土钉墙施工技术在边坡支护中的应用

郝晓华

1 概述

土钉墙支护结构是一种原位土体加固技术，是以一定角度(一般为5°～15°)、一定密度(一般为水平、竖向间距1 m ～2 m)、一定长度(边坡高度的0.8倍～1.2倍)置于土体的土钉杆件及注浆体为主要受力构件，与钢筋网和喷射混凝土面层共同组成的挡土结构，承受墙后土体的主动土压力。土钉墙可最大限度地利用边坡土体固有强度，变土体荷载为支护结构体系的一部分。它通过喷射混凝土面板和土钉加固边坡周围土体，将土钉深入到主动破裂区以外，利用稳定区域内土钉和土体之间的摩擦力提供边坡支护锚固力，从而使边坡维持稳定。

2 工程概况

阳泉居馨花园六组团小区在开发建设中，北侧边坡约6 m～7 m高，边坡前原为一深沟，后由阳泉钢厂炉渣回填而起，原设计为石砌挡墙，基坑开挖受到限制，且施工时正值雨季，边坡存在较大安全隐患，为确保边坡稳定和施工安全，后经多方案研究讨论，决定采用土钉墙支护边坡。

3 土钉墙设计

3.1 设计方案

1)由于边坡土质为回填杂土，钢筋土钉成孔困难，故采用打入注浆式土钉(也称作钢管土钉)，杆体直径48×3.5mm钢管，土钉间距1.2 m ×1.2 m、倾角15°方形布置，第一排距地0.5 m 布置，土钉钢管端部封闭，管壁开直径8mm的注浆孔，@250mm，呈梅花形布置。2)喷射混凝土面板200mm厚，喷射混凝土标号为C20细石混凝土。3)面板钢筋网为φ6@150双向双层，面板预留泄水孔φ150@1200 PVC管，孔后放碎石，排水管坡度5%。

3.2 钢管土钉制作注意事项

1)钢管兼作注浆管，所以要加工成花管。钢管端部封闭，管壁开φ8mm～φ12mm的注浆孔，@250mm，呈梅花形布置。为了尽量使每个注浆孔都能出浆，钢管越长，注浆孔应越小。开孔位置不能太靠近端部，因为注浆过程中，当孔口溢浆时通常就停止了注浆，如果注浆孔离端部太近，往往在别的注浆孔出浆量还很少甚至没有出浆时，就已经有浆液从钢管孔口处流了出来，影响注浆质量。2)钢管外壁应焊有倒刺，一方面保证注浆孔在钢花管打入过程中不被土塞死，另一方面可以增加钢管与周围土质的摩阻力。倒刺要焊牢，不能在钢管打入过程中脱落。

4 土钉墙施工

4.1 工艺流程

修正边坡→放线定位土钉位置→打入土钉→孔内注浆→设置钢筋网片→喷射混凝土面板→养护。

4.2 土钉入土

施工前，根据设计要求放线定位，并做好明显标记，每一排土钉要拉线复核，确保在同一水平线上。采用空压机、风镐顶住土钉尾部均匀用力振动入土，实践证明，该施工方法进度快、工人劳动强度不大，并保证土钉入土长度和位置准确。

4.3 钢管土钉的注浆

管内注浆是整个施工工艺的关键控制工序，注浆效果直接影响到边坡的稳定。注浆采用纯水泥浆，水灰比为1∶0.5，注浆压力控制在0.25 MPa～0.35 MPa，根据不同的土质情况，注浆压力随土的密实度降低而降低。注浆压力过高，会使浆液很快从管口等处溢出，实际注浆量减少;注浆压力过低则出浆慢，扩散半径小。因为要与钢管共同承担力的作用，所以钢花管内的浆液也要饱满。注浆液应搅拌均匀，随搅随用，注浆要在初凝前用完，注浆完后，采用清水冲洗浆泵和注浆管路。

4.4 铺设钢筋网

钢筋网采用φ6@150双向双层钢筋，钢筋网片搭接长度应大于300mm，钢筋网片与土钉必须有效连接，边坡横向间距1.5 m设置通长加强筋，加强筋不仅增加了面层的强度、刚度，还加强了土钉墙的整体性。通常土钉钢管端头周边焊4根φ8钢筋弯钩作为锚头，锚头压紧加强钢筋后与之焊接牢固，保证喷射混凝土时钢筋不晃动。喷射混凝土时要特别注意锚头位置，要喷射密实。

4.5 喷射混凝土面板

喷射混凝土面板是工艺流程中的最后一道工序，面板主要承受侧向土压力、钉头拉力，限制土体侧向变形的作用，并通过钉头的拉力把土压力等荷载传递到深层土中，从而保证土钉墙的安全稳定。因此保证土钉墙的面层施工质量非常重要，影响喷射混凝土施工质量的因素主要有:

1)用水量。喷射混凝土中的用水量是喷射混凝土的关键技术，用水量完全由喷射手控制，为了使喷射手能迅速进入最佳状态，大面积喷射前最好进行现场试喷。用水量少，则回弹量大，混凝土拌合不匀，水泥水化不充分，混凝土强度偏低;用水量大，则易流淌下坠。最佳含水量约是水灰比0.45的含水量。

2)风压与风量。喷射混凝土所用的空气压缩机的排风量大于9 m3/min，小于17 m3/min。工作风压是由喷射机的输送能力决定的，主要取决于输料管的长度。风量与风压不足容易导致喷射过程中堵管，且会减弱喷射料流的冲击力，粗骨料不易嵌入新鲜的混凝土中，从而使混凝土的密实度降低。风压过大，料流的冲击力大，回弹率增大，粉尘浓度增大。经验证明，料流在喷头处的出口压力为0.1 MPa ～0.12 MPa，效果最佳。

3)喷嘴角度、距离与移动。喷嘴与面板宜保持在0.8 m～1.0 m的距离，距离过大会增加回弹量，降低密实度;过小也会增加回弹量，且喷射手容易受到回弹骨料的伤害。喷射时喷头与受喷面形成90°角，否则会使冲击力减小造成混凝土密实度降低。喷射混凝土应分段分片依次进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，喷头运动按螺旋式轨迹均匀的移动，一次喷射混凝土至设计厚度，喷射手应控制好水灰比，保持混凝土表面平整、湿润光泽，无干斑或流淌现象。

4.6 养护

喷射混凝土的养护与现浇混凝土相比并无特殊之处，但施工单位往往对这个问题重视不够。喷射混凝土一般采用喷水养护方式，喷射混凝土终凝2 h后即开始喷水养护，养护期根据温度湿度等条件不同而有所区别，一般不应少于3 d～7 d，喷水次数根据混凝土的湿润状态决定。

5 结语

根据不同的地质条件和不同的施工条件，我们及时地对设计方案进行了调整，本工程我们采用土钉支护边坡，省略了石砌挡墙的基坑开挖及地基处理工序，并且将土钉墙传统施工工艺中的钻孔机钻孔安装土钉锚杆，改变为采用空压机风镐直接振动打入钢管土钉锚杆，钢管土钉的优点是施工工序少、速度快;在粉细砂、回填土、软土等钢筋土钉施工困难的土层中具有优越性，在碎石土层中也有一定的施工能力，钢管土钉挤土成形，钢管对土体的挤密和浆液在土体中的扩散都会提高土体的强度，增加边坡土体的稳定性。