谈土钉墙支护发展现状

王龙祥

(河北中色华冠岩土工程有限公司，河北廊坊 065201)

随着我国城市化进程的加快，人民对生活空间的需求量剧增，为了解决这一矛盾，大量高层或超高层建筑物和各种地下建筑物不断出现，从而加速了基坑工程的发展。土钉墙支护具有造价低、施工简单、安全性好、噪声低、污染小等优点，被广泛应用于基坑工程中［1］。但施工过程中对土钉墙支护的认识还不够，常导致事故的发生。为此，有必要对土钉墙支护的支护形式和工作性能以及其存在的问题和发展方向进行概述。

1 概述

1.1 土钉墙定义

土钉墙具有“土”“钉”“墙”三个基本特征［2］，由土钉体、混凝土面层、原位土体及防排水系统构成，是一种挡土结构。其中土钉是主要的受力单元，它是一种细长的金属杆件，一般为钢筋。土钉墙支护是将这种金属杆件预先插入钻好的斜孔中，并进行全孔注浆封填，然后将土钉顶端焊接在钢筋网，最后进行喷射混凝土面层而形成的一种支护形式。

1.2 土钉墙发展简史

土钉墙支护最初出现于20世纪70年代初期的法国［2］，主要用于公路和铁路的边坡施工，随后很快被用于基坑开挖的支护中。后来德国、美国、加拿大和英国先后将其用于基坑工程中。我国于20世纪90年代在较浅的基坑开挖时开始应用这种技术。与此前广泛使用的地下连续墙和排桩相比，其造价低廉，施工快捷，成为了目前应用最广的基坑支护形式之一［3］。

1.3 土钉墙适用范围

土钉墙支护的适用范围如图1所示，适用于粘性土、粉土、杂填土、素填土、非松散的砂土和碎石土等土层。此外，土钉墙支护形式不适用于含有较大粒径的卵石、碎石的土层和饱和软粘土层，因为在这种地层中掏孔比较困难。对于基坑底部位于地下水位以下的条件应给予降水。特别值得注意的是当有上层滞水，上、下水道漏水，或有积水的化粪池、古井、防空洞等存在时，常会引起土钉墙结构的局部坍塌，要查清水的来源和分布，并妥善处理。

图1 土钉墙支护应用范围

2 土钉墙的支护形式及发展现状

2.1 普通复合土钉墙

目前采用单一的土钉墙支护常常不能满足施工的需求，所以常采用土钉墙与其他支护方法结合的形式，称为复合土钉墙。这种支护技术以土钉墙支护形式为主体，以其他补强措施为辅助，提高了土体的稳定性，克服了单一传统土钉墙支护的固有缺陷，扩大了土钉墙的适用范围，具有广阔的应用前景。经过这几年的发展，复合土钉墙的支护形式多种多样，其中基本的构造设计有以下四种:1)土钉墙+预应力锚杆;2)土钉墙+微型桩+预应力锚杆;3)土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆;4)土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆。

2.2 钢管桩复合土钉墙支护

在一些特殊的基坑中，尤其是基坑外侧地下水位高于基底的工程中，因为地下水的影响，很难预成孔，因此产生了打(压)入式钢管土钉工艺，即采用专用设备将钢管打入或压入土体中，不需成孔，并在钢管内插入注浆管进行压力注浆，通过预先在钢管壁上留下的小孔，使浆液扩散在周围土体中，从而形成注浆体，类似于加固工程中的水泥注浆加固工艺。钢管式土钉解决了特殊土层中土钉成孔的困难，且经济成本不高［4］。但是钢管桩复合土钉墙支护也存在一些缺点，与钢筋土钉相比，因钢筋土钉是先行成孔，故在不塌孔的前提下，注浆体成型较好，基本呈规则的圆柱体，经过压力注浆后与土体接触紧密，可以很好的产生摩擦力;而钢管式土钉是直接进入土层，通过管壁上预留的小孔将浆液挤入土体，由于无法控制浆液的走向，浆液进入土体后在土层的最松散薄弱处分布，导致注浆体成型不规则，与土体接触面很少，可能出现钢管局部甚至全部四周无浆的情况。对于钢管桩复合土钉墙支护的应用和改进需要进一步研究。

2.3 毛竹复合土钉墙支护

我国南方盛产毛竹(见图2)，该种植物繁殖力强、生长周期短且生长迅速，是一种绿色环保的可再生资源［5］。新伐的毛竹的纤维有很强的抗拉能力，虽然长期强度因纤维老化腐蚀会逐渐降低，但其短期强度相对来说比较稳定［6］。毛竹的这种特性正符合建筑物基坑的临时支护的特性。以毛竹作为新型土钉不会对相邻的构筑物的施工造成较大的困扰。毛竹复合土钉墙支护就是以毛竹取代钢制土钉，用竹篾网取代钢筋网，与基坑坡脚的毛竹排桩一起构成的复合土钉墙支护结构［7］。与普通复合土钉墙相比，用毛竹代替钢筋和水泥是复合可持续发展战略的要求，满足了国家对环境保护的要求，毛竹复合土钉墙支护形式是一种绿色环保的新技术，值得推广与进一步研究。

图2 我国南方盛产的毛竹

3 存在的问题及发展方向

1)土钉墙的施工结合开挖过程，是一种动态的支护过程。在理论上，目前还未能完全的研究透彻土钉的作用机理［8］，并且由于是隐蔽工程，因此存在很多不确定的岩土参数。为大限度保证基坑的稳定性和安全性，设计人员一般会提高土钉墙的安全系数，这就造成了材料的浪费。

2)对土钉墙的计算模型也有很多值得探讨之处。有些基坑规范上，土压力的计算仍然选用三角形土压力分布模型计算，或者根据以往经验计算，这与实际测出的土压力相差较大。

3)利用各种分析建模软件对土钉墙的变形分析也是目前比较常用的方法［9］。用软件来进行模拟分析虽然会与实际工程有些出入，总有一些理想化的边界条件，但是为土钉墙变形的理论分析提供了可靠的依据。

4)土钉设计中对面层的工作原理的认识不够，工程中测出的面层土压力和面层的设计有着极大的差别［10］。面层土压力会对基坑变形和应力分布产生影响，因此，对土钉墙的另一个重要研究就是对面层的工作原理的研究。

5)毛竹复合土钉墙是一种低耗能环保的支护结构，还具有优于传统土钉墙的优势，具有良好的发展势头。土钉墙与其他各种支护形式复合使用是未来土钉墙支护形式的主要发展方向。

4 结语

土钉墙支护造价低廉，施工快捷，是目前应用最广的基坑支护形式之一，土钉墙的施工工艺、加筋机理和设计计算也是岩土工程中的一个重要问题。本文介绍了土钉墙支护的概念与发展，评价了土钉墙现存的各种形式，并指出了土钉支护存在的问题和发展方向，以期给土钉墙支护的实际应用提供依据。