发布于：2015-06-29 15:26:29
来自：道路桥梁/道路工程
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1 概述
土钉是将拉筋(常用钢筋做拉筋)插入土体内部，使其全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带，其结构类似于重力式挡土墙，用以提高整个边坡的稳定性。适用于基坑开挖支护和边坡加固，是一项实用的原位岩土加筋技术。
土钉技术在我国部分城市的深基坑开挖中得到应用，具有广泛的应用前景。由于土钉作用机理、破坏形式和破坏原因较复杂，加之土钉技术应用时间较短，许多工程技术人员对这种边坡支护方法还不太熟悉，有必要进行介绍。作者结合省道1947线(即坪乳线)洋碰西滑坡处治的工程实践，简略地谈谈土钉的类型、特点、作用机理、设计和施工方法。
2 土钉类型、适用性及特点
2.1 土钉的类型
按施工方法不同，土钉可分为钻孔注浆型土钉、打入型土钉和射入型土钉三类：
(1)钻孔注浆型土钉：先在土坡上钻直径100～200mm有一定深度的横孔，然后插入钢筋、钢杆或钢绞索等小直径杆件，再用压力注浆充实孔穴，形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在土坡坡面设置与土钉端部联结的联系构件，并用喷射混凝土组成面层结构，从而构成一个具有自撑能力且能够支挡其后来加固体的加筋域。这是土钉中应用最多的形式，可用于永久性或临时性的支挡工程。
(5)打入型土钉：采用专门机械(如气动土钉机)将钢杆直接打入土中。长度一般不超过6m。用气动土钉机每小时可打入15根。其提供的摩阻力较低，因而要求的钉杆表面积和设置密度均大于钻孔注浆型土钉。但由于防腐问题难以解决，因此，多用于临时性支挡工程。
(3)射入型土钉：由采用压缩空气的射钉机依任意选定的角度将直径25～38mm，长3～6m的光直钢杆(或空心钢管)射入土中。土钉可采用镀锌或环氧防腐套，土钉头通常配有螺纹，以附设面板。这种形式施工快速、经济，适用于多种土层，具有很大的发展潜力。
2.2 土钉适用范围
(1)适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况；(2)适用于有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉性土、黄土类土及弱胶结的砂土边坡；(3)对标准贯入击数低于10击或相对密实低于0.3的砂土边坡与不均匀系数小于2的级配不良砂土，土钉法不经济；(4)对塑性指数Ⅰ犘＞20的粘性土，必须仔细评价其徐变特性后，方可将土钉用作永久性支挡结构；(5)土钉法不适用于软土边坡，也不适用于侵蚀性土(如煤渣、矿渣、炉渣、酸性矿物废料等)中作为永久性支挡结构。
2.3 土钉的特点
(1)对场地邻近建筑物影响小。由于土钉施工采用小台阶逐段开挖，且在开挖成型后及时设置土钉与面层结构，使面层与挖方坡面紧密结合，土钉与周围土体牢固粘合，对土坡的土体扰动较少，对相邻建筑物的影响小。
(2)施工机具简单，施工灵活。设置土钉采用的机具及喷射混凝土设备都属可移动的小型机械，移动灵活，所需场地也小。此类机械的振动小、噪声低，在城市地区施工具有明显的优越性。土钉施工速度快，在开挖过程中较易适应不同的土层条件和施工程序。
(3)经济效益好。据西欧统计资料，土钉支护比锚杆墙支护方案可节约投资10%～30%。在美国，按其土钉开挖专利报告所指示的可节约的投资30%左右。国内据9项土钉工程的经济分析统计，认为可节省投资30%～50%。
3 土钉的作用机理
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。在土体内放置一定长度和密度的土钉后，土钉与土共同工作，弥补土体自身强度的不足，构成复合土体。土钉在复合土体内的作用主要有：
(1)箍束骨架作用。这是由土钉本身的刚度、强度以及它在土体内分布的空间组合方式所决定的。它具有约束土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。
(2)分担作用。在复合土体内，土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起着分担作用。土钉分担的比例取决于土钉与土体的相对刚度比、土钉所处的空间位置及复合土体的应力水平。
(3)应力传递与扩散作用。在相同荷载作用下，土钉墙土体部分的应变水平比素土边坡低，从而推迟了开裂域的形成和发展。
(4)坡面变形的约束作用。在坡面上设置与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板，是发挥土钉有效作用的重要组成部分。
4 土钉设计
4.1 土钉设计内容
(1)确定土钉墙的平面与剖面尺寸及分段施工高度；(2)确定土钉的布置方式和间距；(3)确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向；(4)确定土钉钢筋的类型、直径和构造；(5)注浆配方设计，注浆方式，确定浆体强度指标；(6)喷射混凝土面层设计及坡顶防护设计；(7)土钉抗拨力验算；(8)进行整体稳定性分析；(9)变形预测和可靠性分析；(10)施工图设计及其说明；(11)现场监测和质量控制设计。
4.2 土钉构造设计
(1)土钉墙坡度宜为1∶0.3～1∶0.7，有时可根据实际情况与路基边坡同坡；>(2)土钉必须和面层有效连接在一起，常设承压钢板和加强钢筋；(3)土钉的长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，土钉间距宜为1～2m，土钉与水平面夹角宜为10°～20°；(4)土钉钢筋宜用Ⅱ级以上螺纹钢筋，钢筋直径宜为16～32m，钻孔直径宜为70～120mm；(5)喷射混凝土面层厚度宜为80～200mm，常用100mm；(6)喷射混凝土设计强度等级不宜低于犆20；(7)喷射混凝土面层中应配以钢筋网，钢筋网宜采用Ⅰ级钢筋，钢筋直径宜为6～10mm，钢筋网间距宜为150～300mm；(8)注浆材料宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不应低于20MPa；(9)施工图设计应说明施工中每层开挖高度和长度；(10)土钉墙顶地面应做混凝土护面，在坡顶和坡脚应做好排水设施，严禁雨水、污水等地表水渗入坡体；(11)坡体开挖后暴露时间应尽可能缩短。
5 土钉施工
土钉施工包括以下几个方面。
5.1 工作面开挖
土钉施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，在砂性土中每次开挖的高度为0.5～2.0m。开挖高度一般与土钉竖向间距匹配，便于搭设脚手架及土钉施工。
5.2 土钉施工
土钉施工包括成孔、清孔、置筋、注浆等工序。
(1)成孔：根据设计要求的平面位置、孔深、下倾角、孔径，选择合理的钻孔设备。目前常采用多节螺纹钻头干法成孔。钻机可采用XJ－100型钻机，也可采用YTN－87型土层锚杆钻机。成孔质量标准：孔位偏差±5mm，倾斜度偏差±2°，孔深偏差±100mm。(2)清孔：采用0.5～0．6MPa空气压力将孔内残留及松动的废土清除干净。当孔内土层的湿度较低时，需采用润孔花管由孔底向孔口方向逐步湿润孔壁，润孔在管内喷出的水压不宜超过0.15MPa。(3)置筋：钢筋使用前应平直、除锈、涂油。为确保钢筋置中，在钢筋上每隔3m焊置一个托架作为定位器。(4)注浆：土钉注浆采用注浆泵或砂浆泵灌注，浆液可为纯水泥浆也可为水泥砂浆。纯水泥浆采用425号普通硅酸盐水泥用搅拌装置按水灰比0.45左右搅拌，水泥砂浆采用1∶2～1∶1.3的配合比用砂浆搅拌机搅拌；采用注浆泵或灰浆泵进行灌注时，先将注浆管插到距孔底0.2m左右的地方，进行常压注浆。当第一次注浆浆液终凝后及时进行孔口补浆，直至浆体充满钻孔与垫板连成一体。
5.3 面层施工
一般情况下，为了防止土体松动及局部塌方，必须尽快做第一层面层。根据地层的性质，可以在安设土钉之前做，也可在放置土钉之后做。每次施作50～80mm。当采用喷射混凝土做面层时，混凝土中水泥含量不应低于400kg／m3集料，采用中粗砂和粒径不大于10mm的卵石或碎石，两次喷射作业应留有一定的时间间隔。采用水泥砂浆抹面时，水泥砂浆设计强度不应低于常用1∶(2.5～3.0)配比的水泥砂浆，用水泥砂浆进行面层处理时只用于临时性支护结构。采用喷射混凝土作面层时，常用ф6～10mm钢筋，网距为150～300mm的钢筋网；采用水泥砂浆作面层时，常铺设20号钢丝网。
5.4 局部渗水处理
土体开挖后，如发现土体局部渗水时，应及时施作面层并埋设泄水管。泄水管通常用塑料花管制成，长度500mm左右，埋入开凿好的泄水孔内并封堵孔口。
6 土钉在洋碰滑坡处治中的具体应用
6.1 概述
广东韶关市坪乳公路洋碰西滑坡位于K69＋140～K69＋350段左侧斜坡上，东西长210m，南北宽约75m，边坡高35～50m，自然坡度17°。在修建公路时，由于深切路堑，造成大范围滑移。滑坡区为山前斜坡地貌，从上往下依次为坡积层、残积层，基岩为泥盆系灰黑色角砾状灰岩。滑坡区内断裂十分发育，滑坡体由松散的坡积层、残积层组成。滑坡体底部(基岩面)、坡积层与残积层分界面为两个含水层面，特别是基岩面上的含水层为整个滑坡体的滑动面。本滑坡在1996年底至1997年初，曾采用锚杆式挡墙进行处治。但由于没抓住施工季节，加上施工单位机械设备能力不够，导致今年雨季到来时发生新的滑坡，严重影响坪乳公路的施工进度。为此，我们特邀请广东省交通厅“边坡综合治理”课题组对该滑坡进行处治。
6.2 处治方案设计
根据地质勘察资料及地形水文情况，采用减载、土钉、混凝土挡墙支挡、坡面拱圈植草防护、截、排水等综合治理措施。
(1)减载：卸除中、上部已滑动土体约10万立方米，以减轻下滑推力。(2)土钉：在边坡中部采用土钉加固残积土及强风化板岩，提高边坡的整体稳定性。土钉孔径100mm，钉杆为直径25mm的螺纹钢筋，土钉间距1.5×1.5m，设计钉长4～8m，进入稳定岩层约2m，土钉外挂钢筋网，喷120mm厚犆20细石混凝土面层。 (3)混凝土挡墙：在K69＋238～K69＋340段，边坡底部设置现浇犆20混凝土挡墙，每隔10m设一道2cm宽的伸缩缝，每隔2m设一泄水孔。(4)边坡坡面采用砌石拱圈加植草防护，拱圈采用厚度30cm的7.5＃水泥砂浆砌片石，砌石拱圈中间空出部分种植草皮。平台采用厚度30cm的7.5＃水泥砂浆砌片石防护。(5)截水沟、排水沟采用7.5＃水泥砂浆砌片石，厚30cm，10＃水泥砂浆抹面。
6.3 土钉施工
土钉施工采用分段切坡，每段切坡垂直高度不超过2.0m，土钉孔采用100型回旋式钻孔机按设计角度成孔。成孔后放置土钉钢筋并进行常压注浆。第一次注浆压力0.4MPa，浆液水灰比1∶1；在第一次注浆初凝后再进行第二次注浆，注浆压力0.65MPa，浆液水灰比1∶1。完成土钉后，外挂间距185×185mmф6钢筋网，并喷射犆20细石混凝土面层。土钉区按间距3m布置梅花型泄水孔，泄水孔直径ф100mm，下倾角10°，深入坡体2.0m。土钉处理面积约1500m2。
7 结语
(1)土钉法是土与土钉共同工作的复合土体，它能充分利用土体的自稳能力，借助对土体的主动加固作用，能显著提高边坡的整体稳定性和承受坡顶超载的能力。(2)土钉法具有施工设备简单，所占场地小、施工效率高、施工噪音小等优点。
(3)与锚杆式挡墙相比，土钉法能极大降地低工程造价，具有显著的经济效益。
(4)处于地下水位以上或经排降水处理后的杂填土、普通粘性土和非松散的砂质土的边坡工程应积极采用土钉技术。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳