土钉墙支护设计

土钉墙支护设计

摘要：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。

关键词：土钉挡墙设计

一．概念

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。

二．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

三．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。

四．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。

五．土钉墙的基本原理

5．1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。

5．2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。

六．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土钉墙承载能力极限状态的计算

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土钉墙支护方案的确定

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。

6．3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。