试论深基坑边坡土钉加固研究

试论深基坑边坡土钉加固研究

胡振东

中国水利水电第十一工程局有限公司河南省郑州市450001

摘要：深基坑工程具有复杂性，它涉及到许多学科，例如，土力学、工程地质、结构力学、弹性力学等等，深基坑边坡的加固工作对于深基坑工程来说，也是尤为重要的。本文简要介绍了深基坑工程和土钉支护技术的原理和特点，对土钉墙加固技术、加固机理以及土钉墙的设计思路和施工管理进行了分析，希望能为读者提供参考，促进深基坑工程更好的发展。

关键词：深基坑；边坡；土钉加固

引言

深基坑边坡加固在工程建设中有着非常重要的作用，只有做好了深基坑边坡加固，才能更好地保证工程的质量和安全性，支护技术的选择在施工过程中也起到了非常重要的作用。土钉支护技术的发展很快，适用于边坡加固和基坑支护，此技术经济可靠，而且施工快速简便，在深基坑工程中得到了广泛的应用，此技术也在不断地发展，相信在未来，该技术能够更好的应用在深基坑工程中，促进深基坑工程的发展。

1深基坑工程及土钉支护技术概述

1.1深基坑工程和土钉支护技术简介

深基坑工程是指开挖深度超过五米或者地下室三层以上，或者其深度虽没有超过五米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。深基坑工程具有很强的区域性，在进行深基坑工程时要因地制宜，结合实际情况展开施工；深基坑工程的综合性很强，该工程不仅需要掌握岩石工程知识和结构工程知识，还要了解测试技术、计算技术、土力学理论等知识。

典型的土钉支护体系主要包括四个组成部分，分别为原位土体中的土钉群、护面的钢筋网喷射混凝土面层、被加固的原位土体和防排水系统，土钉支护体系结构如下图所示：

1.2土钉支护技术原理

土钉的原理是通过土与土钉界面之间的粘结力和摩阻力，利用土钉较强的抗拉、抗弯、抗剪强度来弥补天然土体自身抗剪强度的不足。分布在土体中的土钉也可以起到空间骨架的作用，再配合喷射混凝土面层，土、土钉、面层相互作用、共同工作，成为一个整体，从而提高加固后的土体整体刚度，改善其变形性能，形成一种性能良好的主动支护体系。

其中，土钉在复合土体内的作用有以下几点：第一，土钉对复合土体的骨架约束作用。土钉体与土相互作用形成复合土体，因此复合土体便是具有一定结构刚度的整体，而土钉体便是复合土体内的约束骨架。与土体相比，土钉体的抗拉、抗剪以及抗弯强度都很高，从而弥补了土体的不足，将两者进行结合，土钉体以其直径，长度，分布密度和群钉空间结构形式散布在土体内部，形成具有一定刚度的空间骨架，增强边坡土体的整体性，改变了土的整体性状，在渐进性开裂阶段该作用尤为突出；第二，土钉对复合土体的应力分担作用。边坡承受的载荷包括自重应力、开挖引起的不平衡力和超载产生的附加应力等，在复合土体中，土钉体和土体共同承担应力，如果土钉体和土体的刚度比增加，土钉的承担比例也就增加，从而减少作用在土体上的应力，土体中应力的分布得到改善，削弱和延迟了应力在土体中的集中，可以对坡顶沉降和坡面位移进行有效的制约。但是也不能盲目增加土钉刚度，如果土钉刚度太大，会使土与土钉之间变形不协调，从而过早的出现相对位移，无法协同工作，不利于边坡的整体性。

1.3土钉支护技术的特点

第一，材料用量和工程量较小。由于土钉和面层的截面尺寸较小，使得混凝土和钢筋的用量也很少；第二，施工速度快，工期短；第三，施工设备轻便，设置土钉时,小型设备或人工均可,施工方法有较大的灵活性。注浆和喷射混凝土的设备也比较轻便；第四，便于信息化施工和反馈设计；第五，结构轻巧、柔性大、抗震性能好；第六，安全可靠；第七，土钉支护比一般的锚杆支护造价低。

2深基坑边坡土钉加固

2.1土钉墙加固技术与加固机理

工业及民用建筑场地的边坡、建筑基坑边坡、交通道路路堑边坡等为了保持边坡的稳定性，大多都需要进行加固处理。传统的加固处理主要有挡土墙、放坡、支护桩等方法。近年来，土钉墙加固方法逐渐发展起来，土钉墙加固是一种土质边坡加固技术，在交通道路工程、深基坑工程、工民建场地边坡工程和水利水电工程中，土钉墙加固技术被广泛应用，并且取得了明显的经济效益，其设计检测技术越来越完善，尤其是在深基坑支护工程中，土钉墙及土钉墙与锚杆组合支护的应用占到了深基坑支护工程的一半，支护深度达到了十五到二十米，土钉墙具有操作简便、施工速度快、经济适用、加固效果好等优点，现在已经越来越受建筑行业的重视。

土钉墙通过插筋锚体与喷射混凝土面层的共同作用，形成补强复合土体，达到稳定边坡的目的。其中土钉墙加固机理如下：第一，土钉通过边坡滑裂面，对边坡土体进行加固处理，形成复合土体，加固后的复合土体对后侧土体有相当于挡土墙的作用；第二，在边坡土体中钢筋与土的摩擦力约束了土体变形，尤其是穿过滑裂面后，导致稳定土体和不稳定土体锚连在一起，土钉承受的拉力使滑移或者坍塌的土体在土钉和面层的作用下保持稳定；第三，注浆后的土钉的抗弯强度很高，可以使边坡土体的抗剪强度提高，从而提升边坡土体的安全性。

2.2土钉墙的设计思路

土钉墙的设计步骤如下：首先，根据边坡形式、施工工艺、加固目的和安全要求，初步选择支护参数，其中参数类型包括孔距、排距、孔径、孔深、土钉钢筋、注浆材料、面层混凝土等；其次，分别进行土钉抗拔力、锚固长度、内层稳定分析和外部稳定分析验算；最后通过第二步的计算，对各个部分的初选参数进行调整，然后画出施工图。土钉墙施工流程如下图所示。

结束语

总而言之，采用土钉墙加固技术对深基坑边坡进行加固，可以节约建设场地，降低工程造价，解决施工的疑难问题，使得经济效益和社会效益明显提高。在进行施工时应做好全面监测工作，及时把边坡水平位移、周围建筑物及塔吊的沉降与倾斜、土钉的应力变化数据记录汇总,发现异常情况,应做好应急与抢险工作。

参考文献

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