土釘墻土釘?shù)念愋?/h1>

土釘墻國外起源

一是20世紀(jì)50年代形成的新奧地利隧道開挖方法（New Austrian Tunnelling Method），簡(jiǎn)稱新奧法（NATM）；二是20世紀(jì)60年代初期最早在法國發(fā)展起來的加筋土技術(shù)。70 年代，德國、法國、美國、西班牙、巴西、匈牙利、日本等國家?guī)缀踉谕粫r(shí)期各自獨(dú)立開始了現(xiàn)代土釘墻技術(shù)的研究與應(yīng)用 。

國際上有詳細(xì)記載的第一個(gè)土釘墻工程是1972 年法國在凡爾塞附近的一處鐵路路塹的邊坡支護(hù)工程，德國1979 年在斯圖加特建造了第一個(gè)永久性土釘墻工程，美國有詳細(xì)記載的一個(gè)工程是1976 年在俄勒岡州波特蘭市一所醫(yī)院擴(kuò)建工程的基礎(chǔ)開挖。1979 年巴黎地基加固國際會(huì)議之后，由于各國信息交流，改變了以前各自獨(dú)立研究狀態(tài)，使得土釘墻技術(shù)得到迅速發(fā)展和應(yīng)用，1990 年在美國召開的擋土結(jié)構(gòu)國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，土釘墻作為一個(gè)獨(dú)立的專題與其它支擋形式并列，成為了一個(gè)獨(dú)立的地基加固學(xué)科分支。

土釘墻國內(nèi)起源

一是國外的土釘墻技術(shù)，二是在國內(nèi)地下工程中應(yīng)用廣泛的噴錨技術(shù)。有記載的首例工程是山西太原煤礦設(shè)計(jì)院王步云1980 年將土釘墻用于山西柳灣煤礦的邊坡支護(hù)。

90 年代以后國內(nèi)深基坑工程大規(guī)模興起，有學(xué)者嘗試著將土釘墻技術(shù)用于基坑，了解到的首例工程為1991 年胡建林等人完成的金安大廈基坑，位于深圳市羅湖區(qū)文錦南路，周長(zhǎng)約100m，開挖深度6~7m。半年后（1992 年）開挖深度達(dá)12.5m的深圳發(fā)展銀行大廈基坑采用土釘墻獲得成功，引起了巖土工程界的極大興趣與廣泛重視。之后土釘墻技術(shù)異軍突起，得到了廣泛而迅猛的應(yīng)用與研究。90 年代中期以后，多個(gè)國家、行業(yè)及地方規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，使土釘墻技術(shù)得到了進(jìn)一步的普及與提高。

土體的抗剪強(qiáng)度較低，抗拉強(qiáng)度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性，在基坑開挖時(shí)，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個(gè)深度或有地面超載時(shí)將會(huì)發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護(hù)坡措施均基于支擋護(hù)坡的被動(dòng)制約機(jī)制，以擋土結(jié)構(gòu)承受其后的土體側(cè)壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足。因此通過以增強(qiáng)邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動(dòng)制約機(jī)制為基礎(chǔ)的復(fù)合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會(huì)發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進(jìn)性變形和開裂破壞，不會(huì)發(fā)生整體性塌滑。

（1）基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程規(guī)定土釘墻墻面坡度不宜大于1:0.1

（2）土釘必須和面層有效連接，應(yīng)設(shè)置承壓板或加強(qiáng)鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接；

（3）土釘?shù)拈L(zhǎng)度宜為開挖深度的0.5~1.2倍，間距宜為1~2m，與水平面夾角宜為5度~20度；

（4）土釘鋼筋宜采用HRB335、HRB400級(jí)鋼筋，鋼筋直徑宜為16~32mm，鉆孔直徑宜為70~120mm；

（5）土釘墻注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于M20；

（6）土釘墻噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為6~10mm，間距宜為150~300mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；

（7）土釘墻坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于300mm。

土釘墻基坑側(cè)壁安全等級(jí)宜為二、三級(jí)的非軟土場(chǎng)地，基坑深度一般是在15米以內(nèi)；當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r(shí)，應(yīng)采取降水或截水措施；土釘墻墻頂應(yīng)采用砂漿或混凝土護(hù)面，坡頂和坡腳應(yīng)設(shè)排水措施，坡面上可根據(jù)具體情況設(shè)置泄水孔。

土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特征：由土釘與噴錨混凝土面板兩部分組成；

支撐材料：由土釘及鋼筋混凝土面板構(gòu)成支撐；

受力特征：由土釘構(gòu)成支撐體系，噴錨混凝土面板構(gòu)成擋土體系；

適用條件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、雜填土及非松散砂土、碎石土。

(1)合理利用土體的自穩(wěn)能力，將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)不可分割的部分，結(jié)構(gòu)合理；

(2)結(jié)構(gòu)輕型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破壞前有變形發(fā)展過程。1989 年美國加州7.1 級(jí)地震中，震區(qū)內(nèi)有8 個(gè)土釘墻結(jié)構(gòu)估計(jì)遭到約0.4g 水平地震加速度作用，均未出現(xiàn)任何損害跡象，其中3 個(gè)位于震中33km 范圍內(nèi)。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 級(jí)大地震中，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路塹或路堤采用土釘或錨桿結(jié)構(gòu)支護(hù)的道路尚保持通車能力，土釘或錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)基本沒有破壞或輕微破壞，其抗震性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它支護(hù)結(jié)構(gòu) ；

(3)密封性好，完全將土坡表面覆蓋，沒有裸露土方，阻止或限制了地下水從邊坡表面滲出，防止了水土流失及雨水、地下水對(duì)邊坡的沖刷侵蝕；

(4)土釘數(shù)量眾多靠群體作用，即便個(gè)別土釘有質(zhì)量問題或失效對(duì)整體影響不大。有研究表明：當(dāng)某條土釘失效時(shí)，其周邊土釘中，上排及同排的土釘分擔(dān)了較大的荷載；

(5)施工所需場(chǎng)地小，移動(dòng)靈活，支護(hù)結(jié)構(gòu)基本不單獨(dú)占用空間，能貼近已有建筑物開挖，這是樁、墻等支護(hù)難以做到的，故在施工場(chǎng)地狹小、建筑距離近、大型護(hù)坡施工設(shè)備沒有足夠工作面等情況下，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性；

(6)施工速度快。土釘墻隨土方開挖施工，分層分段進(jìn)行，與土方開挖基本能同步，不需養(yǎng)護(hù)或單獨(dú)占用施工工期，故多數(shù)情況下施工速度較其它支護(hù)結(jié)構(gòu)快；

(7)施工設(shè)備及工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)具，施工對(duì)周圍環(huán)境干擾?。?

(8)由于孔徑小，與樁等施工方法相比，穿透卵石、漂石及填石層的能力更強(qiáng)一些；且施工方便靈活，開挖面形狀不規(guī)則、坡面傾斜等情況下施工不受影響；

(9)邊開挖邊支護(hù)便于信息化施工，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及開挖暴露的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整土釘參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異?；?qū)嶋H地質(zhì)條件與原勘察報(bào)告不符時(shí)能及時(shí)相應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，避免出現(xiàn)大的事故，從而提高了工程的安全可靠性；

(10)材料用量及工程量較少，工程造價(jià)較低。據(jù)國內(nèi)外資料分析，土釘墻工程造價(jià)比其它類型支擋結(jié)構(gòu)一般低1/3～1/5。

1 土釘墻施工前應(yīng)先檢測(cè)路塹橫斷面，凈空合格后方能進(jìn)行土釘墻施工。

2 土釘墻應(yīng)按“自上而下，分層開挖，分層錨固，分層噴護(hù)”的原則組織施工，并及時(shí)掛網(wǎng)噴護(hù)，不得使坡面長(zhǎng)期暴露風(fēng)化失穩(wěn)。

3 施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行注漿工藝試驗(yàn)、土釘抗拉拔試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，確定施工工藝參數(shù)。

4 土釘鉆孔時(shí)，嚴(yán)禁灌水。釘孔注漿應(yīng)采用孔底注漿法，確保注漿飽滿，注漿壓力宜為0.2MPa。

5 土釘墻施工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求制作支撐架。

6 掛網(wǎng)材料為土工合成材料時(shí)，應(yīng)采取妥善的防曬措施，防止土工合成材料老化。掛網(wǎng)前應(yīng)清除坡面松散土石。

7 坡腳墻基坑施工應(yīng)盡快完成，同時(shí)應(yīng)采取措施防止基坑被水浸泡。

8 噴射混凝土前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)，確定施工工藝參數(shù)。

9 噴射作業(yè)應(yīng)自下而上進(jìn)行，噴層厚度大于7cm時(shí)，應(yīng)分兩層噴射。噴射過程中應(yīng)采取有效措施保證泄水孔不被堵塞。

10 土釘墻所用砂、石料、水泥、粉煤灰、礦物摻和料、外加劑、鋼筋應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第10.1.14條的規(guī)定。

11 土釘墻所用的土工合成材料的品種、規(guī)格、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，并對(duì)其技術(shù)性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

12 土釘孔的布置形式、土釘長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。土釘墻鉆孔施工時(shí)，嚴(yán)禁灌水。

13 土釘孔錨固砂漿強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。釘孔注漿應(yīng)采用孔底注漿法，確保注漿飽滿。注漿壓力宜為0.2MPa。

14 網(wǎng)的規(guī)格尺寸、網(wǎng)與土釘?shù)倪B接應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

15 噴射混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

16 噴射混凝土面層厚度在每個(gè)斷面上60﹪以上不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度，且厚度最小值不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度的一半；同時(shí)，所有檢查孔的厚度平均值，不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度值。

17 泄水孔施工質(zhì)量、墻后反濾層構(gòu)造、墻基坑開挖、墻身混凝土強(qiáng)度、腳墻模板、沉降縫（伸縮縫）預(yù)留與塞封應(yīng)符規(guī)定。 2100433B

土釘墻鉆孔注漿型

先用鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備在土體中鉆孔，成孔后置入桿體（一般采用HRB335 帶肋鋼筋制作），然后沿全長(zhǎng)注水泥漿。鉆孔注漿釘幾乎適用于各種土層，抗拔力較高，質(zhì)量較可靠，造價(jià)較低，是最常用的土釘類型。

土釘墻直接打入型

在土體中直接打入鋼管、角鋼等型鋼、鋼筋、毛竹、圓木等，不再注漿。由于打入式土釘直徑小，與土體間的粘結(jié)摩阻強(qiáng)度低，承載力低，釘長(zhǎng)又受限制，所以布置較密，可用人力或振動(dòng)沖擊鉆、液壓錘等機(jī)具打入。直接打入土釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)是不需預(yù)先鉆孔，對(duì)原位土的擾動(dòng)較小，施工速度快，但在堅(jiān)硬粘性土中很難打入，不適用于服務(wù)年限大于2 年的永久支護(hù)工程，桿體采用金屬材料時(shí)造價(jià)稍高，國內(nèi)應(yīng)用很少。

土釘墻打入注漿型

在鋼管中部及尾部設(shè)置注漿孔成為鋼花管，直接打入土中后壓灌水泥漿形成土釘。鋼花管注漿土釘具有直接打入釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)且抗拔力較高，特別適合于成孔困難的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層、各種填土及砂土，應(yīng)用較為廣泛，缺點(diǎn)是造價(jià)比鉆孔注漿土釘略高，防腐性能較差不適用于永久性工程。

土釘墻不僅應(yīng)用于臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，而且也應(yīng)用于永久性構(gòu)筑物，當(dāng)應(yīng)用于永久性構(gòu)筑物時(shí)，宜增加噴射砼面層的厚度并適當(dāng)考慮其美觀，土釘墻的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：

（1） 托換基礎(chǔ)；

（2） 基坑支擋或豎井 ；

（3） 斜坡面的擋土墻 ；

（4） 斜坡面的穩(wěn)定；

（5） 與錨桿擋墻結(jié)合作斜面的防護(hù)。

鉆孔注漿型土釘墻系逐層向下開挖方式，每一臺(tái)階高度為1～2米，在施工土釘桿、面層噴射砼期間，坡段處無支撐狀態(tài)下需能保持自立穩(wěn)定，因此主要適用于：

（1） 有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結(jié)的砂土邊坡。

（2） 適用于地下水位低于開挖層或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖標(biāo)高的情況。

（3） 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)（N）低于10擊的砂土邊坡采用土釘法一般不經(jīng)濟(jì)。

（4） 對(duì)于朔性指數(shù)Ip>20的土，必須注意仔細(xì)評(píng)價(jià)其蠕變特性后方可采用。

（5） 對(duì)于含水豐富的粉細(xì)砂層，砂卵石層土釘法是不行的。

（6） 不適用于沒有臨時(shí)自穩(wěn)能力的淤泥土層，流朔狀態(tài)的軟粘土保持成孔時(shí)的孔壁的穩(wěn)定比較困難且界面摩阻力很低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益不理想，因此也不宜采用。

（7） 土釘不適宜在腐蝕性土如煤渣、煤灰、爐渣、酸性礦物廢料等土質(zhì)作永久性支擋結(jié)構(gòu)。

土釘墻支護(hù)作用原理

土體的抗剪強(qiáng)度較低，抗拉強(qiáng)度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性，在基坑開挖時(shí)，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個(gè)深度或有地面超載時(shí)將會(huì)發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護(hù)坡措施均基于支擋護(hù)坡的被動(dòng)制約機(jī)制，以擋土結(jié)構(gòu)承受其后的土體側(cè)壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足。因此通過以增強(qiáng)邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動(dòng)制約機(jī)制為基礎(chǔ)的復(fù)合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會(huì)發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進(jìn)性變形和開裂破壞，不會(huì)發(fā)生整體性塌滑。

土釘墻支護(hù)作用機(jī)理

土釘在復(fù)合土體內(nèi)的作用有以下幾點(diǎn)：

（1） 土釘對(duì)復(fù)合土體起箍束骨架作用制約土體變形并使復(fù)合土體構(gòu)成一個(gè)整體。

（2） 土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和土體自重應(yīng)力，土釘起分擔(dān)作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強(qiáng)度，所以土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，土釘分擔(dān)作用更為突出。

（3） 土釘起著應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用推遲開裂區(qū)域的形成和發(fā)展。

（4） 坡面變形的約束作用，在坡面上設(shè)置的與土釘在一起的鋼筋網(wǎng)噴射砼面板限制坡面開挖卸荷而膨脹變形，加強(qiáng)邊界約束的作用。