土钉在基坑边坡支护中的应用研究

时间：2024-08-31

张先良

湖南工学院机械系（421002）

0 引言

土钉支护技术是近年来在基坑边坡支护的重要形式，其充分利用土体自身强度,在原位土中置入间距较密的钢筋等细长杆件,使其沿杆件长度与周围土体接触并形成复合体来抵抗土体后方传来的土压力及其他方面荷载,并通过在开挖面敷设钢筋网之后在网上喷射混凝土面层,让土体、土钉及混凝土面层形成整体,通过这一整体共同受力来改变土体的受力情况以保证支档体系及后方土体的稳定性，该方法具备施工简单、效率高、性能可靠以及经济性好等优点而在深基坑支护、边坡加固等方面得到广泛应用。

1 土钉支护的作用机理及特点

1.1 土钉支护机理[1]

土钉支护由于在边坡的一定范围内敷设杆件而在一定范围内形成加固区,在加固区内不可能出现滑移面从而达到边坡稳定的目的,其抗倾覆与抗滑移力主要通过加固区宽度和底排锚杆通过向下倾斜穿过滑移面来赋予。

1.2 土钉支护特点[2]

其特点主要为经济性好。边坡处理有常规边坡支护、桩板墙支护和土钉墙支护等类型。统计数据表明,在基坑深度相同的情况下，采用土钉支护所发生的费用较桩板墙支护低34.1%，较常规挖方边坡设计费用低35.2%，同时基坑越深即挖方边坡越高则采用土钉支护的经济性越好。

2 土钉的类型及适用范围

2.1 土钉类型[3]

1）钻孔注浆钉：该种土钉所用钢筋一般在20～32 mm范围内，锚孔一般为70～150 mm甚至更大，其一般需沿钉长每隔2～3 m设置对中支架来保证土钉钢筋处于孔的中心位置，其成孔方式有手工洛阳铲和螺旋钻等,注浆形式有多种，采用最多的是重力注浆，但采用该种方法时应使钉孔向下倾斜15°以上。2）击入钉：该种土钉无需注浆，但由于其钉长受限制而与土体接触面积相对较小，因此应布置较密。施工时一般采用震动冲击钻或液压锤击入,其具有不需预先钻孔而大大提高了施工速度,但该种工艺只适用于粘性土而不适用于砾石土、硬胶结土和松散砂土等土质。3）注浆击入钉：是将周围带孔、端部密闭的钢管击入土层，然后向管内注浆并使其透过壁孔而渗入到土体，也有采用轴向有孔槽的土钉,在灌入土体后注浆与周围土体粘接为一体，近年来国外发明了带扩大端的土钉，其在进入土层后能在筋体与周围土体间形成空隙并同时注浆填充其空隙。

2.2 适用范围

土钉支护一般用于可塑、硬塑或坚硬的粘性土，胶结或弱胶结的粉土、砂土和角砾以及有一定粘结性的杂填土甚至风化岩等,但该种施工工艺不适用于在侵蚀性土内作为永久性支档结构。其适用的边坡类型一般有土体开挖的临时支护、深基坑开挖边坡支护。

3 土钉支护施工工艺

1）开挖坡面：土钉支护应分层进行，其坡面开挖时深度不能超过设计深度，同时应严格遵守设计破角要求，并保证坡面平整光滑。2）初喷：初喷是在挖好的坡面立即进行的混凝土喷射，以使其表层固结而不产生垮塌。3）成孔：是钻孔注浆钉或注浆击入钉施工时根据设计采用人工成孔或机械成孔,无论何种成孔方式都要保证钻孔下倾15°～25°的角度要求。4）土钉安装：击入钉安装。一般采用震动冲击汽动锤、液压锤等将其击入土体。5）注浆钉安装：是在成孔后将金属细长杆件与输送水泥浆的软管连在一起置入孔内,其安装方法主要根据成孔方式决定，成孔方式则根据土体特征、钉长及直径等因素进行选择，一般有冲击成孔法，即通过使用沿孔锤或顶端锤形成凿孔。6）插杆灌浆：插杆是指在加筋杆上安装扶正环来将钢筋导正,在插筋的同时在钢筋距离孔底约0.3 m时开始灌浆,浆液应满足设计要求，并保证灌满而不留空洞或孔隙。7）挂网：待灌浆后将钢筋网固定于坡面，并使之与土钉连接在一起。8）复喷及锁定：复喷是指在整个坡面复喷混凝土，锁定是指待水泥浆硬化达到要求强度后,靠着喷射面层用防松螺母和钢质垫板对土钉进行锁定。