土钉墙与复合土钉墙

5 土钉墙与复合土钉墙中冶集团深圳分院--杨志银5.1 一般规定5.1.1 土钉墙是一种原位加固土基坑支护技术，它由原位土体、设置在土中的土钉和喷射砼面层组成。

5.1.2 土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水后的填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑开挖支护；土钉墙适用于开挖深度为5～12米的基坑支护。

5.1.3 土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土；不应用于没有临时自稳能力的饱和软弱土层和淤泥。

5.1.5 5.1.5(a)微型桩单桩耗用材料少；采用二次注浆工艺，与同体积灌注桩相比，承载力较高。

其群桩整体群桩效应，对边坡稳固和地基承载力有特别明显的作用。

近年来，也被用作滑坡治理工程，适用于岩质边坡、堆积物边坡及黄土边坡等。

其有钻孔方便、施工快等优点，具有独特的优势，在滑坡治理中得到了越来越多的应用。

其结构形式有：钢筋混凝土微型桩、钢骨混凝土微型桩、钢桩、钢管桩等。

5.1.6 复合土钉墙适用于各种施工环境和多种地质条件的基坑支护。

5.1.7 复合土钉墙不宜用于以下条件的基坑支护：（1）基坑垂直深度超过15米且无放坡条件的深基坑；（2）基坑开挖深度大于20米的基坑；（3）基坑计算范围内埋藏地层有厚层软土（淤泥）的基坑；（4）场地内有动水作用的地层。

5.1.8土钉墙和复合土钉墙应用于对变形有严格要求的深基坑支护时，应进行变形预测分析，并经专门论证后方可采用。

5.2 设计5.2.1 土钉墙和复合土钉墙设计内容应包括下列内容：5.2.1.1 确定土钉墙的平面和剖面尺寸及分段施工高度；5.2.1.2 确定土钉的布置方式和间距；5.2.1.3 确定土钉墙结构各组成部分的尺寸和材料参数；5.2.1.4 注浆体强度和注浆方式设计；5.2.1.5 喷射混凝土面层设计及土钉与面层连接的构造设计；5.2.1.6 支护体系整体稳定性分析；5.2.1.7 土钉强度与抗拔力验算；5.2.1.8 变形预测分析；5.2.1.9 现场监测和质量控制设计；5.2.1.10 施工图设计及其说明。

除了满足上述要求外，复合土钉墙的设计还应包括下列内容：（ ）根据地质条件和环境条件选择合理的复合土钉墙类型；（ ）确定锚杆类型并进行锚固体设计（长度、直径、形状等）；（ ）确定锚杆布置形式和安设角度及锚杆结构；（ ）确定锚杆设计轴向拉力及锁定拉力值；（ ）确定锚杆自由段长度和锚固段长度；（ ）确定止水帷幕采用的形式（搅拌桩或旋喷桩等）；（ ）确定止水帷幕的平面布置形式、剖面尺寸及施工参数；（ ）确定微型桩平面布置形式、剖面尺寸、直径及骨架（钢筋笼、型钢、钢管等）的结构尺寸；（ ）预应力锚杆抗拔力验算；（ ）锚杆注浆体强度设计和施工技术要求；（ ）冠梁和腰梁的设计；（ ） 锚杆检验和监测要求。

在土钉墙和复合土钉墙的设计中，单根土钉受拉荷载标准值可按下面的计算简图和公式计算：qp p 侧压侧压图5.2.2－1 侧压力的分布H /4Hm plk a qzj xj jk S pS T ζαcos 1=（ － ） （ － ）式中 T jk ——第j 根土钉受拉荷载标准值（kN ）；α——土钉的倾角（°）； S xj ——土钉的水平间距（m ）； S xj ——土钉的垂直间距（m ）；p ——土钉长度中点所处深度位置的侧压力（kPa ）；p l ——土钉长度中点所处深度位置上由土体自重引起的侧压力（kPa ），据图5.2.2-1 求出；p q ——地表均布荷载引起的侧压力（kPa ）；δ——坡面倾斜时荷载折减系数，根据5.2.3条确定。

图中自重引起的侧压力值p m 计算如下： 对于c/γ/H ≤0.05的砂土和粉土：p m =0.55k a H γ 对c/γ/H ＞0.05的一般粘性土：p m =H kH c k a a γγ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-21≤0.55k a H γ 图中地表均布荷载引起的侧压力值p q 计算如下：p q = k a q 式中 k a ——主动土压力系数，k a ＝tg 2⎪⎭⎫⎝⎛-︒245ϕ； γ——土的重度（kN/m 3）;H ——基坑深度（m ）。

当有地下水及其它地面、地下荷载作用时，应按本规范第三章方法考虑由此产生的侧向压力。

5.2.3荷载折减系数δ可按下式计算：⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=245121202ϕβϕβϕβξtg tg tg tg （5.2.3－1）式中 β——土钉墙坡面与水平面的夹角。

5.2.4 单根土钉抗拉承载力计算应满足下列要求：5.2.4.1 在面层侧压力作用下，土钉杆体强度应满足下式要求：1.5γ0 T jk ≤ A g f yk （5.2.4－1） 式中: A g ——土钉杆体面积（m 2）； yk f ——钢筋抗拉强度标准值（kN/m 2）。

其余符号同前。

土钉墙内部潜在滑动面之后有效锚固段应满足下式要求：图 土钉抗拉承载力计算简图1. 5γ0 T jk ≤T uj （5.2.4－2）对于基坑侧壁安全等级为二级以上的土钉抗拉承载力设计值应通过试验确定，基坑侧壁安全等级为三级时可按下式（图）计算：∑=i sik nj uj l q d T π式中 uj T ——土钉抗拔力设计值（kN ）；d nj ——第j 根土钉锚固体直径；q sik ——土钉穿越第i 层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，可参考表5.2.4.2 确定；l i ——第j 根土钉在直线破裂面外穿越第i 稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为2ϕβ+。

土钉和锚杆与土层之间粘结强度经验值 表5.2.4.25.2.5 土钉墙设计应进行整体稳定性分析，并应考虑施工期间不同开挖深度和完成后不同标高（包括开挖面以下一定深度）等多种工况，分析时可采用简化圆弧滑裂面条分法，其计算简图和验算公式如下：(a)(b)图5.2.5－1 土钉墙稳定性分析计算简图∑∑∑∑∑+++++=SW tg TT S tg W S L c K iiii i NjiiNjiiiii S θϕαθξαθϕθsin )sin()cos(cos （5.2.5－1）式中K s ——土钉墙整体稳定安全系数； c i ——土体的粘聚力（kPa ）； ϕi —— 土体的内摩擦角（º）； L i —— 土条滑动面弧长（m ）； W i ——土条重量（kN ）；T Nj ——土钉的设计抗拉力（kN ）； S ——土钉的水平间距（m ）；θι——滑动面某处切线与水平面之间的夹角（º）； αi ——土钉与水平面之间的夹角（º）； ξ——折减系数，根据经验取0.5。

每种验算情况中，须通过试算确定最危险滑裂面，即计算中K smin 对应的滑裂面为预测最危险的滑裂面。

在设计中应满足：K smin ＞[K s ] 式中: [K s ]——容许稳定性安全系数，二级支护结构取1.3，三级支护结构取1.2。

在施工阶段验算时，容许安全系数可乘以折减系数0.9。

5.2.6 复合土钉墙的整体稳定性分析可采用圆弧滑裂面计算，计算中应考虑止水帷幕、微型桩、预图5.2.6－1 复合土钉墙稳定性分析计算简图∑+=Liiss s p SW A K K θτsin ∑∑∑++++mi iii i Nj i i NjSW tg P Pθϕαθηαθsin )sin()cos( （5.2.6－1）式中 K p ——复合土钉墙整体稳定安全系数；τs ——搅拌桩、微型桩的抗剪强度设计值（kPa ）； A s ——搅拌桩、微型桩的面积（m 2）； P Nj ——预应力锚杆设计承载力（kN ）； S L ——搅拌桩、微型桩的间距（m ）； S m ——预应力锚杆的水平间距（m ）；η——折减系数，根据预应力水平在0.5~1.0之间选取。

其余符号同前。

在复合土钉墙设计中应满足：K pmin ＞[K p ]式中：[K p ]——容许稳定性安全系数，一级支护结构取1.4，二级支护结构取1.3，三级支护结构取1.2。

在施工阶段验算时，容许安全系数可乘以折减系数0.9。

在土钉墙和复合土钉墙整体稳定分析时，土体破裂面上每一土钉设计抗拉力T nj 按下列公式计算，并取其中的最小值：按土钉杆体受拉屈服条件 T nj ＝A g f yk按土钉体受拉拔出条件 T nj ＝πd nj Σq sik l n i对于靠近基坑支护底部的土钉，尚应考虑滑裂面内侧土体和喷射砼面层脱离土钉滑出的可能，其土钉设计拉力应满足下列条件：T nj ≦πd nj （l-l n ）q sik +T l式中 l n ——第j 根土钉在圆弧滑裂面外伸入稳定土体内的长度。

T l ——土钉端部与面层连接的极限抗拔力； 其余符号意义同前。

当基坑底存在软土可能有坑底土隆起条件时，应按本规范第 章进行基坑底抗隆起稳定性验算。

喷射砼面层和腰梁可按下列原则进行设计：、某一标高处土钉和锚杆之间喷射砼面层和腰梁所受水平荷载 可按 条侧压力分布图计算；、喷射砼面层可近似按长宽分别为 、 受均布荷载 的双向四边简支板进行设计；、土钉和面层的连接应能承受土钉端部受拉荷载T jk的作用，验算土钉与喷射砼中面层连接及拔出强度，第j根土钉受拉荷载标准值T jk可按 条计算；、某一标高处与喷射砼面层连接成整体的锚杆腰梁可按承受均布荷载 的连续梁计算。

土钉墙和复合土钉墙应用于对变形有严格要求的深基坑支护时，应进行变形分析，变形分析（土钉墙和复合土钉墙水平位移）可采用有限元数值计算方法结合可靠的经验进行计算。

构造土钉墙的构造要求应符合下列规定：土钉墙墙面坡度应在技术和经济比较的基础上确定，宜采用坡度 ： ；土钉必须与面层有效连接在一起，应设置承压板和加强钢筋等构造措施；土钉长度不宜小于 ，土钉间距宜为 ～ ，土钉与水平面夹角宜为 ～ ；土钉孔注浆材料宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不宜低于 ；常用的土钉包括钻孔注浆型土钉和打入注浆型钢管土钉：钻孔注浆型土钉由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆组成；土钉钢筋宜用 级以上螺纹钢筋，钢筋直径宜为 ～ ；钻孔直径宜为 ～ ；沿土钉长每隔 ～ 米应设置对中定位支架，以保证土钉钢筋周围有足够的浆体保护层；打入注浆型钢管土钉适用于不易成孔的砂层或软土中；5.3.2.6 钢管土钉宜采用外径不小于48mm，壁厚不小于3mm的钢花管，沿土钉长每隔0.2～0.8米设置倒刺和对开孔，对开孔孔径宜为10mm左右；5.3.2.7 钢管土钉内端头宜制成锥形；5.3.2.8 钢管土钉接长宜对接焊接，接头处应拚焊不少于3根φ16的加强筋。

喷射砼面层的构造要求应符合以下规定：喷射砼面层厚度宜为 ～ ，喷射砼设计强度等级不低于 ；喷射砼面层中应配以钢筋网，钢筋网可采用 级钢筋，钢筋直径宜为 ～ ，钢筋网间距宜为 ～ ；钢筋网搭接长度应大于 ；喷射砼面层与土钉钢筋（钢管）的连接，应在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短钢筋，并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强钢筋相互焊接；对于重要的工程或支护面层受有较大的侧压时，宜将土钉做成螺纹端，通过螺母、钢垫板与面层连接。