深基坑支护工程中土钉支护技术探讨

崔久义

大连鸿玮置业有限公司

深基坑支护工程中土钉支护技术探讨

崔久义

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土钉支护技术在实际工程的运用过程中表现出了非常良好的应用优势，具有安全性能高、施工简单、投资成本低等特点，适合于高层建筑深基坑开挖、地下机构施工开挖、土坡开挖等方面的临时支护，也可以用作隧道洞口挡墙、和路堑边坡挡墙和桥台挡墙的永久结构。它的应用很广，有广阔的发展前景，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了深基坑支护工程中土钉支护技术的相关方面。

深基坑支护工程；土钉支护技术；发展

1 土钉支护

土钉支护(SoilNailing)是基于新奥法(NATM)原理发展起来的一种新型原位土体加固技术，该技术目前被广泛应用于开挖支护和边坡加固工程中。土钉支护由土钉(即：土中置入较密间隔的细长杆体，如钢筋、钢管等，周围再辅以压力注浆)与加固了的土体作为挡土结构，类似于重力式挡土墙。当土体发生变形时，土钉全长与土体接触界面上产生粘结摩阻力，使土钉被动受拉，加上开挖面上喷射钢筋混凝土面板的约束，使复合土体的力学性能得以改善，自稳能力和整体刚度得到提高，起到制约边坡土体变形、提高边坡整体稳定性的效果。典型的土钉支护结构包括原土中的土钉、喷射混凝土面层以及被加固的土体，见图1。

图1 土钉支护结构构造示意图

土钉支护具有很多优点：

1)工程量少、施工速度快。与桩支护和连续墙支护相比较，土钉支护是将土作为支护的一部分，用混凝土和用钢量要少得多。大大加快了施工速度，工期缩短一半。2)投资抵。在国外，土钉支护比拉锚支护要节省10%～30%，我国土钉支护比其他支护方法省30%～50%。有效降低了投资成本，深受投资方欢迎。3)施工简单。土钉支护不需要特殊工艺，对技术和设备要求较低，成孔时只需要有洛阳铲就行了。但是在卵石层成孔时，就需要有专用的锚杆钻机了。4)抗震性能好。土钉支护属于柔性支护，对于地震车辆振动有着良好的抵抗性。即使受力损坏，也是一个缓慢的变形损坏过程，不会出现立刻彻底损坏现象。

2 土钉支护的工作机理

(1)土钉对复合体起骨架约束作用：试验证明，土钉在其加固的土体中起着箍束骨架的作用，这种箍束骨架作用是由土钉本身刚度、强度以及在土体中分布的空间形式所决定的。它具有制约变形的作用，使复合土体成为一个整体。(2)土钉对复合体的分担作用：在复合体内，土钉与土体共同承担外荷载和自重应力，土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度，在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，模型试验结果证明，土钉支护在向下开挖过程中，土体的抗剪能力早已充分发挥，然后土钉受力而保持稳定。(3)土钉起着应力传递与扩散作用：试验说明，当载荷增到一定程度，内部裂缝已发展到一定宽度，此时坡脚应力最大。这是下层锚体伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大抗拉力。锚体通过其应力传递作用，将滑裂域内部应力传递到后边稳定土体中，并分散在较大范围的土体中，降低应力集中程度。(4)坡面变形的约束作用：面层的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。面层的设置限制了由于开挖卸荷或外部超载使土体产生的坡面膨胀。限制坡面膨胀能够起到削弱内部塑变，加强边界约束的作用，这在开裂变形阶段尤为重要。面板约束力取决于土钉表面与土的摩阻力，当复合土体开裂面区域扩大并连成片时，摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合体。

3 深基坑支护工程中土钉支护技术

3.1 土钉墙施工

土钉墙施工首先需要对基坑土方进行开挖，挖好后再进行墙面修正，保证墙体协调性;再测量基坑深度，合理的基坑深度可以保证建筑工程顺利推进;之后将钻机运输到施工现场，根据工程设计设置安钻杆，修正钻孔位置，防止钻孔出现偏斜，钻孔深度必须保证严格按照施工标准进行;最后清理钻孔工作现场，将土钉插入钻孔中，并确保土钉固定牢固。

3.2 钢筋网喷射混凝土

土钉支护施工中钢筋网喷射混凝土施工环节比较简单，主要施工流程如下：保证立体面平整度达到设计标准→固定钢筋网片→根据施工设计要求配置相应标准的混凝土材料→预热开启相关设备→开始钢筋网喷射混凝土。

3.3 土钉支护施工中注意事项

(1)施工前测量。基坑边坡施工前，必须提前做好测绘定位工作，施工人员按照设计图纸定位基坑中上口、下口线，保证土钉支护施工的准确性，对地形特殊区域进行特殊处理，防止影响后期施工。(2)基坑施工。建筑工程项目偶尔会遇到强降雨天气，基坑会产生积水，造成土层结构出现变化，导致土质松软，直接影响边坡的稳定性，因此，在施工时应该尽量避免强降雨天气。除此之外，基坑边坡施工中必须将底部积水及时排掉，防止影响土钉支护施工。(3)钻孔施工。在进行土钉支护施工时，施工人员必须控制土钉的钻孔直径，一般孔径控制在100mm，除此之外，钻孔深度必须按照施工设计方案，保持钻孔机打孔时处于水平状态，以免钻孔出现偏移。安装土钉时，土钉上焊接有托架，保证托架与托架之间距离不超过2m。(4)钢筋网施工。土钉支护施工第二部分就是挂网施工，必须控制安装钢筋网的施工时间。安装钢筋网时间一般在注浆后4h，钢筋网之间距离一般控制在30mm左右，土钉支护施工中钢筋挂网一般为Φ6.5@200mm的双向钢筋网。除此之外，需要用螺纹钢将钢筋网与土钉进行连接，加强钢筋网之间的连接强度，钢筋网连接在一起之后必须及时进行混凝土喷射施工，喷射的混凝土一般采用C20材料。时间过长会导致钢筋网与混凝土粘合度降低，直接造成支护结构不牢固。

[1]杨光华.土钉支护技术的应用与研究进展[J].岩土工程学报，2010，S1：9-16.

[2]潘雪桥.深基坑土钉支护技术的作用机理[J].山西建筑，2010，23：136-137.

[3]周海林.土钉墙支护技术在工程中的应用[D].中国地质大学(北京)，2009.