()土钉墙支护详解

浅谈土钉墙支护制作人：小星星目录概述土钉墙设计土钉墙施工土钉墙支护的特点土钉墙适用土层及可行性分析土钉墙与其他支护方法之比较概述土钉墙是由被加固土体、锚固于土体中的土钉群和面板组成，形成类似于重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力或其他附加荷载，从而保持土体的稳定。在深基坑开挖过程中，土钉支护已成为继排桩支护、连续墙支护、锚杆支护之后又一项成熟的支护技术。它经济可靠，施工快速简便，而得到迅速推广和应用。图2土钉墙支护示意图砼面土钉概述土钉墙的工作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。而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。土钉作用机理（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。概述图3制作好的土钉土钉墙的设计内容确定土钉墙的平面、剖面尺寸及分段开挖深度确定土钉的布置方式和间距确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向确定土钉钢筋的类型、直径和构造注浆配比、注浆方式设计混凝土面板设计及坡顶防护设计进行整体和内部稳定性分析施工图设计监测、质量控制与保证设计土钉墙的设计步骤因施工设备的限制，目前我国深基坑土钉支护中大都采用注浆土钉，因此，以下只讨论注浆土钉支护技术。注浆土钉支护结构设计流程如下。1、对场地进行工程和水文地质调查，获取符合工程实际的设计计算参数。2、确定土钉墙结构形状与尺寸、分段施工长度与高度，分段施工长度多为10m，分段施工高度取决于土体自立能力。3、确定土钉长度、水平和竖向间距、孔径、钢筋直径以及土钉倾角和土钉布局等。4、设计面层和注浆参数。5、土钉墙体抗滑移、抗倾覆以及地基承载力和深部土体抗滑动稳定性满足要求否，是则转入（6），否则转入（2）。6、土体内部稳定性及其土体抗拔力满足要求否，是则转入（7），否则转入（2）。7、施工图设计及说明，以及现场监测和质量控制设计。土钉墙的设计方法及稳定性分析关于土钉墙的设计方法有很多种，按其基本原理可分为极限平衡方法和有限元方法。目前在工程上多采用极限平衡分析法，如法国圆弧形破裂面方法、德国双线性破裂面方法、运动学方法、王步云方法、Bridle方法等。关于土钉墙设计方法，目前还没有一个公认统一的计算方法。土钉墙的设计方法及稳定性分析土钉墙稳定性分析除进行整体稳定性验算和土钉抗拔验算外，还应进行混凝土面板强度验算和土钉墙稳定性验算及土钉墙变形分析。土钉墙设计的两个重要原则：土钉密度比土钉长度更重要注浆（加压）效果比土钉钢筋更重要土钉墙施工土钉根据施工方法可分为钻孔注浆型、打入型和射入型，后两种需要专门的施工机械，且土钉长度一般不超过6.0m，钻孔注浆型土钉是在成孔后放入钢筋等构件，再向孔内注浆，形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在坡面上铺设面网，并喷射混凝土，组成土钉墙面。土钉墙施工施工前准备施工前调查施工组织设计钻孔钻孔机具的选择必须满足土钉墙的钻孔要求，坚硬粘土和不易塌孔的土层，可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机，也可使用洛阳铲人工成孔钻孔前必须进行定位，其水平向误差100mm，垂直向误差50mm，倾角误差2度孔深不得小于设计长度，不宜大于设计长度的1％安放土钉杆体前，应确认成孔质量符合要求施工步骤图4洛阳铲图5施工前部分机械准备土钉墙施工土钉杆体组装、安放使用Ⅱ、Ⅲ级钢筋作杆体钢筋应平直、除油、除锈接头采用焊接，长度为30d，但不小于500mm，并排钢筋也要采用焊接杆体轴向间隔1.0-2.0米设置一个对中支架，注浆管、排气管与杆体绑扎牢固注浆采用普通硅酸盐425＃、525＃水泥，一般采用常压注浆注浆应搅拌均匀，随搅拌随用，在初凝前用完注浆前、终止或中途停留时间较长时，应用水冲洗、润滑注浆泵及管路注浆管应随杆体同时插入孔内，管口距孔底为50-100mm注浆后，视孔内情况进行1-2次补浆土钉墙施工面层挂网用于制作面层网的钢筋常用φ6-8，并经过冷拉加工，双向配筋交叉点应隔点点焊或绑扎挂网时，根据边坡坡度、土层情况，每平米用2-3根短钢筋固定在边坡上，每一片网与四周要搭接在钢筋网外侧的土钉头上，焊加强筋及承压筋土钉墙施工面层混凝土施工施工设备使用混凝土喷射机使用速凝剂前，应做与水泥的相容性试验剂水泥净浆凝结效果试验喷射混凝土作业必须分片分段依次进行，喷射顺序自下而上。两次喷射作业应有一定的时间间隔喷射机应密封良好，输料连续、均匀边坡有明显出水点时，应埋设导管排水喷射机司机应按规程操作喷射手应经常保持喷头有良好的工作性能，喷头与受喷面应垂直，宜保持0.6-1.0m的距离。夏季施工时，应注意混凝土面喷水养护。冬季施工时，混合料进入喷射机的气温不应低于5度，再喷射混凝土强度低于设计强度等级的30％时，不得受冻图6土钉墙钻孔图7土钉墙铺设钢筋网图8土钉墙喷射混凝土图9土钉墙复合体土钉墙施工面层承压板面层承压板使用钢板或预制钢筋混凝土板，能较好地控制边坡位移使用螺栓固定承压板，螺杆与土钉焊接，安放时应考虑面层及承压板的厚度当喷射混凝土达到设计强度等级的40％时，再加承压板，并拧紧螺母。每隔10天左右检查一次螺母的松紧程度当场地条件、土层物理、水理性质较好时，可以只用承压板，取消土钉加强筋。土钉墙的检验与测量每层土钉应分别作土钉抗拔试验土钉支护的特点土钉支护的优点：1、土钉墙是一种原位土体加筋技术，它通过土钉在土中所起的骨架作用，传递、扩散并最终均衡因外载和自重产生的应力，让土钉和土体共同协调工作，充分调动和利用土体的自承能力，改变土体的变形与破坏状态，从而提高土坡的整体稳定性。2、结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性。3、施工速度快，施工设备简单，操作方便，施工作业对周围环境干扰小。4、利与信息化施工，一旦发现险情，容易补救，可防止大事故发生。5、工程造价低，据国内外资料表明，土钉墙支护工程造价比其他支护工程造价低1/3左右。土钉支护的特点土钉支护的局限性：需要一定的地下空间，对紧邻地下管线的基坑不宜使用。由于土钉与土之间必须有一定位移土钉才能发挥作用，因此与桩墙式支护结构相比，变形相对较大，这在易产生蠕变的地层中尤其明显。对开挖和支护时间与流程要求较严，否则基坑变形过大甚至失事。在软土地区使用不能体现其经济性，同时变形也难以满足要求。土钉的适用土层及可行性评价土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。当存在地下水时，地下水应低于土坡开挖段，否则应进行降水处理。当用于粘结力很差或处于软塑状态的土体，应首先进行预注浆加固处理。对标贯击数N小于10的砂土边坡，采用土钉法一般不经济。对不均匀系数小于2的级配不良的砂土，不能采用土钉支护；对塑性指数IP20的土，必须详细评价其蠕变特性，当蠕变性很小时，才能将土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性土中作为永久性支护。土钉支护深度一般不宜超过12m，当场地土层特别好时，可放宽到14～16m土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆：二者的工作机理不同，锚杆一般施加预应力，在其末端的锚固段内作为受力段与周围土体接触，提供锚固力。土钉一般不施加预应力或加很小的预应力，土钉只有在土体发生变形后才能被动受力，土钉受力沿长度分布也是不均匀的，一般是中间大、两头小，并且在主动区和抗力区内土钉叠加后使土钉自身趋于力平衡状态，因此土钉面层不属于主要受力构件，它的主要作用是稳定开挖面上的局部土体，防止其塌落和受到侵蚀。同时锚杆的数量远少于土钉，土钉依靠群体起作用，在施工精度和质量要求上没有锚杆那样严格。图10土钉与锚杆的受力比较图土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉墙与加筋挡土墙：土钉支护属于土体加筋技术中的一种，其形式与加筋挡土墙类似，但土钉施工是从上到下分段边挖土边支护，而加筋土则与之相反，从下而上分层施工，因此二者受力状态相差较大。再者加筋杆件一般水平设置，而土钉则与水平面有一定的夹角。土钉墙与抗滑桩：抗滑桩的直径一般大于土钉，因而起到抗滑挡土的作用，只要抗滑桩不被剪断，就能保持土坡的稳定，抗滑桩主要发挥抗剪作用。而土钉直径较小，起不到挡土的作用，土体破坏时可绕过土体继续滑动，而土钉则不需要被剪断，土钉只要不被拔出就能继续工作，因而土钉主要发挥抗拉作用。