综述土钉支护技术

　　一、序言
　　1.土钉支护概述
　　土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济,可靠且施工快速简便,在我国得到迅速推广和应用。在基坑开挖中土钉支护现已成为桩,墙,撑，锚支护之后的支护技术。国外出版的基础支护列为独立的章节与传统的支护技术并列加以介绍。
　　“土钉”(soilnails,源自法文clouagedesol)，就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体，土钉的特点是沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个合体，在土体发生变形的情况下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。土钉的设置方向与土体可能发生的主拉应变方向大体一致，通常接近水平并向下呈不大的倾角。土钉支护用于基坑边或边坡土体开挖时的典型做法应遵循从上到下，分步修建的原则，即边开挖、边支护，具体为：1.有限的深度2.在这一深度的作业面上设置一排土钉并并构筑喷混凝土面层3.继续开挖有限的深度，并重复上述步骤，直至所需深度。对于注浆钉，先钻孔再置入金属钉体并注浆。
　　2.土钉支护的优点和局限性
　　1）材料用量和工程量少，施工速度快。土钉支护的土方开挖量和混凝土工程量较少，全部土钉连同面层钢筋网的用钢量也甚为有限，材料用量远低于桩支护和连续墙支护。在施工速度上，有的甚至可以将工期缩短一半。
　　2）施工设备轻便，操作方法简单。土钉的制作与成孔不需复杂的技术和大型机械设施，施工方法有较大灵活性，施工时对环境的干扰也很小，特别适合于城市地区施工。
　　3）对场地土层的适应性强。土钉支护特别适合于有一定粘性的砂土、粉土和硬塑料与干硬粘土，但即使有局部的软塑粘性土层，在采取一定措施后也有可能采用土钉支护。当场地同时存在土层和不同风化程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。
　　4）结构轻巧，柔性大，有很好的延性。土钉支护自重小，不需做专门的基础结构，并具有非常良好的抗地震及抗车辆震动的能力。土钉支护即使破坏，一般也不至于发生彻底倒塌，并在破坏前有一个变形发展过程。
　　5）施工所需的场地较小，能紧贴已有建筑物进行基坑开挖，这是桩、墙等其它支护难以做到的。
　　6）安全可靠。土钉支护施工采用边挖边支护，安全程度较高；由于土钉数量众多并作为群体起作用即使个别土钉出现质量问题或失效对整体影响不大。土钉技术还有一个非常重要的优点是随时可以根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据，修改土钉的间距和长度，万一出现不利情况，也能及时采取措施加固，避免出现大的事故。
　　7）经济。根据欧洲的经验，土钉支护可比一般的背拉锚杆支护节约总造价10%--30%，也有报道说法国应用土钉支护比别的支护方法可节省1/2--1/3
　　土钉支护也有其缺点和局限性，主要是：
　　1）现场需有允许设置土钉的地下空间。
　　2）在松散砂土、软塑、流塑粘性土、以及有丰富得下水源的情况下不能单独使用土钉支护，必须与其他土体加固支护方法相结合。
　　3）土钉支护如果作为永久性结构，需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。
　　
　　二、土钉支护的构造
　　支护通常有三个部分组成，即土钉、面层和防水系统。
　　1.土钉
　　1）土钉是用变形钢筋与砂浆组成的钻孔注浆钉，即先在土中成孔，置入变形钢筋，然后沿全长注浆填孔，这样整个土钉体由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆（有时用细石混凝土或水泥净浆）组成。为了保证土钉钢筋处于孔的中心位置，周围有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔2--3米设置对中定位用支架。土钉钢筋的标准屈服强度多在20--30mm间，置于70--150mm或更大的钻孔中。土钉钢筋的屈服强度多在400--500MPa左右，强度较低不经济，强度过高则脆性增强，可焊性降低。
　　土钉支护的成孔技术与锚杆相同，成孔方法在很大程度上取决于土体特点和施工单位的已有设备条件。国外在硬粘土和密实粒状土中成孔多用螺旋钻。另一种钻孔方法是用回转或冲击回转钻杆。注浆方式也有多种，最简单的是重力注浆。
　　2)土钉支护的结构参数
　　a.长度比－－Ｌ／Ｈ，其中Ｌ为土钉长度，Ｈ为支护高度或土体挖深
　　b.粘性比——Ｄ＊Ｌ／Ａ，其中Ｄ为孔径，Ａ为每一土钉名义上承担的土体竖向面积，即为土钉水平间距和竖向间距的乘积
　　c.强度比——ｄ２／Ａ，其中Ｄ为土钉钢筋直径，如果土钉和钉孔为非圆截面，则以面积相等的原则来确定等效直径ｄ，并以粘结面积相等的原则来确定等效孔径Ｄ
　　3）支护面层
　　支护面层通常用50-80mm厚的网喷混凝土做成，用一层钢筋网，钢筋直径为6-8，网格为正方形，边长为200-300mm连接采用垫板方法。钢筋网上附加加强筋焊接，或紧贴土钉钢筋侧面，沿纵向对称焊上短段钢筋。喷混凝土面层施工中要做好施工缝处的钢筋网搭接和喷混凝土的连接，到达支护底面后，将面层插入底面以下30到40cm。再成孔置入土钉。
　　
　　3.排水系统
　　为了防止地表水渗透对喷混凝土层面产生压力，并降低土体强度和土体与土钉之间的界面粘结力，土钉支护在一般情况下必须有良好的排水系统。要做好地面排水，施工开挖前要先做好地面排水，设置地面排水沟引走地表水，或设置不透水的混凝土地面防止近处的地表水向下渗透。
　　三、土钉支护的工作性能
　　１.土钉支护工作性能的实测结果
　　国外已对土钉支护作了不少大型量测试验。从这些量测结果得出土钉支护在土体自重作用下的基本工作特点有：
　　a）随着往下开挖，支护不断向外位移。在均质土中，支护面得位移沿高度大体呈线性变化，内似绕趾部向外转动，最大水平位移发生在顶部。但在非均质土中或地表为斜坡或受有地表重载时，最大水平位移点的位置可能移向下部。
　　b）土钉置入现场土体后，如果土体不变形，土钉就不会受力。随着往下开挖、地表加载、或土体徐变而发生土体变形，于是通过土体与土钉之间的见面粘接力使土钉参与工作并主要受拉。量测表明，只要土体发生微小的变形就可使土钉受力。

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