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【摘 要】本文结合某工程实例介绍土钉墙在基坑支护结构中的施工技术控制措施及其经济效益分析。
【关键词】土钉墙;软粘土地基;软粘土地基;设计;经济效益
1土钉墙的作用机理
土钉墙支护，是用于土体开挖和深基坑施工时保证边坡稳定的一种新技术。在国内的工程建设中得到了广泛的推广应用，它是由挡土墙和锚杆发展起来的，在土体内放置一定长度和分布密集的土钉（即钢筋）与土共同作用，以弥补土体自身强度不足，并在坡面上制作与土钉形成一体的钢筋网喷射砼面层（即土钉墙），以限制土体变形的发展，增强边坡土体自身的稳定性，从而保证土体边坡和深基坑安全的一种施工。
方法土钉是在土体内增设了一定长度和一定分布密度的錨固体，它与土体牢固结合而共同工作，以弥补土体自身强度不足，增强土坡自身的稳定性，属于主动制约机制的支挡体系。土钉在其加强的复合土体中起着箍束骨架作用，制约土体变形，并使符合土体构成一个整体，提高土坡的整体刚度和稳定性。土钉与土体共同承担荷载和土体自重应力。土钉墙在超载作用下的变性特征，表现为持续的渐进性破坏。在土钉加筋的边坡内，被动区的土钉可起锚固作用在坡面上设置的与土钉联成一体的钢筋混凝土面板能约束坡面的变形，在作为土压力传力体系构件的同时，还能保证土钉不受侵蚀风化。
2土钉墙主要特点
土钉墙支护方法是将抗拉强度很低的土体与注浆钢筋组成复合体，并与基坑侧壁喷射的钢筋砼结构共同工作，保证施工中基坑边坡稳定的一种深基坑支护方法。具有以下特点：
（1）施工便捷安全，土钉制作与成孔简单易行，灵活性强，便于各种形式的基坑支护设计。
（2）对施工场地狭小，大型护坡施工设备不便操作时，有其独特优越性。
（3）稳定可靠，支护后边坡位移小。
（4）施工工期短，便于已挖完土方深基坑支护的抢险，对一般工程而言，可边挖土边支护，基本不占用施工工期。
（5）经济效益显著、费用低，与其它支护类型相比，造价降低很多。
3工程概况
某工程场地土为淤泥质软粘土，除表层为厚约2m的粘土层外，其下深埋流塑状淤泥质软粘土，具有孔隙比高、压缩性大、含水量大、灵敏度高和强度低等特点，其主要物理力学性指标见表1。
本工程循环水管采用?2.4m预应力钢筋混凝土管，埋置深度为4.6～4.8m，管沟紧邻一期循环水管沟侧，其中心距仅为8m。根据现场已有的基坑施工经验，采用水泥土挡土墙施工时位移较大，且费用较高，而采用土钉墙基坑支护结构则应慎重考虑，为此在方案实施过程中遇到了很大的阻力，甚至不少专家都持怀疑态度，后经土钉现场拉拔试验和方案的详细论证，该方案才得以实施，为工程项目节省了巨大的投资，同时也为土钉墙在软粘土地基中的推广应用积累了宝贵的经验。
4土钉拉拔试验
在土钉墙基坑支护结构的方案设计阶段，进行了土钉的拉拔试验，共3组9个试件，试验位置沿管沟沿线布置，土钉均位于淤泥质土层中，其孔径均采用少150，锚杆采用?25螺纹钢，与水平的夹角为150，浆液采用1：1水泥砂浆，注浆压力为0.4MPa。3组土钉的长度分别为18.5，18.5，12.5m，极限抗拔力分别为120，150，110kN，土钉锚固体与土体之间的极限摩阻力分别为13.76，16.06，18.67kPa，该差异主要来源于土层地质条件的差异，极限摩阻力应根据管线的位置进行选取。
5土钉墙设计
根据现场拉拔试验，确定土钉锚固体与土体之间的极限摩阻力qsik=16.0kPa，综合土体抗剪强度指标，取凝聚力cik=6.5kPa，内摩擦角φik=120。设计地面超载为lOkPa。由于现场缺乏当地土钉墙的施工经验.故确定基坑等级为一级。根据JCJ120-99《建筑基坑支护技术规程》的规定，取土钉抗拉承载力安全系数为1.25，土钉墙整体稳定安全系数γik=1.3，重要性系数γo=1.1。土钉墙设计时应分别验算单根土钉的抗拔承载力和土钉墙的整体稳定性。
5.1土钉抗拉承载力验算
5.2土钉墙整体稳定性验算
由于以上计算比较复杂，笔者编制了计算机程序，使设计大为简化。
5.3土钉墙基坑支护结构设计
土钉墙基坑支护结构由土钉和喷射钢筋混凝土面层组成，其中土体开挖时产生的不平衡主动土压力通过混凝土面层，最终由土钉来承担，开挖边坡的基坑抗隆起及整体稳定性通过土钉对土体的加固来实现。对开挖深度为4.6m的基坑进行土钉墙基坑支护结构设计时，考虑以下几方面的因素：①为了提高土钉的施工效率，土钉孔径采用?120;②为了提高软粘土中土钉的成孔及注浆质量，土钉长度应不超过15m;③根据喷射混凝土面层的受力特点及土钉的承载情况，土钉沿纵向间距为1.Om，呈梅花型布置;④为了提高基坑的抗隆起稳定性，土钉墙底部设置长6.Om、直径?200的松木桩，桩距为0.4m，桩顶与钢筋网连接。土钉墙中土钉由上至下分为3层，当施工第1～3层土钉前的土钉墙整体稳定性系数分别为2.416，1.462，1.429时，均能满足一级基坑施工期的稳定性要求，当不设置松木桩时整体稳定性系数为1.305，此时也能满足二级基坑的要求，为了有效地减小土钉墙的位移，松木桩应在施工第3层土钉后、基坑开挖深度为4.1m时施工，此时土钉墙的整体稳定性系数为1.437，满足设计要求。
5.4支护效果评价
在基坑施工过程中，对土体水平位移、沉降及基坑底隆起进行监测，实测最大水平位移仅12mm，最大地面沉降为8mm，坑底最大隆起为22mm。
6效益
通过土钉墙基坑支护结构的工程实践，可以得出以下结论
①土钉墙能在软粘土基坑工程中应用;
②与其它基坑支护结构相比，土钉墙的造价更低，因而更经济;
③由于对土钉墙的位移可通过施工措施加以有效控制，因此对地下管线及周围环境影响较小，尤其适用于旧城改造工程中应用。
参考文献：
[1]基坑土钉支护技术规程1（CECS96：97）
[2]杨志银，张俊，王凯旭。土钉墙技术的研究及应用.岩土工程学2005.2.
[3]基坑土钉支护技术规程.CECS96197.北京：中国建筑工业出版社.
（身份证号码：440582198609020918）
【关键词】土钉墙;软粘土地基;软粘土地基;设计;经济效益
1土钉墙的作用机理
土钉墙支护，是用于土体开挖和深基坑施工时保证边坡稳定的一种新技术。在国内的工程建设中得到了广泛的推广应用，它是由挡土墙和锚杆发展起来的，在土体内放置一定长度和分布密集的土钉（即钢筋）与土共同作用，以弥补土体自身强度不足，并在坡面上制作与土钉形成一体的钢筋网喷射砼面层（即土钉墙），以限制土体变形的发展，增强边坡土体自身的稳定性，从而保证土体边坡和深基坑安全的一种施工。
方法土钉是在土体内增设了一定长度和一定分布密度的錨固体，它与土体牢固结合而共同工作，以弥补土体自身强度不足，增强土坡自身的稳定性，属于主动制约机制的支挡体系。土钉在其加强的复合土体中起着箍束骨架作用，制约土体变形，并使符合土体构成一个整体，提高土坡的整体刚度和稳定性。土钉与土体共同承担荷载和土体自重应力。土钉墙在超载作用下的变性特征，表现为持续的渐进性破坏。在土钉加筋的边坡内，被动区的土钉可起锚固作用在坡面上设置的与土钉联成一体的钢筋混凝土面板能约束坡面的变形，在作为土压力传力体系构件的同时，还能保证土钉不受侵蚀风化。
2土钉墙主要特点
土钉墙支护方法是将抗拉强度很低的土体与注浆钢筋组成复合体，并与基坑侧壁喷射的钢筋砼结构共同工作，保证施工中基坑边坡稳定的一种深基坑支护方法。具有以下特点：
（1）施工便捷安全，土钉制作与成孔简单易行，灵活性强，便于各种形式的基坑支护设计。
（2）对施工场地狭小，大型护坡施工设备不便操作时，有其独特优越性。
（3）稳定可靠，支护后边坡位移小。
（4）施工工期短，便于已挖完土方深基坑支护的抢险，对一般工程而言，可边挖土边支护，基本不占用施工工期。
（5）经济效益显著、费用低，与其它支护类型相比，造价降低很多。
3工程概况
某工程场地土为淤泥质软粘土，除表层为厚约2m的粘土层外，其下深埋流塑状淤泥质软粘土，具有孔隙比高、压缩性大、含水量大、灵敏度高和强度低等特点，其主要物理力学性指标见表1。
本工程循环水管采用?2.4m预应力钢筋混凝土管，埋置深度为4.6～4.8m，管沟紧邻一期循环水管沟侧，其中心距仅为8m。根据现场已有的基坑施工经验，采用水泥土挡土墙施工时位移较大，且费用较高，而采用土钉墙基坑支护结构则应慎重考虑，为此在方案实施过程中遇到了很大的阻力，甚至不少专家都持怀疑态度，后经土钉现场拉拔试验和方案的详细论证，该方案才得以实施，为工程项目节省了巨大的投资，同时也为土钉墙在软粘土地基中的推广应用积累了宝贵的经验。
4土钉拉拔试验
在土钉墙基坑支护结构的方案设计阶段，进行了土钉的拉拔试验，共3组9个试件，试验位置沿管沟沿线布置，土钉均位于淤泥质土层中，其孔径均采用少150，锚杆采用?25螺纹钢，与水平的夹角为150，浆液采用1：1水泥砂浆，注浆压力为0.4MPa。3组土钉的长度分别为18.5，18.5，12.5m，极限抗拔力分别为120，150，110kN，土钉锚固体与土体之间的极限摩阻力分别为13.76，16.06，18.67kPa，该差异主要来源于土层地质条件的差异，极限摩阻力应根据管线的位置进行选取。
5土钉墙设计
根据现场拉拔试验，确定土钉锚固体与土体之间的极限摩阻力qsik=16.0kPa，综合土体抗剪强度指标，取凝聚力cik=6.5kPa，内摩擦角φik=120。设计地面超载为lOkPa。由于现场缺乏当地土钉墙的施工经验.故确定基坑等级为一级。根据JCJ120-99《建筑基坑支护技术规程》的规定，取土钉抗拉承载力安全系数为1.25，土钉墙整体稳定安全系数γik=1.3，重要性系数γo=1.1。土钉墙设计时应分别验算单根土钉的抗拔承载力和土钉墙的整体稳定性。
5.1土钉抗拉承载力验算
5.2土钉墙整体稳定性验算
由于以上计算比较复杂，笔者编制了计算机程序，使设计大为简化。
5.3土钉墙基坑支护结构设计
土钉墙基坑支护结构由土钉和喷射钢筋混凝土面层组成，其中土体开挖时产生的不平衡主动土压力通过混凝土面层，最终由土钉来承担，开挖边坡的基坑抗隆起及整体稳定性通过土钉对土体的加固来实现。对开挖深度为4.6m的基坑进行土钉墙基坑支护结构设计时，考虑以下几方面的因素：①为了提高土钉的施工效率，土钉孔径采用?120;②为了提高软粘土中土钉的成孔及注浆质量，土钉长度应不超过15m;③根据喷射混凝土面层的受力特点及土钉的承载情况，土钉沿纵向间距为1.Om，呈梅花型布置;④为了提高基坑的抗隆起稳定性，土钉墙底部设置长6.Om、直径?200的松木桩，桩距为0.4m，桩顶与钢筋网连接。土钉墙中土钉由上至下分为3层，当施工第1～3层土钉前的土钉墙整体稳定性系数分别为2.416，1.462，1.429时，均能满足一级基坑施工期的稳定性要求，当不设置松木桩时整体稳定性系数为1.305，此时也能满足二级基坑的要求，为了有效地减小土钉墙的位移，松木桩应在施工第3层土钉后、基坑开挖深度为4.1m时施工，此时土钉墙的整体稳定性系数为1.437，满足设计要求。
5.4支护效果评价
在基坑施工过程中，对土体水平位移、沉降及基坑底隆起进行监测，实测最大水平位移仅12mm，最大地面沉降为8mm，坑底最大隆起为22mm。
6效益
通过土钉墙基坑支护结构的工程实践，可以得出以下结论
①土钉墙能在软粘土基坑工程中应用;
②与其它基坑支护结构相比，土钉墙的造价更低，因而更经济;
③由于对土钉墙的位移可通过施工措施加以有效控制，因此对地下管线及周围环境影响较小，尤其适用于旧城改造工程中应用。
参考文献：
[1]基坑土钉支护技术规程1（CECS96：97）
[2]杨志银，张俊，王凯旭。土钉墙技术的研究及应用.岩土工程学2005.2.
[3]基坑土钉支护技术规程.CECS96197.北京：中国建筑工业出版社.
（身份证号码：440582198609020918）