土钉墙支护详解

1、 目录目录 概述概述 土钉墙设计土钉墙设计 土钉墙施工土钉墙施工 土钉墙支护的特点土钉墙支护的特点 土钉墙适用土层及可行性分析土钉墙适用土层及可行性分析 土钉墙与其他支护方法之比较土钉墙与其他支护方法之比较 概述概述 土钉墙是由被土钉墙是由被加固土体、锚固于土体中的土钉群和面板加固土体、锚固于土体中的土钉群和面板组成，组成， 形成类似于重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力或形成类似于重力式的挡土墙，以此来抵抗墙后传来的土压力或 其他附加荷载，从而保持土体的稳定。其他附加荷载，从而保持土体的稳定。 在深基坑开挖过程中，土钉支护已成为继排桩支护、连续墙支在深基坑开挖过程中，土钉支护已成为继排

2、桩支护、连续墙支 护、锚杆支护之后又一项成熟的支护技术。它经济可靠，施工护、锚杆支护之后又一项成熟的支护技术。它经济可靠，施工 快速简便，而得到迅速推广和应用。快速简便，而得到迅速推广和应用。 图2 土钉墙支护示意图 砼砼 面面 土土 钉钉 概述概述 土钉墙的工作原理土钉墙的工作原理 土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一土体具有一 定的结构整体性定的结构整体性，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的，在基坑开挖时，可存在使边坡保持直立的临界高临界高 度度，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。，但在超过这个深度或有地

3、面超载时将会发生突发性的整体破坏。 而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而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。因此通过相互作用、土体自共同作用，弥补土体自身强度的不足。因此通过相互作用、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 著提高了著提高了整体稳定性整体稳定性。 土钉作用机理土钉作用机理 l（1） 土钉对复合土体起土钉对复合土体起箍束骨架作用箍束骨架作用制约土体变形并使复合制约土体变形并使复合 土体构成一个整体。土体构成一个整体。

4、 l（2） 土钉与土体土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起分，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。状态后，应力逐渐向土钉转移，土钉分担作用更为突出。 l（3） 土钉起着应力传递与扩散作用土钉起着应力传递与扩散作用推迟开裂区域的形成和发推迟开裂区域的形成和发 展展。 l （4） 坡面变形的约束作用坡面变形的约束作用，在坡面上设置的与土钉在一起的，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

5、约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。束的作用。 概述概述 图3 制作好的土钉 土钉墙的设计内容土钉墙的设计内容 确定土钉墙的平面、剖面尺寸及分段开挖深度确定土钉墙的平面、剖面尺寸及分段开挖深度 确定土钉的布置方式和间距确定土钉的布置方式和间距 确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向 确定土钉钢筋的类型、直径和构造确定土钉钢筋的类型、直径和构造 注浆配比、注浆方式设计注浆配比、注浆方式设计 混凝土面板设计及坡顶防护设计混凝土面板设计及坡顶防护设计 进行整体和内部稳定性分析进行整体和内部稳定性分析 施工图设计施工图设计 监测

6、、质量控制与保证设计监测、质量控制与保证设计 土钉墙的设计步骤土钉墙的设计步骤 因施工设备的限制，因施工设备的限制，目前我国深基坑土钉支护中大都采用目前我国深基坑土钉支护中大都采用 注浆土钉注浆土钉，因此，以下只讨论注浆土钉支护技术。注浆土钉支，因此，以下只讨论注浆土钉支护技术。注浆土钉支 护结构设计流程如下。护结构设计流程如下。 1、对场地进行工程和水文地质调查，获取符合工程实际的设计计对场地进行工程和水文地质调查，获取符合工程实际的设计计 算参数。算参数。 2、确定土钉墙结构形状与尺寸、分段施工长度与高度，分段施工确定土钉墙结构形状与尺寸、分段施工长度与高度，分段施工 长度多为长度多为10

7、m，分段施工高度取决于土体自立能力。，分段施工高度取决于土体自立能力。 3、确定土钉长度、水平和竖向间距、孔径、钢筋直径以及土钉倾确定土钉长度、水平和竖向间距、孔径、钢筋直径以及土钉倾 角和土钉布局等。角和土钉布局等。 4、设计面层和注浆参数。设计面层和注浆参数。 5、土钉墙体抗滑移、抗倾覆以及地基承载力和深部土体抗滑动土钉墙体抗滑移、抗倾覆以及地基承载力和深部土体抗滑动 稳定性满足要求否，是则转入（稳定性满足要求否，是则转入（6），否则转入（），否则转入（2）。）。 6、土体内部稳定性及其土体抗拔力满足要求否，是则转入（土体内部稳定性及其土体抗拔力满足要求否，是则转入（7），）， 否则转入（

8、否则转入（2）。）。 7、施工图设计及说明，以及现场监测和质量控制设计。施工图设计及说明，以及现场监测和质量控制设计。 土钉墙的设计方法及稳定性分析土钉墙的设计方法及稳定性分析 关于土钉墙的设计方法有很多种，按其基本原理可分为关于土钉墙的设计方法有很多种，按其基本原理可分为极极 限平衡方法和有限元方法限平衡方法和有限元方法。目前在工程上多采用极限平衡分。目前在工程上多采用极限平衡分 析法，如法国圆弧形破裂面方法、德国双线性破裂面方法、析法，如法国圆弧形破裂面方法、德国双线性破裂面方法、 运动学方法、王步云方法、运动学方法、王步云方法、Bridle方法等。方法等。 关于土钉墙设计方法，目前还没有

9、一个公认统一的计算方关于土钉墙设计方法，目前还没有一个公认统一的计算方 法。法。 土钉墙的设计方法及稳定性分析土钉墙的设计方法及稳定性分析 土钉墙稳定性分析除进行整体稳定性验算和土钉抗拔土钉墙稳定性分析除进行整体稳定性验算和土钉抗拔 验算外，还应进行混凝土面板强度验算和土钉墙稳定性验验算外，还应进行混凝土面板强度验算和土钉墙稳定性验 算及土钉墙变形分析。算及土钉墙变形分析。 土钉墙设计的土钉墙设计的两个重要原则两个重要原则： l 土钉密度土钉密度比土钉长度更重要比土钉长度更重要 l 注浆（加压）效果注浆（加压）效果比土钉钢筋更重要比土钉钢筋更重要 土钉墙施工土钉墙施工 土钉根据施工方法可分为土

10、钉根据施工方法可分为钻孔注浆型、打入型和射入型钻孔注浆型、打入型和射入型，后，后 两种需要专门的施工机械，且土钉长度一般不超过两种需要专门的施工机械，且土钉长度一般不超过6.0m，钻，钻 孔注浆型土钉是在成孔后放入钢筋等构件，再向孔内注浆，孔注浆型土钉是在成孔后放入钢筋等构件，再向孔内注浆， 形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在坡面上铺设面网，形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在坡面上铺设面网， 并喷射混凝土，组成土钉墙面。并喷射混凝土，组成土钉墙面。 土钉墙施工土钉墙施工 施工前准备施工前准备 l施工前调查施工前调查 l施工组织设计施工组织设计 钻孔钻孔 l钻孔机具的选择必须满足土钉墙的钻孔

11、要求，坚硬粘土和不易塌孔钻孔机具的选择必须满足土钉墙的钻孔要求，坚硬粘土和不易塌孔 的土层，可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机，也可使用洛的土层，可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机，也可使用洛 阳铲人工成孔阳铲人工成孔 l钻孔前必须进行定位，其水平向误差钻孔前必须进行定位，其水平向误差100mm，垂直向误差，垂直向误差50mm，倾，倾 角误差角误差2度度 l孔深不得小于设计长度，不宜大于设计长度的孔深不得小于设计长度，不宜大于设计长度的1 l安放土钉杆体前，应确认成孔质量符合要求安放土钉杆体前，应确认成孔质量符合要求 施工步骤施工步骤 图图4 洛阳铲洛阳铲 图图5 施工前部分机械准备施

12、工前部分机械准备 土钉墙施工土钉墙施工 土钉杆体组装、安放土钉杆体组装、安放 l使用使用、级钢筋作杆体级钢筋作杆体 l钢筋应平直、除油、除锈钢筋应平直、除油、除锈 l接头采用焊接，长度为接头采用焊接，长度为30d，但不小于，但不小于500mm，并排钢筋也要采用焊，并排钢筋也要采用焊 接接 l杆体轴向间隔杆体轴向间隔1.0-2.0米设置一个对中支架，注浆管、排气管与杆体绑米设置一个对中支架，注浆管、排气管与杆体绑 扎牢固扎牢固 注浆注浆 l采用普通硅酸盐采用普通硅酸盐425、525水泥，一般采用常压注浆水泥，一般采用常压注浆 l注浆应搅拌均匀，随搅拌随用，在初凝前用完注浆应搅拌均匀，随搅拌随用，

13、在初凝前用完 l注浆前、终止或中途停留时间较长时，应用水冲洗、润滑注浆泵及注浆前、终止或中途停留时间较长时，应用水冲洗、润滑注浆泵及 管路管路 l注浆管应随杆体同时插入孔内，管口距孔底为注浆管应随杆体同时插入孔内，管口距孔底为50-100mm l注浆后，视孔内情况进行注浆后，视孔内情况进行1-2次补浆次补浆 土钉墙施工土钉墙施工 面层挂网面层挂网 l用于制作面层网的钢筋常用用于制作面层网的钢筋常用6-8，并经过冷拉加工，双向配筋交叉，并经过冷拉加工，双向配筋交叉 点应隔点点焊或绑扎点应隔点点焊或绑扎 l挂网时，根据边坡坡度、土层情况，每平米用挂网时，根据边坡坡度、土层情况，每平米用2-3根短钢

14、筋固定在边根短钢筋固定在边 坡上，每一片网与四周要搭接坡上，每一片网与四周要搭接 l在钢筋网外侧的土钉头上，焊加强筋及承压筋在钢筋网外侧的土钉头上，焊加强筋及承压筋 土钉墙施工土钉墙施工 面层混凝土施工面层混凝土施工 l施工设备使用混凝土喷射机施工设备使用混凝土喷射机 l使用速凝剂前，应做与水泥的相容性试验剂水泥净浆凝结效果试验使用速凝剂前，应做与水泥的相容性试验剂水泥净浆凝结效果试验 l喷射混凝土作业必须分片分段依次进行，喷射顺序自下而上。两次喷射混凝土作业必须分片分段依次进行，喷射顺序自下而上。两次 喷射作业应有一定的时间间隔喷射作业应有一定的时间间隔 l喷射机应密封良好，输料连续、均匀喷

15、射机应密封良好，输料连续、均匀 l边坡有明显出水点时，应埋设导管排水边坡有明显出水点时，应埋设导管排水 l喷射机司机应按规程操作喷射机司机应按规程操作 l喷射手应经常保持喷头有良好的工作性能，喷头与受喷面应垂直，喷射手应经常保持喷头有良好的工作性能，喷头与受喷面应垂直， 宜保持宜保持0.6-1.0m的距离。的距离。 l夏季施工时，应注意混凝土面喷水养护。冬季施工时，混合料进入夏季施工时，应注意混凝土面喷水养护。冬季施工时，混合料进入 喷射机的气温不应低于喷射机的气温不应低于5度，再喷射混凝土强度低于设计强度等级的度，再喷射混凝土强度低于设计强度等级的 30时，不得受冻时，不得受冻 图6 土钉墙

16、钻孔图7 土钉墙铺设钢筋网图8 土钉墙喷射混凝土图9 土钉墙复合体 土钉墙施工土钉墙施工 面层承压板面层承压板 l面层承压板使用钢板或预制钢筋混凝土板，能较好地控制边坡位移面层承压板使用钢板或预制钢筋混凝土板，能较好地控制边坡位移 l使用螺栓固定承压板，螺杆与土钉焊接，安放时应考虑面层及承压使用螺栓固定承压板，螺杆与土钉焊接，安放时应考虑面层及承压 板的厚度板的厚度 l当喷射混凝土达到设计强度等级的当喷射混凝土达到设计强度等级的40时，再加承压板，并拧紧螺时，再加承压板，并拧紧螺 母。每隔母。每隔10天左右检查一次螺母的松紧程度天左右检查一次螺母的松紧程度 l当场地条件、土层物理、水理性质较好

17、时，可以只用承压板，取消当场地条件、土层物理、水理性质较好时，可以只用承压板，取消 土钉加强筋。土钉加强筋。 土钉墙的检验与测量土钉墙的检验与测量 l 每层土钉应分别作土钉抗拔试验每层土钉应分别作土钉抗拔试验 土钉支护的特点土钉支护的特点 土钉支护的优点：土钉支护的优点： u1 1、土钉墙是一种原位土体加筋技术土钉墙是一种原位土体加筋技术，它通过土钉在土中所起的骨架作用它通过土钉在土中所起的骨架作用， 传递、扩散并最终均衡因外载和自重产生的应力传递、扩散并最终均衡因外载和自重产生的应力，让土钉和土体共同协让土钉和土体共同协 调工作调工作，充分调动和利用土体的自承能力充分调动和利用土体的自承能力

18、，改变土体的变形与破坏状态改变土体的变形与破坏状态， 从而提高土坡的整体稳定性。从而提高土坡的整体稳定性。 u2 2、结构轻型，柔性大，有结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性良好的抗震性和延性。 u3 3、施工速度快，施工设备简单施工速度快，施工设备简单，操作方便操作方便，施工作业对周围环境干扰小。施工作业对周围环境干扰小。 u4 4、利与信息化施工、利与信息化施工，一旦发现险情一旦发现险情，容易补救容易补救，可防止大事故发生。可防止大事故发生。 u5 5、工程造价低、工程造价低，据国内外资料表明据国内外资料表明，土钉墙支护工程造价比其他支护工土钉墙支护工程造价比其他支护工 程造价低程造价低

19、1/31/3左右。左右。 土钉支护的特点土钉支护的特点 土钉支护的局限性：土钉支护的局限性： u需要一定的地下空间，对需要一定的地下空间，对紧邻地下管线的基坑不宜使用紧邻地下管线的基坑不宜使用。 u由于土钉与土之间必须有一定位移土钉才能发挥作用，因此与桩由于土钉与土之间必须有一定位移土钉才能发挥作用，因此与桩 墙式支护结构相比，墙式支护结构相比，变形相对较大变形相对较大，这在易产生蠕变的地层中尤，这在易产生蠕变的地层中尤 其明显。其明显。 u对开挖和支护时间与流程要求较严对开挖和支护时间与流程要求较严，否则基坑变形过大甚至失事。，否则基坑变形过大甚至失事。 u在在软土地区软土地区使用不能体现其

20、经济性，同时变形也难以满足要求。使用不能体现其经济性，同时变形也难以满足要求。 土钉的适用土层及可行性评价土钉的适用土层及可行性评价 土钉支护土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填 土土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土 钉支护特别有利。钉支护特别有利。 当存在地下水时，当存在地下水时，地下水应低于土坡开挖段地下水应低于土坡开挖段，否则应进行降水处，否则应进行降水处 理。当用于粘结力很差或处于软塑状态的土体，应首先进行预注理。当用于粘结力很差或处于软塑状态

21、的土体，应首先进行预注 浆加固处理。浆加固处理。 对标贯击数对标贯击数N N小于小于1010的砂土边坡，采用土钉法一般不经济。对不均的砂土边坡，采用土钉法一般不经济。对不均 匀系数小于匀系数小于2 2的级配不良的砂土，不能采用土钉支护；对塑性指数的级配不良的砂土，不能采用土钉支护；对塑性指数 I IP P2020的土，必须详细评价其蠕变特性，当蠕变性很小时，才能将的土，必须详细评价其蠕变特性，当蠕变性很小时，才能将 土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性土中作为永久性支护。土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性土中作为永久性支护。 土钉支护深度一般不宜超过土钉支护深度一般不宜超过12m12m，

22、当场地土层特别好时，可放宽到，当场地土层特别好时，可放宽到 141416m16m 土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较 土钉与锚杆：土钉与锚杆：二者的工作机理不同，二者的工作机理不同，锚杆一般施加预应力锚杆一般施加预应力， 在其末端的锚固段内作为受力段与周围土体接触，提供锚在其末端的锚固段内作为受力段与周围土体接触，提供锚 固力。固力。土钉一般不施加预应力或加很小的预应力土钉一般不施加预应力或加很小的预应力，土钉只，土钉只 有在土体发生变形后才能被动受力，土钉受力沿长度分布有在土体发生变形后才能被动受力，土钉受力沿长度分布 也是不均匀的，一般是也是不

23、均匀的，一般是中间大、两头小中间大、两头小，并且在主动区和，并且在主动区和 抗力区内土钉叠加后使土钉自身趋于力平衡状态，因此土抗力区内土钉叠加后使土钉自身趋于力平衡状态，因此土 钉面层不属于主要受力构件，它的主要作用是稳定开挖面钉面层不属于主要受力构件，它的主要作用是稳定开挖面 上的局部土体，防止其塌落和受到侵蚀。同时锚杆的数量上的局部土体，防止其塌落和受到侵蚀。同时锚杆的数量 远少于土钉，土钉依靠群体起作用，在施工精度和质量要远少于土钉，土钉依靠群体起作用，在施工精度和质量要 求上没有锚杆那样严格。求上没有锚杆那样严格。 图图10 10 土钉与锚杆的受力比较图土钉与锚杆的受力比较图 土钉与锚

24、杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较 土钉墙与加筋挡土墙：土钉墙与加筋挡土墙：土钉支护属于土体加筋技术中的一土钉支护属于土体加筋技术中的一 种，其形式与加筋挡土墙类似，但土钉施工是从上到下分种，其形式与加筋挡土墙类似，但土钉施工是从上到下分 段边挖土边支护，而加筋土则与之相反，从下而上分层施段边挖土边支护，而加筋土则与之相反，从下而上分层施 工，因此二者受力状态相差较大。再者加筋杆件一般水平工，因此二者受力状态相差较大。再者加筋杆件一般水平 设置，而土钉则与水平面有一定的夹角。设置，而土钉则与水平面有一定的夹角。 土钉墙与抗滑桩：土钉墙与抗滑桩：抗滑桩的直径

25、一般大于土钉，因而起到抗滑桩的直径一般大于土钉，因而起到 抗滑挡土的作用，只要抗滑桩不被剪断，就能保持土坡的抗滑挡土的作用，只要抗滑桩不被剪断，就能保持土坡的 稳定，抗滑桩主要发挥抗剪作用。而土钉直径较小，起不稳定，抗滑桩主要发挥抗剪作用。而土钉直径较小，起不 到挡土的作用，土体破坏时可绕过土体继续滑动，而土钉到挡土的作用，土体破坏时可绕过土体继续滑动，而土钉 则不需要被剪断，土钉只要不被拔出就能继续工作，因而则不需要被剪断，土钉只要不被拔出就能继续工作，因而 土钉主要发挥抗拉作用。土钉主要发挥抗拉作用。 图2 土钉墙支护示意图 砼砼 面面 土土 钉钉 土钉墙施工土钉墙施工 施工前准备施工前准

26、备 l施工前调查施工前调查 l施工组织设计施工组织设计 钻孔钻孔 l钻孔机具的选择必须满足土钉墙的钻孔要求，坚硬粘土和不易塌孔钻孔机具的选择必须满足土钉墙的钻孔要求，坚硬粘土和不易塌孔 的土层，可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机，也可使用洛的土层，可以选用地质钻机、螺旋钻机和土锚专用机，也可使用洛 阳铲人工成孔阳铲人工成孔 l钻孔前必须进行定位，其水平向误差钻孔前必须进行定位，其水平向误差100mm，垂直向误差，垂直向误差50mm，倾，倾 角误差角误差2度度 l孔深不得小于设计长度，不宜大于设计长度的孔深不得小于设计长度，不宜大于设计长度的1 l安放土钉杆体前，应确认成孔质量符合要求安放土

27、钉杆体前，应确认成孔质量符合要求 施工步骤施工步骤 土钉支护的特点土钉支护的特点 土钉支护的局限性：土钉支护的局限性： u需要一定的地下空间，对需要一定的地下空间，对紧邻地下管线的基坑不宜使用紧邻地下管线的基坑不宜使用。 u由于土钉与土之间必须有一定位移土钉才能发挥作用，因此与桩由于土钉与土之间必须有一定位移土钉才能发挥作用，因此与桩 墙式支护结构相比，墙式支护结构相比，变形相对较大变形相对较大，这在易产生蠕变的地层中尤，这在易产生蠕变的地层中尤 其明显。其明显。 u对开挖和支护时间与流程要求较严对开挖和支护时间与流程要求较严，否则基坑变形过大甚至失事。，否则基坑变形过大甚至失事。 u在在软土地区软土地区使用不能体现其经济性，同时变形也难以满足要求。使用不能体现其经济性，同时变形也难以满足要求。 土钉的适用土层及可行性评价土钉的适用土层及可行性评价 土钉支护土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填 土土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土 钉支护特别有利。钉支护特别有利。 当存在地下水时，当存在地下水时，地下水应低于土坡开挖段地下水应低于土坡开挖段，否则应进行降水处，否则应进行降水处 理。当用于粘结力很差或处于软