土釘墻

土釘墻國外起源

一是20世紀50年代形成的新奧地利隧道開挖方法（New Austrian Tunnelling Method），簡稱新奧法（NATM）；二是20世紀60年代初期最早在法國發(fā)展起來的加筋土技術。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期各自獨立開始了現(xiàn)代土釘墻技術的研究與應用 。

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

土釘墻國內起源

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

90 年代以后國內深基坑工程大規(guī)模興起，有學者嘗試著將土釘墻技術用于基坑，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，周長約100m，開挖深度6~7m。半年后（1992 年）開挖深度達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。之后土釘墻技術異軍突起，得到了廣泛而迅猛的應用與研究。90 年代中期以后，多個國家、行業(yè)及地方規(guī)范標準的相繼出臺，使土釘墻技術得到了進一步的普及與提高。

土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結構整體性，在基坑開挖時，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個深度或有地面超載時將會發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護坡措施均基于支擋護坡的被動制約機制，以擋土結構承受其后的土體側壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術則是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎的復合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結構強度潛力得到充分發(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性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。

1 土釘墻施工前應先檢測路塹橫斷面，凈空合格后方能進行土釘墻施工。

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

3 施工前應按設計要求進行注漿工藝試驗、土釘抗拉拔試驗，驗證設計參數(shù)，確定施工工藝參數(shù)。

4 土釘鉆孔時，嚴禁灌水。釘孔注漿應采用孔底注漿法，確保注漿飽滿，注漿壓力宜為0.2MPa。

5 土釘墻施工時應按設計要求制作支撐架。

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

7 坡腳墻基坑施工應盡快完成，同時應采取措施防止基坑被水浸泡。

8 噴射混凝土前應進行現(xiàn)場噴射試驗，確定施工工藝參數(shù)。

9 噴射作業(yè)應自下而上進行，噴層厚度大于7cm時，應分兩層噴射。噴射過程中應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、鋼筋應符合本標準第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、質量應符合設計要求。進場時應進行現(xiàn)場驗收，并對其技術性能進行檢驗。

12 土釘孔的布置形式、土釘長度應符合設計要求。土釘墻鉆孔施工時，嚴禁灌水。

13 土釘孔錨固砂漿強度等級應符合設計要求。釘孔注漿應采用孔底注漿法，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接應符合設計要求。

15 噴射混凝土強度等級應符合設計要求。

16 噴射混凝土面層厚度在每個斷面上60﹪以上不應小于設計厚度，且厚度最小值不應小于設計厚度的一半；同時，所有檢查孔的厚度平均值，不應小于設計厚度值。

17 泄水孔施工質量、墻后反濾層構造、墻基坑開挖、墻身混凝土強度、腳墻模板、沉降縫（伸縮縫）預留與塞封應符規(guī)定。 2100433B

（1）基坑支護技術規(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，應設置承壓板或加強鋼筋等構造措施，承壓板或加強鋼筋應與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接；

（3）土釘?shù)拈L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，其強度等級不宜低于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，噴射混凝土強度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；

（7）土釘墻坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應大于300mm。

土釘墻基坑側壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地，基坑深度一般是在15米以內；當?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，應采取降水或截水措施；土釘墻墻頂應采用砂漿或混凝土護面，坡頂和坡腳應設排水措施，坡面上可根據(jù)具體情況設置泄水孔。

土釘墻圍護結構

結構特征：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成支撐；

受力特征：由土釘構成支撐體系，噴錨混凝土面板構成擋土體系；

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。

土釘墻鉆孔注漿型

先用鉆機等機械設備在土體中鉆孔，成孔后置入桿體（一般采用HRB335 帶肋鋼筋制作），然后沿全長注水泥漿。鉆孔注漿釘幾乎適用于各種土層，抗拔力較高，質量較可靠，造價較低，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，與土體間的粘結摩阻強度低，承載力低，釘長又受限制，所以布置較密，可用人力或振動沖擊鉆、液壓錘等機具打入。直接打入土釘?shù)膬?yōu)點是不需預先鉆孔，對原位土的擾動較小，施工速度快，但在堅硬粘性土中很難打入，不適用于服務年限大于2 年的永久支護工程，桿體采用金屬材料時造價稍高，國內應用很少。

土釘墻打入注漿型

在鋼管中部及尾部設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)點且抗拔力較高，特別適合于成孔困難的淤泥、淤泥質土等軟弱土層、各種填土及砂土，應用較為廣泛，缺點是造價比鉆孔注漿土釘略高，防腐性能較差不適用于永久性工程。

(1)合理利用土體的自穩(wěn)能力，將土體作為支護結構不可分割的部分，結構合理；

(2)結構輕型，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 級地震中，震區(qū)內有8 個土釘墻結構估計遭到約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 個位于震中33km 范圍內。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 級大地震中，據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，路塹或路堤采用土釘或錨桿結構支護的道路尚保持通車能力，土釘或錨桿支護結構基本沒有破壞或輕微破壞，其抗震性能遠遠高于其它支護結構 ；

(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、地下水對邊坡的沖刷侵蝕；

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

(5)施工所需場地小，移動靈活，支護結構基本不單獨占用空間，能貼近已有建筑物開挖，這是樁、墻等支護難以做到的，故在施工場地狹小、建筑距離近、大型護坡施工設備沒有足夠工作面等情況下，顯示出獨特的優(yōu)越性；

(6)施工速度快。土釘墻隨土方開挖施工，分層分段進行，與土方開挖基本能同步，不需養(yǎng)護或單獨占用施工工期，故多數(shù)情況下施工速度較其它支護結構快；

(7)施工設備及工藝簡單，不需要復雜的技術和大型機具，施工對周圍環(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)邊開挖邊支護便于信息化施工，能夠根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及開挖暴露的地質條件及時調整土釘參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常或實際地質條件與原勘察報告不符時能及時相應調整設計參數(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，工程造價較低。據(jù)國內外資料分析，土釘墻工程造價比其它類型支擋結構一般低1/3～1/5。

土釘墻不僅應用于臨時支護結構，而且也應用于永久性構筑物，當應用于永久性構筑物時，宜增加噴射砼面層的厚度并適當考慮其美觀，土釘墻的應用領域主要有：

（1） 托換基礎；

（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） 與錨桿擋墻結合作斜面的防護。

鉆孔注漿型土釘墻系逐層向下開挖方式，每一臺階高度為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） 有一定粘結性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結的砂土邊坡。

（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高的情況。

（3） 對于標準貫入擊數(shù)（N）低于10擊的砂土邊坡采用土釘法一般不經(jīng)濟。

（4） 對于朔性指數(shù)Ip>20的土，必須注意仔細評價其蠕變特性后方可采用。

（5） 對于含水豐富的粉細砂層，砂卵石層土釘法是不行的。

（6） 不適用于沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥土層，流朔狀態(tài)的軟粘土保持成孔時的孔壁的穩(wěn)定比較困難且界面摩阻力很低，技術經(jīng)濟效益不理想，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作永久性支擋結構。

土釘墻支護作用原理

土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結構整體性，在基坑開挖時，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個深度或有地面超載時將會發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護坡措施均基于支擋護坡的被動制約機制，以擋土結構承受其后的土體側壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術則是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎的復合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結構強度潛力得到充分發(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性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。

土釘墻支護作用機理

土釘在復合土體內的作用有以下幾點：

（1） 土釘對復合土體起箍束骨架作用制約土體變形并使復合土體構成一個整體。

（2） 土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘起分擔作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強度，所以土體進入塑性狀態(tài)后，應力逐漸向土釘轉移，土釘分擔作用更為突出。

（3） 土釘起著應力傳遞與擴散作用推遲開裂區(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，加強邊界約束的作用。