土钉墙

土钉墙国外起源

一是20世纪50年代形成的新奥地利隧道开挖方法（New Austrian Tunnelling Method），简称新奥法（NATM）；二是20世纪60年代初期最早在法国发展起来的加筋土技术。70 年代，德国、法国、美国、西班牙、巴西、匈牙利、日本等国家几乎在同一时期各自独立开始了现代土钉墙技术的研究与应用 。

国际上有详细记载的第一个土钉墙工程是1972 年法国在凡尔塞附近的一处铁路路堑的边坡支护工程，德国1979 年在斯图加特建造了第一个永久性土钉墙工程，美国有详细记载的一个工程是1976 年在俄勒冈州波特兰市一所医院扩建工程的基础开挖。1979 年巴黎地基加固国际会议之后，由于各国信息交流，改变了以前各自独立研究状态，使得土钉墙技术得到迅速发展和应用，1990 年在美国召开的挡土结构国际学术会议上，土钉墙作为一个独立的专题与其它支挡形式并列，成为了一个独立的地基加固学科分支。

土钉墙国内起源

一是国外的土钉墙技术，二是在国内地下工程中应用广泛的喷锚技术。有记载的首例工程是山西太原煤矿设计院王步云1980 年将土钉墙用于山西柳湾煤矿的边坡支护。

90 年代以后国内深基坑工程大规模兴起，有学者尝试着将土钉墙技术用于基坑，了解到的首例工程为1991 年胡建林等人完成的金安大厦基坑，位于深圳市罗湖区文锦南路，周长约100m，开挖深度6~7m。半年后（1992 年）开挖深度达12.5m的深圳发展银行大厦基坑采用土钉墙获得成功，引起了岩土工程界的极大兴趣与广泛重视。之后土钉墙技术异军突起，得到了广泛而迅猛的应用与研究。90 年代中期以后，多个国家、行业及地方规范标准的相继出台，使土钉墙技术得到了进一步的普及与提高。

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。不仅有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。

1 土钉墙施工前应先检测路堑横断面，净空合格后方能进行土钉墙施工。

2 土钉墙应按“自上而下，分层开挖，分层锚固，分层喷护”的原则组织施工，并及时挂网喷护，不得使坡面长期暴露风化失稳。

3 施工前应按设计要求进行注浆工艺试验、土钉抗拉拔试验，验证设计参数，确定施工工艺参数。

4 土钉钻孔时，严禁灌水。钉孔注浆应采用孔底注浆法，确保注浆饱满，注浆压力宜为0.2MPa。

5 土钉墙施工时应按设计要求制作支撑架。

6 挂网材料为土工合成材料时，应采取妥善的防晒措施，防止土工合成材料老化。挂网前应清除坡面松散土石。

7 坡脚墙基坑施工应尽快完成，同时应采取措施防止基坑被水浸泡。

8 喷射混凝土前应进行现场喷射试验，确定施工工艺参数。

9 喷射作业应自下而上进行，喷层厚度大于7cm时，应分两层喷射。喷射过程中应采取有效措施保证泄水孔不被堵塞。

10 土钉墙所用砂、石料、水泥、粉煤灰、矿物掺和料、外加剂、钢筋应符合本标准第10.1.14条的规定。

11 土钉墙所用的土工合成材料的品种、规格、质量应符合设计要求。进场时应进行现场验收，并对其技术性能进行检验。

12 土钉孔的布置形式、土钉长度应符合设计要求。土钉墙钻孔施工时，严禁灌水。

13 土钉孔锚固砂浆强度等级应符合设计要求。钉孔注浆应采用孔底注浆法，确保注浆饱满。注浆压力宜为0.2MPa。

14 网的规格尺寸、网与土钉的连接应符合设计要求。

15 喷射混凝土强度等级应符合设计要求。

16 喷射混凝土面层厚度在每个断面上60﹪以上不应小于设计厚度，且厚度最小值不应小于设计厚度的一半；同时，所有检查孔的厚度平均值，不应小于设计厚度值。

17 泄水孔施工质量、墙后反滤层构造、墙基坑开挖、墙身混凝土强度、脚墙模板、沉降缝（伸缩缝）预留与塞封应符规定。 2100433B

（1）基坑支护技术规程规定土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.1

（2）土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；

（3）土钉的长度宜为开挖深度的0.5~1.2倍，间距宜为1~2m，与水平面夹角宜为5度~20度；

（4）土钉钢筋宜采用HRB335、HRB400级钢筋，钢筋直径宜为16~32mm，钻孔直径宜为70~120mm；

（5）土钉墙注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M20；

（6）土钉墙喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6~10mm，间距宜为150~300mm，喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm；

（7）土钉墙坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。

土钉墙基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地，基坑深度一般是在15米以内；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。

土钉墙围护结构

结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成；

支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑；

受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系；

适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。

土钉墙钻孔注浆型

先用钻机等机械设备在土体中钻孔，成孔后置入杆体（一般采用HRB335 带肋钢筋制作），然后沿全长注水泥浆。钻孔注浆钉几乎适用于各种土层，抗拔力较高，质量较可靠，造价较低，是最常用的土钉类型。

土钉墙直接打入型

在土体中直接打入钢管、角钢等型钢、钢筋、毛竹、圆木等，不再注浆。由于打入式土钉直径小，与土体间的粘结摩阻强度低，承载力低，钉长又受限制，所以布置较密，可用人力或振动冲击钻、液压锤等机具打入。直接打入土钉的优点是不需预先钻孔，对原位土的扰动较小，施工速度快，但在坚硬粘性土中很难打入，不适用于服务年限大于2 年的永久支护工程，杆体采用金属材料时造价稍高，国内应用很少。

土钉墙打入注浆型

在钢管中部及尾部设置注浆孔成为钢花管，直接打入土中后压灌水泥浆形成土钉。钢花管注浆土钉具有直接打入钉的优点且抗拔力较高，特别适合于成孔困难的淤泥、淤泥质土等软弱土层、各种填土及砂土，应用较为广泛，缺点是造价比钻孔注浆土钉略高，防腐性能较差不适用于永久性工程。

(1)合理利用土体的自稳能力，将土体作为支护结构不可分割的部分，结构合理；

(2)结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破坏前有变形发展过程。1989 年美国加州7.1 级地震中，震区内有8 个土钉墙结构估计遭到约0.4g 水平地震加速度作用，均未出现任何损害迹象，其中3 个位于震中33km 范围内。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 级大地震中，据调查发现，路堑或路堤采用土钉或锚杆结构支护的道路尚保持通车能力，土钉或锚杆支护结构基本没有破坏或轻微破坏，其抗震性能远远高于其它支护结构 ；

(3)密封性好，完全将土坡表面覆盖，没有裸露土方，阻止或限制了地下水从边坡表面渗出，防止了水土流失及雨水、地下水对边坡的冲刷侵蚀；

(4)土钉数量众多靠群体作用，即便个别土钉有质量问题或失效对整体影响不大。有研究表明：当某条土钉失效时，其周边土钉中，上排及同排的土钉分担了较大的荷载；

(5)施工所需场地小，移动灵活，支护结构基本不单独占用空间，能贴近已有建筑物开挖，这是桩、墙等支护难以做到的，故在施工场地狭小、建筑距离近、大型护坡施工设备没有足够工作面等情况下，显示出独特的优越性；

(6)施工速度快。土钉墙随土方开挖施工，分层分段进行，与土方开挖基本能同步，不需养护或单独占用施工工期，故多数情况下施工速度较其它支护结构快；

(7)施工设备及工艺简单，不需要复杂的技术和大型机具，施工对周围环境干扰小；

(8)由于孔径小，与桩等施工方法相比，穿透卵石、漂石及填石层的能力更强一些；且施工方便灵活，开挖面形状不规则、坡面倾斜等情况下施工不受影响；

(9)边开挖边支护便于信息化施工，能够根据现场监测数据及开挖暴露的地质条件及时调整土钉参数，一旦发现异常或实际地质条件与原勘察报告不符时能及时相应调整设计参数，避免出现大的事故，从而提高了工程的安全可靠性；

(10)材料用量及工程量较少，工程造价较低。据国内外资料分析，土钉墙工程造价比其它类型支挡结构一般低1/3～1/5。

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，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。

土钉墙支护作用原理

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。不仅有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。

土钉墙支护作用机理

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。