浅析锚杆与土钉的区别

一、土钉与锚杆的相关概念： 1.锚杆：将拉力传至稳定岩土层的构件。当采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时，也可称为锚索。 2.土层锚杆：锚固于土层中的锚杆。由设置于钻孔内、端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。 3.岩石锚杆：锚固于岩层内的锚杆。 4.系统锚杆：为保证边坡整体稳定，在坡体上按一定格式设置的锚杆群。 为使围岩整体稳定，在隧洞周边上按一定格式布置的锚杆群。 5.锚杆挡墙：用水泥砂浆把钢杆或多股钢丝索等锚固在岩土中作为抗拉构件以保持墙身稳定，支挡土体的挡墙。 6.土钉墙：采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面组成的支护结构。 7.土钉：用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采取土中钻孔、置入变形钢筋（即带肋钢筋）并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管、角钢等作为钉体，采用直接击入的方法置入土中。土钉可被视为小尺寸的被动式锚杆（部份类似于全长粘结型锚杆），分为钻孔注浆钉与击入钉两种，土钉材料为角钢、圆钢、钢筋或钢管。岩土锚固技术手册 二、土钉与锚杆结构： 锚杆沿全长分为自由段和锚固段，在挡土结构中，锚杆作为桩、墙等挡土构件的支点，将作用于桩、墙上的侧向土压力通过自由段、锚固段传递到深部土体上。除锚固段外，锚杆在自由段长度上收到同样大小的拉力；但是土钉所受的拉力沿其整个长度都是变化的，一般是中间大，两头小，土钉支护中的喷混凝土面层不属于主要挡土部件，在土体自重作用下，它的主要作用只是稳定开挖面上的局部土体，防止其崩落和受到侵蚀。土钉支护是以土钉和它周围加固了的土体一起作为挡土结构，类似重力式挡土墙。 另外，锚杆一般都在设置时预加拉应力，给土体以主动约束；而土钉一般不加预应力的，土钉只有在土体发生变形以后才能使它被动受力，土钉对土体的约束需要以土体的变形作为补偿，所以不能认为土钉那样的筋体具有约束机制。其次，锚杆的设置数量通常有限，而土钉则排列较密，在施工精度和质量要求上都没有锚杆那样严格。当然锚杆中也有不加预应力并沿通长注浆和土体粘结的特例，在特定的布置情况下，也就过渡到土钉上了。 三、土钉与锚杆工作机理 1.土钉是被动受力，即土体发生一定变形后，土钉才受力，从而阻止土体的继续变形；土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高度，但在超过这个深度或有地面超载时将会发生突发性的整体破坏。一般护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制，以挡土结构承受其后的土体侧压力，防止土体整体稳定性破坏。土钉墙技术则是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体与土共同作用，弥补土体自身强度的不足。因此通过以增强边坡土体自身稳定性的主动制约机制为基础的复合土体。不仅效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用、土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏的性状，显著提高了整体稳定性，更重要的是土钉墙受荷载过程中不会发生素土边坡那样的突发性塌滑，土钉墙不仅延迟塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，不会发生整体性塌滑。 土钉在复合土体内的作用有以下几点： （1）土钉对复合土体起箍束骨架作用制约土体变形并使复合土体构成一个整体。 （2）土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起分担作用，由于土钉有很高的抗拉抗剪强度，所以土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，土钉分担作用更为突出。 （3）土钉起着应力传递与扩散作用推迟开裂区域的形成和发展。 （4）坡面变形的约束作用，在坡面上设置的与土钉在一起的钢筋网喷射砼面板限制坡面开挖卸荷而膨胀变形，加强边界约束的作用。 2.锚杆是主动受力，即通过对锚杆施加预应力，在基坑未开挖前就限制土体发生过大变形； 四、受力范围 1.土钉是被动受力，即土体发生一定变形后，土钉才受力，从而阻止土体的继续变形；全长受力，不过受力方向分为两部分，潜在滑裂面把土钉分为两部分，前半部分受力方向指向潜在滑裂面方向，后半部分受力方向背向潜在滑裂面方向； 2.锚杆是主动受力，即通过对锚杆时间预应力，在基坑未开挖前就限制土体发生过大变形；前半部分为自由端，后半部分为受力段，所以有时候在锚杆的前半部分不充填砂浆。 五、应用领域： 1.土钉墙的应用领域 土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，当应用于永久性构筑物时，宜增加喷射砼面层的厚度并适当考虑其美观，目前土钉墙的应用领域主要有： （1）托换基础 （2）基坑支挡或竖井 （3）斜坡面的挡土墙 （4）斜坡面的稳定 （5）与锚杆挡墙结合作斜面的防护 钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为12米，在施工土钉杆、面层喷射砼期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定，因此主要适用于： （1）有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。 （2）适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。 （3）对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般不经济。 （4）对于朔性指数Ip20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。 （5）对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。 （6）不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想，因此也不宜采用。 （7）土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构。 2.锚杆的应用领域： 拉锚式围护结构：由维护结构体系和锚固体系组成；围护结构采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙；锚固体系分为分为锚杆式和地面拉锚式。需要地基土能提供锚杆较大的锚固力，适用于砂土地基或粘土地基；软粘土很少使用 土钉墙：通过在基坑边坡中设置土钉，形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用；围护基坑深度一般不超过18m，使用期限不超过18个月。适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土、卵石土等，不适用于淤泥杂土及未经降水处理地下水位以下的土层地基中的基坑围护，锚杆安装后一般要施加预应力，主动约束挡土结构的变位；土钉一般施加预应力，须借助土体产生小量变位，而使土钉受力后工作，故两者受力状态不同，结构上的要求自然也不同，锚杆只在锚固长度内受力，而自由端只起传力作用；土钉全长受力，故两者在杆件长度方向上的应力分布不同3）、锚杆密度小，每个杆件都是重要的受力部位；土钉密度大，靠土钉的相互作用形成复合整体作用，其中个别土钉发生破坏或不起作用，对整个结构影响不大4）、锚杆挡墙或锚杆被拉的挡土结构受力较大，要求锚头特别牢固；土钉面板基本不受力，其锚头用一小块钢板同杆件连接即可5）、锚杆一般较长，直径较大，所需的各种机具也一般较大；土钉长度一般短（312m），直径较小，所