土钉支护技术概述

来源《疏排桩－土钉墙组合支护技术研究与应用》

吴忠诚

著

摘要：疏排桩－土钉墙组合支护技术具有复合土钉墙可支护拱间土，疏排桩抗弯能力强，土拱作用可发挥土体抗压能力等方面的优点，在成本增加有限甚至有减少情况下，大大提高了支护体系的稳定性。作为一种新的支护形式，《疏排桩－土钉墙组合支护技术研究与应用》一书分析了疏排桩－土钉墙组合支护技术的作用机理，推导出了相应的计算方法，通过工程实践、数值模拟和理论计算的分析对比，形成了一套从设计、施工到检测检测的完整支护新工法供工程技术人员学习参考。

随着我国经济的不断发展，城市建设日新月异，城市化规模不断扩大。越来越多的高层建筑、地下商场、地下停车场、桥涵隧道等在规划和兴建中，产生了大量的基坑工程。

基坑工程是指建筑物或构筑物的地下部分，施工时，需要挖开一定的地面，进行施工降水和周边围挡，同时要对周边一定范围内的建筑物、道路和地下管线等进行监测和维护，以确保正常、安全施工的综合性工程。

基坑支护方法众多，按结构受力特点来划分，可将基坑支护类型划分主动受力支护结构、被动受力支护结构与组合形式三类。

主动受力支护结构的特点是为通过不同的途径和方法提高土体的强度，使支护材料与土体形成共同作用体系，从而达到支护的目的。常用的方法有土钉支护技术、树根桩技术和软土地区采用的搅拌桩技术等。

土钉墙

与其它支护技术相比，土钉墙有着工程量小，施工进度快、工期短；施工设备轻便，作业空间不大，场地适应性强；结构柔性大，有较好的延性，破坏发展期较长；可较好的进行信息化施工等优点。自二十世纪八十年代开始引入我国以来，发展迅速，已经成为国内最广泛被使用的支护方式之一。

土钉支护技术是从二十世纪七十年代出现的，德国、法国和美国几乎在同一时期各自独立地开始了土钉支护的研究和应用。法国在工程中应用土钉支护技术始于1972年，法国著名的承包商Bouygues将新奥法隧道施工的经验推广于边坡开挖以保持边坡稳定，在法国凡尔赛附近为拓宽一处铁路路基的边坡开挖工程中，采用了喷射混凝土面层并在土体中置入钢筋形成临时支护取得了成功。整个开挖和支护工作是分步进行的，开挖的边坡坡度为70°，长965m，最大坡高21.6m。土钉的长度为上部4m，下部6m，共用了25000多根钻孔注浆锚索，面层的喷射混凝土厚50～80mm。这是有详细记载的第一个土钉支护工程。德国和美国在七十年代中期也开展了土钉技术的应用。美国最早应用土钉支护在1974年，一项有名的土钉支护工程是匹兹堡市的PPG工业总部的深基坑开挖。1979年，德国在stuttgart建造了第一个永久性土钉工程（高14m）。并进行了长达10年的工程监测，获得了许多有价值的数据。稍后采用土钉支护技术的国家还有英国、西班牙、巴西、匈牙利、印度、新加坡、南非和日本等。

我国在土钉支护技术方面起步比较晚，最好研究土钉支护技术的是煤炭部太原设计研究院王教授，此后，冶金部建筑研究总院、北京工业大学、清华大学、广州军区建筑工程设计院和总参工程兵三所等单位陆续开展了对土钉支护技术的研究和应用工作。

与其它支护方式相比，土钉支护有利也有弊，其局限性限制了它的应用，主要在于：

（1）土钉支护需有允许设置土钉的地下空间；

（2）土钉支护是边开挖边支护，在加固施工前需要土体有一定的自稳能力，因此在地下水位高，透水性好或饱和粘土中不宜使用。

（3）土钉墙支护边坡位移较大且没有成熟的理论可以估算。土钉支护前的土体会释放应力，土钉的作用发挥、边坡土体的失水固结及土体本身蠕变都会引起边坡位移的增大。因此土钉墙支护形式较其它形式位移较大，且现在还处于无法合理估算的状态。

（4）由于软弱土层与喷射砼粘结强度低，或由于渗水难于施工。

（5）软弱土层坑底存在隆起、管涌及渗流问题。

由此基坑土钉技术规范及深圳市建筑深基坑支护技术规范中明确规定：

（1）当支护变形须严格限制且在不良土中施工时，应联合其它支护形式形成复合支护结构。

（2）深圳地区土钉墙支护基坑开挖深度限制在5~12m范围内。

复合土钉墙支护方案为解决上述难题发挥了很重要的作用。

复合土钉墙

复合土钉支护技术是近年来我国在软土地区深基坑支护实践中，于土钉支护技术基础上改进和发展起来的一种体现地方特色的土钉支护技术。到目前为止，国外对复合土钉支护的研究开展的较少，国内也只有一些学者在进行该方面的研究，造成理论研究大大落后于工程实践。

目前复合土钉支护技术的加固部分主要有土体超前加固法和结构加固法。它针对不同的场地条件和地质条件，采取因地制宜、灵活多变的组合支护结构，保持了传统土钉支护的优点，克服了传统土钉支护技术的固有缺陷，给土钉支护在软土地区深基坑支护中的应用新的生命力，具有更广阔的应用前景。

（1）适用范围更宽

复合土钉支护突破了现有有关规定的应用禁区，开始在软土、流砂、厚杂填土、厚砾石层中大量应用，所取得的经济技术效果也更加显著。随着对复合土钉支护设计方法的不断深入，复合土钉支护会应用到更多的不良地质中。

（2）应用地区更广

目前，复合土钉支护应用最多的是在沿海地区软弱土层中，但在内陆地区也出现了许多成功的应用实例，比如有效控制相邻建筑物的沉降裂缝、减小基坑侧壁水平位移、增加基坑开挖深度等等。复合土钉支护会作为一种成熟的技术应用到更多的地区。

（3）应用领域更大

复合土钉支护从主要应用在建筑工程扩展到交通、水电、人防等部门。随着这项技术的不断完善，它将在防护工程、防洪、冶金、煤炭等领域得到推广应用。

但是，目前国内外尚未获得广泛认可的土钉墙变形计算的方法和模式，这大大影响了土钉墙在较深基坑及较重要工程中的应用，复合土钉支护技术主要存在以下几方面的问题和不足：

（1）理论滞后于实践。复合土钉支护与一般的土钉支护有着不同的作用机理，不同方法的复合土钉支护的工作机理也不相同。目前，对于复合土钉支护的作用机理的认识还不是很清楚，缺乏必要的设计分析方法。复合土钉支护是一个三维问题，而现有理论和方法大都是将复合土钉简化为平面问题来研究。对于复合土钉支护结构中复合加固部分的作用机理的研究，只有深层搅拌桩有人涉及，对于超前微型桩、预应力锚索、冠梁、腰梁和面层的作用机理的研究目前研究甚少。

（2）采用有限元方法分析复合土钉支护的受力和变形，结果不是很理想。由于复合土钉支护结构的破坏形式和破坏判据研究不成熟，土的本构模型、钉土粘结受力模型以及计算参数取值难以定得合适，这方面的研究仍然有许多工作需要开展。

（3）复合土钉支护试验或现场测试研究工作开展较少。理论分析的的正确性必须要依靠全面准确的试验或现场测试数据来验证，而目前这方面的数据资料极为有限。

另外土钉墙对变形有效的控制手段较少，虽然可以通过锚杆较好的限制变形的发展，但对于较复杂地层来说，坡面的抗弯及抗剪强度较弱，通常会沿软弱的地层发生剪切滑动破坏，变形还是较难控制。

以上是《疏排桩－土钉墙组合支护技术研究与应用》一书中对土钉支护技术发展应用与优缺点的分析，感兴趣的朋友也可购买该书籍进行学习参考。