构或基坑周边环境破坏。

另一类是正常使用极限状态，对应于支护结构变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。

土钉墙设计计算要考虑基坑侧壁安全等级分别采用不同的重要性系数r。

6.1土钉墙作为基坑支护结构形式应进行承载能力极限状态的计算，包括土钉抗拉承载力土钉墙整体稳定性验算；单根土钉在园弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力计算；计算公式从略。

6.2基坑开挖方案、以及土钉墙支护方案的采用事先要充分熟悉和掌握基坑周边的环境状态。

如基坑开挖影响范围内的原有建筑物、构筑物、道路、地下设施、各种地下光系管线、岩土体及地下水等情况以及边缘的滑塌，土体变形可能造成的危害要有充分的估计，以及必要的防护措施。

通常对场地周边的排水、截水、降低地下水位，附近建筑物的沉降观测、道路、地下管线的下沉、变形，防止管线破裂都要采取监控，防止意外事故的发生。

[编辑本段]土钉墙的构造要求：
6.3.1土钉墙的墙面坡度不宜大于1：0.1。

6.3.2土钉外露端部和层面有效连接在一起，设承压板和加强筋。

6.3.3土钉长度宜为开挖深度0.5～1.2倍，土钉的间距宜为0.6～1.2m，土钉与水平夹角为10°～20°。

6.3.4土钉宜选用Ⅱ、Ⅲ级锣纹钢筋，直径16～32，钻孔直径70～120。

6.3.5面层喷射砼强度等级不宜低于C20。

6.3.6喷射砼面层厚度宜为80～200，通常采用100。

6.3.7喷射砼面层中配钢筋网，采用I级钢筋、直径6～10，间距150～300，钢筋网搭接长度大于300。

6.3.8注浆材料水泥净浆或水泥砂浆，其强度不低于M10。

支护锚杆锚杆
锚杆，英文“Bolt”;"bolting（准确称谓）"; "anchor(早期称谓)"
是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩束缚在一起，使围岩自身支护自身.
现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主动加固。

锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段时指将锚杆头处的拉力传至锚固体区域，其功能是对锚杆施
加预应力；锚固段时指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

锚杆根据其使用的材料可以分为：木锚杆，钢锚杆，玻璃钢锚杆等等。

按锚固方式分为：端锚固，加长锚固和全长锚固
以下列举几个称谓的锚杆
(1)木锚杆。

我国使用的木锚杆有两种，即普通木锚杆和压缩木锚杆。

(2)钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。

以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂。

(3)倒楔式金属锚杆。

这种锚杆曾经是使用最为广泛的锚杆形式之一。

由于它加工简单，安装方便，具有一定的锚固力，因此这种锚杆在一定范围内至今还在使用。

(4)管缝式锚杆。

是一种全长摩擦锚固式锚杆。

这种锚杆具有安装简单、锚固可靠、初锚力大、长时锚固力随围岩移动而增长等特点。

(5)树脂锚杆。

用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。

(6)快硬膨胀水泥锚杆。

采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥加入外加剂而成，具有速凝、早强、减水、膨胀等特点
(7)双快水泥锚杆。

是由成品早强水泥和双快水泥按一定比例混合而成的。

具有快硬快凝、早强的特点。

一、管缝式锚杆工作原理和特点
管缝式锚杆是一种全长锚固，主动加固围岩的新型锚杆，它立体部分是一根纵向开缝的高强度钢管，当安装于比管径稍小的钻孔时，可立即在全长范围内对孔壁施加径向压力和阻止围岩下滑的摩擦力，加上锚杆托盘托板的承托力，从而使围岩处于三向受力状态。

在爆破振动围岩锚移等情况下，后期锚固力有明显增大，当围岩发生显著位移时，锚杆并不失去其支护抗力，它比涨壳式锚杆有更好的特性。

二、管缝式锚杆主要性能和规格
1、主要技术性能
（1）初始锚固力： 3~7吨；
（2）管环拉脱荷载： 8~10吨；
（3）锚杆管抗拉断能力：12~13吨；
（4）耐腐蚀性能比A3钢高20~30％，利于长期使用。

2、规格
（1）外径（毫米）：Φ30，Φ33，Φ40，Φ43（±0.5）
（2）长度（毫米）：1200、1500、1800、2000、2500
（还可以根据客户的需要规格生产）；
（3）材质：16Mn，20 Mnsi；
管缝式锚杆现在煤矿使用比较少。

锚杆框架防护
1、锚杆孔测量放线
边坡施工要求边挖边加固，即开挖一级，防护一级，不得一次开挖到底。

按设计立面图要求，将锚杆孔位置准确测量放线在坡面上，孔位误差不得超过±50mm。

竖肋的具体长度可根据实际边坡高度确定，但锚杆的位置须按等分坡面的长度进行放样，其间距可适当调整。

如遇既有刷方坡面不平顺或特殊困难场地时，需经设计监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位。

2、钻孔设备
钻孔机具的选择，根据锚固地层的类别、锚杆孔径、锚杆深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。

岩层中采用QZB-100B潜孔冲击成孔；在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔
和卡钻埋钻的地层中采用跟管钻进技术。

3、钻机就位
利用φ50mm脚手架杆搭设平台，平台用锚杆与坡面固定，钻机用三脚支架提升到平台上。

锚杆孔钻进施工，搭设满足相应承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面测放孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚杆孔开钻就位纵横误差不得超过±50mm，高程误差不得超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差位±1.0°，方位允许误差±2.0°。

锚杆与水平面的交角z不大于45°，一般在15°～20°之间。

4、钻进方式
钻孔要求干钻，禁止采用水钻，以确保锚杆施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。

钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

5、钻进过程
钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态（钻压、钻速）、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。

如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa），待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

6、孔径孔深
钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值。

为确保锚杆孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径。

为确保锚杆孔深度，要求实际钻孔深度大于设计深度0.2m以上。

7、锚杆孔清理
钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1～2分钟，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。

钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

除相对坚硬完整之岩体锚固外，不得采用高压水冲洗。

若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可下安锚筋与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。

如果设计要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

8、锚杆孔检验
锚杆孔钻造结束后，须经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。

孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚杆孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。

同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

9、锚杆体制作及安装
预应力锚杆杆体采用φ25螺纹钢筋，沿锚杆轴线方向每隔2.0m设置一个对中器(定位支架)，以保证锚杆有足够地保护层。

锚筋尾端防腐采用刷漆、涂油等防腐措施处理。

施工时，若锚杆与地梁钢筋、箍筋相干扰，可局部调整钢筋、箍筋地间距，竖、横主筋交叉点必须绑扎牢固。

安装前，要确保每根钢筋顺直，除锈、除油污，安装锚杆体前再次认真核对锚孔编号，确认无误后再用高压风吹孔，人工缓缓将锚杆体放入孔内，用钢尺量出孔外露出的钢杆长度，计算孔内锚杆长度（误差控制在±50mm范围内），确保锚固长度。

10、锚固注浆
注浆采用二次高压劈裂注浆。

一次常压注浆作业从孔底开始，实际注浆量一般要大于理论的注浆量，或以锚具排气孔不再排气且孔口浆液溢出浓浆作为注浆结束的标准。

如一次注不满或注浆后产生沉降，要补充注浆，直至注满为止。

注浆压力不低于2.5MPa。

注浆材料宜选用水灰比0.45～0.5、灰砂比为1：1的水泥砂浆， 30#水泥砂浆。

二次注浆在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa分段依次由下至上进行，注浆压力、注浆数量和注浆时间根据锚固体的体积及锚固地层情况确定。

注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，同时做好注浆记录。

11、框架制作
框架采用C25砼浇筑，框架嵌入坡面20cm，用人工开挖，石质地段使用风镐开凿，超挖部分采用C25砼调整至设计坡面。

框架外露坡面20cm，采用于回填种植土植草。

横梁、竖肋基础先采用5cm水泥砂浆调平，再进行钢筋制作安装，钢筋接头需错开，同一截面钢筋接头数不得超过钢筋总根数的1/2，且有焊接接头的截面之间的距离不得小于1m。

因锚杆无预应力，锚杆尾部不需外露、不需加工丝口、不用螺帽和砼锚头封块，只需将锚杆尾部与竖梁钢筋相焊接成一整体，若锚杆与箍筋相干扰可局部调整箍筋的间距。

模板采用小块钢模板，用短锚杆固定在坡面上，砼浇注时，尤其在锚孔周围，钢筋较密集，一定要仔细振捣，保证质量。

框架分片施工，两相邻框架接触处留2cm宽伸缩缝，用浸沥青木板填塞。

12、框格内铺砌
框格内采用培土植草防护形式，将下部土体捶实平整，在框架内培土植草皮。

种植草皮的坡面比设计坡面低5cm，采用木桩将草皮固定，并及时洒水，保证草皮的成活率。

锚杆砼框架植物防护施工质量控制标准
序号项目允许偏差检验数量检验方法
范围频率
1 植物成活率 10% 每400m
2 3条带植草：尺量，计面积；
植株：点数，统计计算
2 锚
杆抗拔力（KN）拔力平均值≥
设计值
最小拔力≥0.9设计值抽查1%，且不少于3根抗拔力试验
3 孔深 ±50mm 抽查10% 尺量
4 间距 ±100mm 抽查10% 尺量
5 长度 ±50mm 抽查10% 尺量
6 框
架坡顶高程 -30mm 每坡长20m 3 水准仪测
7 断面尺寸 ±20mm 每坡长20m 3 尺量
8 垫层厚度 -20mm
9 截
排
水
沟宽度 +50mm
-20mm 每坡长20m 3
10 深度 +100mm
-20mm
11 铺砌厚度 -10%设计厚度
12
表面平整度浆砌片石30mm
混凝土15mm 每护坡长20m
5 2m长直尺与钢尺量。