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摘要：目前在建筑基坑工程中，土钉墙支护经济实用、安全可靠的优势逐渐得到越来越广泛的运用。利用土钉墙作为深基坑支护的施工技术，以其独特的受力性能、良好的技术经济效果，被越来越多的使用于工程项目中，并取得了明显的技术经济效益。本文通过分析土钉墙支护的特点，针对土钉墙的作用机理，从施工材料及机具的准备，到施工工艺及质量控制的相关技术进行探讨。
关键词：土钉墙；作用机理；施工工艺；质量控制
Abstract: at present in the building foundation pit, soil nailing wall economy practical, safe and reliable advantage gradually get more and more extensive use. Use the soil nailed wall as a deep foundation pit supporting construction technology, with its unique mechanical performance, good technical and economic effect, be more and more used in engineering project, and made the obvious technical and economic benefits. This paper through analyzing the characteristics of soil nailing wall, according to the soil nailed wall mechanism, construction materials and machines from the preparation, the construction technology and quality control of related techniques are discussed.
Key words: the soil nailed wall; Mechanism; The construction technology; Quality control
1、引言
土钉墙是一种原位加固土技术，就其作用机理而言，既不同于桩、墙围护结构体系，又有别于水泥土重力式挡墙，它对土坡稳定的主要作用是注浆土钉通过置换和护渗，改变土体性质，土钉与土体间相互作用，土钉自身承受拉、压、弯、剪及面层土压力，有效地提高土体的抗剪强度和整体“刚度”，土钉在“土钉墙”复合体内犹如钢筋网架一样，具有骨架作用，并与土体形成一个完整的整体，如同挡土墙那样共同承担土压力和外荷作用，制约边坡变形，从而使开挖边坡稳定。在复合体内，外来荷载主要由土钉承担，并在复合体内起着应力传递和均匀扩散的作用，使所受外来荷载能均匀地传递扩散。土钉与喷射坡面的固化水泥浆相结合，能有效地限制坡面土体侧向变形，加强边坡约束。
土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通過直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与其周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板予以约束。
2、土钉墙的应用领域、适用条件及作用机理
2.1、土钉墙的应用领域、土钉墙不仅用于临时构筑物，而且也用于永久构筑物。当用于永久性构筑物时，宜增加喷射混凝土层或敷设预制板，并有必要考虑外表的美观。
目前土钉墙的应用领域主要有：
2.1.1托换基础；
2.1.2基坑或竖井的支挡；
2.1.3斜坡面的挡土墙；
2.1.4斜坡面的稳定；
2.1.5与锚杆相结合做斜面的防护。
2.2、土钉墙的使用条件
土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固。
土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡围护，当土钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加。
土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。
2.3、土钉墙的作用机理
土钉墙是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用，还能改变土坡的变形和破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。
土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点：
2.3.1箍束骨架作用
该作用是由土钉本身的刚度和强度以及它在土体内的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。
2.3.2分担作用
在复合土体内，土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由于土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯强度，所以当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这是土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体碎裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。
2.3.3应力传递与扩散作用
在同等荷载作用下，由土钉加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。
2.3.4坡面变形的约束作用
在坡面上设置的与土钉练成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸载、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果，限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束作用，这对土体开裂变形阶段尤为重要。
3.土钉墙支护的施工材料及机具
3.1原材料
土钉钢筋使用前应拉直、除锈、涂油，优先选用42.5普通硅酸盐水泥，采用干净的中粗砂，含泥量小于5％，采用干净的圆砾，粒径2～4mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。
3.2施工机具
土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用(冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲等)能完成设计要求的有效机具；注浆泵选用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续均匀，输送水平距离不小于100m，垂直距离不宜小于30m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求；搅拌方法采用现场人工拌和或混凝土搅拌机搅拌。
4、土钉墙边坡支护的施工工艺
土钉墙的施工流程为：挖土→整理坡面→初喷→打孔眼→插杆→灌注→挂网→复喷。
4.1开挖整理坡面
土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，在完成上一层作业面与喷射混凝土以前，不得进行下一层深度的开挖。实际工程中常取基坑每层挖深与土钉竖向间距相等，一般为1.5m。
4.2初喷
为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土的强度等级不应低于C15，混凝土土中水泥含量不宜低于400Kg/m3。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，一般为10mm。
4.3钻孔
钻孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记及编号。当成孔过程中遇到障碍物需调整孔位时，不得损害支护结构设计原定的安全程度。采用的机具应符合土层特点，满足设计要求，在进钻和抽出钻杆过程中不得引起土体坍孔。成孔过程中应由专人做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出土体的特征、成孔质量、事故处理等。
土钉钻孔的质量应符合下列规定：
a.孔位允许偏差：±150mm
b.孔径允许偏差：+20mm～-5mm
c.孔深允許偏差：+200mm～-50mm
d.倾角允许偏差：±3°
4.4插杆与注浆
插入土钉钢筋前要进行清孔检查，若孔内出现局部渗水或掉落松土应立即处理。放置的钢筋一般采用Ⅱ级螺纹钢筋，为保证钢筋在孔中的位置，在钢筋上每隔2～3m焊置一个定位架。
在插筋的同时，用加筋杆将注浆管带进离孔底0.3m左右的地方，然后进行灌注，注浆材料可采用纯水泥浆或水泥砂浆，纯水泥浆可采用42.5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1:2～1:3的配合比用砂浆搅拌机搅拌。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。
4.5挂网
上道工序完工后，按设计要求，将钢筋网固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件(如槽钢等)连接在一起，以进一步加强支护强度。
4.6复喷
挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度达到设计要求。
5.土钉墙边坡支护的施工质量控制
5.1原材料控制
采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类、有机物等的不合格材料；选择的混合剂不能对水泥的凝固、水化作用产生有害的影响。
5.2施工工艺控制
土钉孔眼的位置必须根据受喷面实际情况和设计布置。作土钉用的钢筋，使用前须除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度不得小于设计要求，安装后不得敲击、碰撞。灌浆用的砂浆应拌和均匀，随用随拌，孔眼在灌浆前用风吹净，灌浆时从孔底开始，连续均匀的进行。挂钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的联接必须牢固可靠。喷射混凝上的配合比必须经试验确定喷射混凝上宜随拌随用。分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须用水、风清洗；喷头应与受喷面垂自其间距以0.6～1.2m为宜。喷头应连续、缓慢横向移动喷射厚度应均匀。喷射混凝土施工终凝2h后及时进行湿润养护，养护时间不得少于l4天。
6、结束语
土钉墙施工成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，保证了施工的安全。此外，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比，其造价低，施工方便。因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。土钉墙施工周期短，与挖土同时进行，很少占用独立工期。挖土与土钉支护都分层分块施工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，使边坡位移和变形及时得到约束限制。
参考文献
［1］建筑基坑支护技术规程 DB11/480-2007 中国建筑工业出版社 2007
关键词：土钉墙；作用机理；施工工艺；质量控制
Abstract: at present in the building foundation pit, soil nailing wall economy practical, safe and reliable advantage gradually get more and more extensive use. Use the soil nailed wall as a deep foundation pit supporting construction technology, with its unique mechanical performance, good technical and economic effect, be more and more used in engineering project, and made the obvious technical and economic benefits. This paper through analyzing the characteristics of soil nailing wall, according to the soil nailed wall mechanism, construction materials and machines from the preparation, the construction technology and quality control of related techniques are discussed.
Key words: the soil nailed wall; Mechanism; The construction technology; Quality control
1、引言
土钉墙是一种原位加固土技术，就其作用机理而言，既不同于桩、墙围护结构体系，又有别于水泥土重力式挡墙，它对土坡稳定的主要作用是注浆土钉通过置换和护渗，改变土体性质，土钉与土体间相互作用，土钉自身承受拉、压、弯、剪及面层土压力，有效地提高土体的抗剪强度和整体“刚度”，土钉在“土钉墙”复合体内犹如钢筋网架一样，具有骨架作用，并与土体形成一个完整的整体，如同挡土墙那样共同承担土压力和外荷作用，制约边坡变形，从而使开挖边坡稳定。在复合体内，外来荷载主要由土钉承担，并在复合体内起着应力传递和均匀扩散的作用，使所受外来荷载能均匀地传递扩散。土钉与喷射坡面的固化水泥浆相结合，能有效地限制坡面土体侧向变形，加强边坡约束。
土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，但也可通過直接打入较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩阻力，与其周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板予以约束。
2、土钉墙的应用领域、适用条件及作用机理
2.1、土钉墙的应用领域、土钉墙不仅用于临时构筑物，而且也用于永久构筑物。当用于永久性构筑物时，宜增加喷射混凝土层或敷设预制板，并有必要考虑外表的美观。
目前土钉墙的应用领域主要有：
2.1.1托换基础；
2.1.2基坑或竖井的支挡；
2.1.3斜坡面的挡土墙；
2.1.4斜坡面的稳定；
2.1.5与锚杆相结合做斜面的防护。
2.2、土钉墙的使用条件
土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固。
土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡围护，当土钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加。
土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。
2.3、土钉墙的作用机理
土钉墙是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用，还能改变土坡的变形和破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。
土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点：
2.3.1箍束骨架作用
该作用是由土钉本身的刚度和强度以及它在土体内的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。
2.3.2分担作用
在复合土体内，土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由于土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯强度，所以当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这是土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体碎裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。
2.3.3应力传递与扩散作用
在同等荷载作用下，由土钉加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。
2.3.4坡面变形的约束作用
在坡面上设置的与土钉练成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸载、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果，限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束作用，这对土体开裂变形阶段尤为重要。
3.土钉墙支护的施工材料及机具
3.1原材料
土钉钢筋使用前应拉直、除锈、涂油，优先选用42.5普通硅酸盐水泥，采用干净的中粗砂，含泥量小于5％，采用干净的圆砾，粒径2～4mm；使用速凝剂，应做与水泥相容性试验及水泥浆凝结效果试验。
3.2施工机具
土钉成孔机具根据土质和现场环境条件选用(冲击钻、螺旋钻、风枪或洛阳铲等)能完成设计要求的有效机具；注浆泵选用孔口压力大于0.1MPa的泥浆泵；混凝土喷射机应密封良好，输送连续均匀，输送水平距离不小于100m，垂直距离不宜小于30m；空压机应满足喷射机工作压和耗风量的要求；搅拌方法采用现场人工拌和或混凝土搅拌机搅拌。
4、土钉墙边坡支护的施工工艺
土钉墙的施工流程为：挖土→整理坡面→初喷→打孔眼→插杆→灌注→挂网→复喷。
4.1开挖整理坡面
土钉支护是分层进行的，因此挖土深度不能超过设计深度，在完成上一层作业面与喷射混凝土以前，不得进行下一层深度的开挖。实际工程中常取基坑每层挖深与土钉竖向间距相等，一般为1.5m。
4.2初喷
为使挖好的坡面不产生垮塌，凡挖好的坡面需立即进行混凝土喷射，以使表层固结。其混凝土的强度等级不应低于C15，混凝土土中水泥含量不宜低于400Kg/m3。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，一般为10mm。
4.3钻孔
钻孔前，应根据设计要求定出孔位并作出标记及编号。当成孔过程中遇到障碍物需调整孔位时，不得损害支护结构设计原定的安全程度。采用的机具应符合土层特点，满足设计要求，在进钻和抽出钻杆过程中不得引起土体坍孔。成孔过程中应由专人做成孔记录，按土钉编号逐一记载取出土体的特征、成孔质量、事故处理等。
土钉钻孔的质量应符合下列规定：
a.孔位允许偏差：±150mm
b.孔径允许偏差：+20mm～-5mm
c.孔深允許偏差：+200mm～-50mm
d.倾角允许偏差：±3°
4.4插杆与注浆
插入土钉钢筋前要进行清孔检查，若孔内出现局部渗水或掉落松土应立即处理。放置的钢筋一般采用Ⅱ级螺纹钢筋，为保证钢筋在孔中的位置，在钢筋上每隔2～3m焊置一个定位架。
在插筋的同时，用加筋杆将注浆管带进离孔底0.3m左右的地方，然后进行灌注，注浆材料可采用纯水泥浆或水泥砂浆，纯水泥浆可采用42.5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1:2～1:3的配合比用砂浆搅拌机搅拌。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。
4.5挂网
上道工序完工后，按设计要求，将钢筋网固定于坡面之上；同时，在危险坡上的土钉之间用金属件(如槽钢等)连接在一起，以进一步加强支护强度。
4.6复喷
挂网后，整个坡面复喷混凝土，其喷射厚度达到设计要求。
5.土钉墙边坡支护的施工质量控制
5.1原材料控制
采购的各种材料必须满足规范及设计要求，必须选择清洁、坚硬、耐久的材料，禁止使用含有达到有害量的废物、泥、盐类、有机物等的不合格材料；选择的混合剂不能对水泥的凝固、水化作用产生有害的影响。
5.2施工工艺控制
土钉孔眼的位置必须根据受喷面实际情况和设计布置。作土钉用的钢筋，使用前须除锈矫直，安装位置距孔眼中心，钢筋插入深度不得小于设计要求，安装后不得敲击、碰撞。灌浆用的砂浆应拌和均匀，随用随拌，孔眼在灌浆前用风吹净，灌浆时从孔底开始，连续均匀的进行。挂钢筋网前必须将坡面清理平顺使钢筋网紧靠坡面钢筋网与土钉的联接必须牢固可靠。喷射混凝上的配合比必须经试验确定喷射混凝上宜随拌随用。分层喷射混凝土时后层混凝土应在前层混凝土终凝后进行，如超终凝1小时以上时，则受喷面必须用水、风清洗；喷头应与受喷面垂自其间距以0.6～1.2m为宜。喷头应连续、缓慢横向移动喷射厚度应均匀。喷射混凝土施工终凝2h后及时进行湿润养护，养护时间不得少于l4天。
6、结束语
土钉墙施工成功解决了基坑边坡的强度及稳定性问题，保证了施工的安全。此外，由于土钉墙能充分利用土体的自承能力的特点，与喷锚支护相比，其造价低，施工方便。因此在条件允许的情况下，采用土钉墙支护，可以大大节省投资。土钉墙施工周期短，与挖土同时进行，很少占用独立工期。挖土与土钉支护都分层分块施工，充分发挥土体的空间支护作用，并在开挖后几个小时内封闭，使边坡位移和变形及时得到约束限制。
参考文献
［1］建筑基坑支护技术规程 DB11/480-2007 中国建筑工业出版社 2007