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岩土研究院

​土钉墙的概念、类型及特点

815 2021-03-17 10:31:46


土钉墙(soil nailing wall)是20世纪70年代发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种支护结构,由随基坑开挖分层设置的、纵横向密布的土钉群、喷射混凝土面层及原位土体所组成,见图 7.1。


土钉(soil nail)是指植入土中并注浆形成的承受拉力与剪力的杆件,是土钉墙支护结构中的主要受力构件,依靠钉体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。

国内常用的土钉有两类,其一是钻孔注浆土钉,即采用钻机或洛阳铲成孔,再植入钢筋杆体,然后沿全长注入水泥浆或水泥砂浆形成的;其二是打入钢花管注浆土钉,即在钢管上设置注浆孔成为钢花管,

直接将钢花管打入土体中,再注入水泥浆或水泥砂浆形成的。


与其他支护结构相比,土钉墙具有以下特点


(1)土钉墙尽可能地保持并提高了基坑侧壁土体的自稳定,土钉与土体形成一个密不可分的整体,共同作用,同时混凝土护面的协同作用也强化了土体的自稳定;


(2)土钉墙为柔性结构,有较好的延性,使得土体的破坏有了一个变形的过程而不是脆性破坏;但也正因其为柔性结构,土钉墙对周边土体的变形控制较差;


(3)土钉数量众多形成土钉群体,个别土钉的失效对整体影响并不大,有研究表明,当某根土钉失效时,上排与同排土钉将起到分担作用;



(4)土钉墙是分层分段施工形成的,每完成一层土钉和土钉位置以上的喷射混凝土面层后,基坑才能挖至下一层土钉施工标高,在此过程中易产生施工阶段的不稳定性,因而土钉墙的设计和施工必须严格按工况进行;


(5)土钉施工所需场地小,支护结构不占用工程空间;同时,施工设备简单,施工方便,噪声小;与土方开挖实行平行流水作业时,可缩短工期;一般来说,成本低于排桩及地下连续墙支护。


在应用过程中,由于土钉墙固有的一些缺陷,在一些基坑支护工程中,需要和其他构件联合使用。土钉墙与预应力锚杆、微型桩、旋喷桩、搅拌桩中的一种或多种组成的复合型支护结构,就称为复合土钉墙(composite soil nailing wall)。复合土钉墙目前主要有以下几种实用类型∶


这是应用最广泛的一种支护方式。土钉墙的使用受到地下水位、水量的限制,如果环境不允许降水,就要使用止水帷幕,而土钉墙与止水帷幕的组合对周围环境提出的较为严格的变形要求可能又无法满足,这时需要采用预应力锚杆限制土钉墙的位移。这种方式能满足大多数实际工程的需要。


(2)土钉墙+预应力锚杆(图 7.2b)


当地层条件为黏性土层和周边环境允许降水时,可不设置止水帷幕。


(3)土钉墙+微型桩+预应力锚杆(图 7.2c)

当基坑开挖面离建筑红线和周边建筑物距离很近,而土质的自稳性较差时,开挖前需要对土体进行加固,这时可使用各类微型桩进行超前支护,开挖后再实施土钉墙+预应力锚杆来保证土体的稳定,限制土钉墙的位移。微型桩通常采用直径 100~300mm的钻孔灌注桩、型钢桩、钢管桩以及木桩等其他类型桩。


(4)土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆(图7.2d)

当基坑深度较大,变形控制要求高,地质条件和环境条件复杂时,可采用这种方式。


这种方式常可代替排桩加锚杆或地下连续墙支护方式。在这种支护中,可能需采用多排预应力锚杆,微型桩桩径也较大。


复合土钉墙具有土钉墙的全部优点,并克服了其诸多缺陷,如变形控制问题、截排水问题、土体自稳能力较差等问题,因而大大拓宽了土钉墙的应用范围,并在工程实践中得到了广泛的应用。