软土基坑土钉支护.doc

施 工 技 术 资 料 （2002-1） 软土基坑土钉支护 概述 土钉支护的应用范围与选型 构造要求 设计方法（及例题） 施工技术 土钉支护应用中的几个问题 工程应用实例（三例） 参考文献 中国建筑第八工程局第三建筑公司编印 2002.3 南京 软土基坑土钉支护技术 一、概述 在国内外的长期工程实践中，采用土钉挡墙解决边坡、路堤加固和基坑支护是一项简便可行又经济适用的方法。近几年来，在软土地层（基坑）工程中该项技术又有了新的发展——采用复合土钉支护技术，取得了成功并日趋成熟，得到了广泛应用。本文就这一新技术作一介绍。 1.1 普通土钉支护的组成与基本原理 组成 首先作一说明，为了表述上的简化，本文中的“土钉支护”概括了“土钉挡墙”、“土钉锚杆”、“土钉墙”、“锚喷支护”、“锚钉”等含义。 土钉支护就是利用打入土中的土钉和喷射砼面层作为基坑支护的护壁，从而保持基坑侧壁的稳定。故其基本组成除土体外，主要由土钉和面层二部分组成： 土钉——用钢筋或钢管或用钢绞线构成。土钉植入土中后，一般要注浆将土钉锚固住。 砼面层——面层的作用是将打入土体中的土钉连成一个整体，抵抗土体和地下水的侧压力，并保护土体的表面不受雨水冲刷或作业破坏。面层中一般包括一定的钢筋网片、连接土钉的加强筋，在网片上喷射厚80-100mm的砼。 图1为土钉支护基本组成示意图。需要补充说明的是：①土体有一定坡度，表面土要夯实；②土坡上下有排水沟。 土钉支护是分层施工的。通常做法是：土坡开挖、修整边坡→钻孔、置入土钉→注浆→绑扎面层钢筋网片→喷射砼面层→下层土方开挖… 基本原理 土钉支护的基本原理是通过对基坑壁土体强度的加强和提高，使产生侧压力的土体成为支护结构的一部分。随着基坑开挖深度的逐步增加，土体侧压力相应增加，而土钉植入后，这种水土侧压力传到面层再由土钉传到距离坑壁较远的土体中，籍助土钉与土体的摩阻力将侧压力传递到稳定的土层中去，维持了边坡稳定。 另外，通过短而密的土钉植入和注浆渗入土体中，对土体进行了加固和约束，使一定范围内的土体成为复合型的加筋土体，这一范围被加固的土体构成了一种类似于重力坝式受力状态。对抗倾覆、抗滑动有利。 量测表明，土钉的受力过程可以分为四个阶段： 第一阶段——土钉安设初期，注浆与土体之间的粘结尚未形成，这时土钉基本不受力； 第二阶段——注浆体将土钉粘结在地层中，随着开挖深度增加，土钉产生拉力，而靠近面层的土钉拉应力较大，远端拉应力较小； 第三阶段——开挖到足够深度（接近坑底），土钉大部分处于土体滑动面之内，这时土钉的拉力以靠近滑裂面处最大，两端较小； 第四阶段——基坑开挖到底后，由于土体的徐变，土钉的拉应力将继续增加，特别是中、下层土钉增加更多，要达到较长时间才趋于稳定。 1.2 复合土钉支护的组成及基本原理（特点） 上述的普通土钉支护对地层的依赖性很大，通常仅适用于地下水位较低的、自立性较好的地层中应用。《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）第1.0.2条规定，“土钉支护适用于下列土体：有一定胶结能力和密实程度的砂土、粉土和砾石土、素培土，坚硬或硬塑的粘性土，以及风化岩层等。”但是，对于我国东部沿海地区，主要是海相沉积的软地层，以淤泥及淤泥质土为主，地下水位很高。以上海为例，地下水位距地表仅0.5~1.0m，地层为饱和的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土等，在这种软土基坑中，能否应用土钉支护技术成为现实的新课题。从而引出了“复合土钉支护”的新概念。 组成 所谓“复合土钉支护”就是以水泥土搅拌桩作防水惟幕实行超前（开挖基坑前）支护来解决土体自立性、隔水性；以压密注浆及次压力灌浆解决土钉与土体粘结增加抗拔力；减小基坑位移；以相对较长的桩体插入深度解决坑底抗隆起、管涌和抗渗流问题。从而形成一种以土钉为核心的综合支护技术。具体地说，是将土钉与水泥土搅拌桩、旋喷桩、各种微型桩及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程条件组合成不同的支护结构体系。大大扩大了土钉支护的应用范围。其组成可以有以下几种：（见图2） 土钉与水泥土搅拌桩相结合 土钉与水平预应力锚杆相结合 土钉与微型竖向桩（垂直锚管）相结合 受力机理 目前对复合土钉的受力机理认识还不清楚。为此，曾进行过：室内模型试验、对实际工程进行应力和位移测试和分析、以及有限元模拟等研究工作。目前的认识是：复合土钉及其被稳定的土体构成了一个“人工构造的边坡”。按桩体、面层、土钉、注浆土体构成的一个整体进行稳定性分析较妥。 1.3 发展与应用状况 土钉挡墙自20世纪70年代产生。在德国、法、美国都有应用土钉加固铁路路堑边坡等工程中。 我国首例土钉挡墙用于山西柳湾煤矿的边坡加固，以后扩大应用于边坡、路堤及基坑中。 以后，在北京、深圳、长沙、武汉、成都、石家庄等城市采用土钉支护基坑日益得到广