土釘墻歷史發(fā)展

土釘墻國外起源

一是20世紀50年代形成的新奧地利隧道開挖方法（New Austrian Tunnelling Method），簡稱新奧法（NATM）；二是20世紀60年代初期最早在法國發(fā)展起來的加筋土技術(shù)。70 年代，德國、法國、美國、西班牙、巴西、匈牙利、日本等國家?guī)缀踉谕粫r期各自獨立開始了現(xiàn)代土釘墻技術(shù)的研究與應用 。

國際上有詳細記載的第一個土釘墻工程是1972 年法國在凡爾塞附近的一處鐵路路塹的邊坡支護工程，德國1979 年在斯圖加特建造了第一個永久性土釘墻工程，美國有詳細記載的一個工程是1976 年在俄勒岡州波特蘭市一所醫(yī)院擴建工程的基礎(chǔ)開挖。1979 年巴黎地基加固國際會議之后，由于各國信息交流，改變了以前各自獨立研究狀態(tài)，使得土釘墻技術(shù)得到迅速發(fā)展和應用，1990 年在美國召開的擋土結(jié)構(gòu)國際學術(shù)會議上，土釘墻作為一個獨立的專題與其它支擋形式并列，成為了一個獨立的地基加固學科分支。

土釘墻國內(nèi)起源

一是國外的土釘墻技術(shù)，二是在國內(nèi)地下工程中應用廣泛的噴錨技術(shù)。有記載的首例工程是山西太原煤礦設(shè)計院王步云1980 年將土釘墻用于山西柳灣煤礦的邊坡支護。

90 年代以后國內(nèi)深基坑工程大規(guī)模興起，有學者嘗試著將土釘墻技術(shù)用于基坑，了解到的首例工程為1991 年胡建林等人完成的金安大廈基坑，位于深圳市羅湖區(qū)文錦南路，周長約100m，開挖深度6~7m。半年后（1992 年）開挖深度達12.5m的深圳發(fā)展銀行大廈基坑采用土釘墻獲得成功，引起了巖土工程界的極大興趣與廣泛重視。之后土釘墻技術(shù)異軍突起，得到了廣泛而迅猛的應用與研究。90 年代中期以后，多個國家、行業(yè)及地方規(guī)范標準的相繼出臺，使土釘墻技術(shù)得到了進一步的普及與提高。

土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性，在基坑開挖時，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個深度或有地面超載時將會發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護坡措施均基于支擋護坡的被動制約機制，以擋土結(jié)構(gòu)承受其后的土體側(cè)壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎(chǔ)的復合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。

（1）基坑支護技術(shù)規(guī)程規(guī)定土釘墻墻面坡度不宜大于1:0.1

（2）土釘必須和面層有效連接，應設(shè)置承壓板或加強鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強鋼筋應與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接；

（3）土釘?shù)拈L度宜為開挖深度的0.5~1.2倍，間距宜為1~2m，與水平面夾角宜為5度~20度；

（4）土釘鋼筋宜采用HRB335、HRB400級鋼筋，鋼筋直徑宜為16~32mm，鉆孔直徑宜為70~120mm；

（5）土釘墻注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低于M20；

（6）土釘墻噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為6~10mm，間距宜為150~300mm，噴射混凝土強度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；

（7）土釘墻坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應大于300mm。

土釘墻基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地，基坑深度一般是在15米以內(nèi)；當?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，應采取降水或截水措施；土釘墻墻頂應采用砂漿或混凝土護面，坡頂和坡腳應設(shè)排水措施，坡面上可根據(jù)具體情況設(shè)置泄水孔。

土釘墻圍護結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)特征：由土釘與噴錨混凝土面板兩部分組成；

支撐材料：由土釘及鋼筋混凝土面板構(gòu)成支撐；

受力特征：由土釘構(gòu)成支撐體系，噴錨混凝土面板構(gòu)成擋土體系；

適用條件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、雜填土及非松散砂土、碎石土。

(1)合理利用土體的自穩(wěn)能力，將土體作為支護結(jié)構(gòu)不可分割的部分，結(jié)構(gòu)合理；

(2)結(jié)構(gòu)輕型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破壞前有變形發(fā)展過程。1989 年美國加州7.1 級地震中，震區(qū)內(nèi)有8 個土釘墻結(jié)構(gòu)估計遭到約0.4g 水平地震加速度作用，均未出現(xiàn)任何損害跡象，其中3 個位于震中33km 范圍內(nèi)。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 級大地震中，據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路塹或路堤采用土釘或錨桿結(jié)構(gòu)支護的道路尚保持通車能力，土釘或錨桿支護結(jié)構(gòu)基本沒有破壞或輕微破壞，其抗震性能遠遠高于其它支護結(jié)構(gòu) ；

(3)密封性好，完全將土坡表面覆蓋，沒有裸露土方，阻止或限制了地下水從邊坡表面滲出，防止了水土流失及雨水、地下水對邊坡的沖刷侵蝕；

(4)土釘數(shù)量眾多靠群體作用，即便個別土釘有質(zhì)量問題或失效對整體影響不大。有研究表明：當某條土釘失效時，其周邊土釘中，上排及同排的土釘分擔了較大的荷載；

(5)施工所需場地小，移動靈活，支護結(jié)構(gòu)基本不單獨占用空間，能貼近已有建筑物開挖，這是樁、墻等支護難以做到的，故在施工場地狹小、建筑距離近、大型護坡施工設(shè)備沒有足夠工作面等情況下，顯示出獨特的優(yōu)越性；

(6)施工速度快。土釘墻隨土方開挖施工，分層分段進行，與土方開挖基本能同步，不需養(yǎng)護或單獨占用施工工期，故多數(shù)情況下施工速度較其它支護結(jié)構(gòu)快；

(7)施工設(shè)備及工藝簡單，不需要復雜的技術(shù)和大型機具，施工對周圍環(huán)境干擾??；

(8)由于孔徑小，與樁等施工方法相比，穿透卵石、漂石及填石層的能力更強一些；且施工方便靈活，開挖面形狀不規(guī)則、坡面傾斜等情況下施工不受影響；

(9)邊開挖邊支護便于信息化施工，能夠根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及開挖暴露的地質(zhì)條件及時調(diào)整土釘參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異?；?qū)嶋H地質(zhì)條件與原勘察報告不符時能及時相應調(diào)整設(shè)計參數(shù)，避免出現(xiàn)大的事故，從而提高了工程的安全可靠性；

(10)材料用量及工程量較少，工程造價較低。據(jù)國內(nèi)外資料分析，土釘墻工程造價比其它類型支擋結(jié)構(gòu)一般低1/3～1/5。

1 土釘墻施工前應先檢測路塹橫斷面，凈空合格后方能進行土釘墻施工。

2 土釘墻應按“自上而下，分層開挖，分層錨固，分層噴護”的原則組織施工，并及時掛網(wǎng)噴護，不得使坡面長期暴露風化失穩(wěn)。

3 施工前應按設(shè)計要求進行注漿工藝試驗、土釘抗拉拔試驗，驗證設(shè)計參數(shù)，確定施工工藝參數(shù)。

4 土釘鉆孔時，嚴禁灌水。釘孔注漿應采用孔底注漿法，確保注漿飽滿，注漿壓力宜為0.2MPa。

5 土釘墻施工時應按設(shè)計要求制作支撐架。

6 掛網(wǎng)材料為土工合成材料時，應采取妥善的防曬措施，防止土工合成材料老化。掛網(wǎng)前應清除坡面松散土石。

7 坡腳墻基坑施工應盡快完成，同時應采取措施防止基坑被水浸泡。

8 噴射混凝土前應進行現(xiàn)場噴射試驗，確定施工工藝參數(shù)。

9 噴射作業(yè)應自下而上進行，噴層厚度大于7cm時，應分兩層噴射。噴射過程中應采取有效措施保證泄水孔不被堵塞。

10 土釘墻所用砂、石料、水泥、粉煤灰、礦物摻和料、外加劑、鋼筋應符合本標準第10.1.14條的規(guī)定。

11 土釘墻所用的土工合成材料的品種、規(guī)格、質(zhì)量應符合設(shè)計要求。進場時應進行現(xiàn)場驗收，并對其技術(shù)性能進行檢驗。

12 土釘孔的布置形式、土釘長度應符合設(shè)計要求。土釘墻鉆孔施工時，嚴禁灌水。

13 土釘孔錨固砂漿強度等級應符合設(shè)計要求。釘孔注漿應采用孔底注漿法，確保注漿飽滿。注漿壓力宜為0.2MPa。

14 網(wǎng)的規(guī)格尺寸、網(wǎng)與土釘?shù)倪B接應符合設(shè)計要求。

15 噴射混凝土強度等級應符合設(shè)計要求。

16 噴射混凝土面層厚度在每個斷面上60﹪以上不應小于設(shè)計厚度，且厚度最小值不應小于設(shè)計厚度的一半；同時，所有檢查孔的厚度平均值，不應小于設(shè)計厚度值。

17 泄水孔施工質(zhì)量、墻后反濾層構(gòu)造、墻基坑開挖、墻身混凝土強度、腳墻模板、沉降縫（伸縮縫）預留與塞封應符規(guī)定。 2100433B

土釘墻鉆孔注漿型

先用鉆機等機械設(shè)備在土體中鉆孔，成孔后置入桿體（一般采用HRB335 帶肋鋼筋制作），然后沿全長注水泥漿。鉆孔注漿釘幾乎適用于各種土層，抗拔力較高，質(zhì)量較可靠，造價較低，是最常用的土釘類型。

土釘墻直接打入型

在土體中直接打入鋼管、角鋼等型鋼、鋼筋、毛竹、圓木等，不再注漿。由于打入式土釘直徑小，與土體間的粘結(jié)摩阻強度低，承載力低，釘長又受限制，所以布置較密，可用人力或振動沖擊鉆、液壓錘等機具打入。直接打入土釘?shù)膬?yōu)點是不需預先鉆孔，對原位土的擾動較小，施工速度快，但在堅硬粘性土中很難打入，不適用于服務年限大于2 年的永久支護工程，桿體采用金屬材料時造價稍高，國內(nèi)應用很少。

土釘墻打入注漿型

在鋼管中部及尾部設(shè)置注漿孔成為鋼花管，直接打入土中后壓灌水泥漿形成土釘。鋼花管注漿土釘具有直接打入釘?shù)膬?yōu)點且抗拔力較高，特別適合于成孔困難的淤泥、淤泥質(zhì)土等軟弱土層、各種填土及砂土，應用較為廣泛，缺點是造價比鉆孔注漿土釘略高，防腐性能較差不適用于永久性工程。

土釘墻不僅應用于臨時支護結(jié)構(gòu)，而且也應用于永久性構(gòu)筑物，當應用于永久性構(gòu)筑物時，宜增加噴射砼面層的厚度并適當考慮其美觀，土釘墻的應用領(lǐng)域主要有：

（1） 托換基礎(chǔ)；

（2） 基坑支擋或豎井 ；

（3） 斜坡面的擋土墻 ；

（4） 斜坡面的穩(wěn)定；

（5） 與錨桿擋墻結(jié)合作斜面的防護。

鉆孔注漿型土釘墻系逐層向下開挖方式，每一臺階高度為1～2米，在施工土釘桿、面層噴射砼期間，坡段處無支撐狀態(tài)下需能保持自立穩(wěn)定，因此主要適用于：

（1） 有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結(jié)的砂土邊坡。

（2） 適用于地下水位低于開挖層或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖標高的情況。

（3） 對于標準貫入擊數(shù)（N）低于10擊的砂土邊坡采用土釘法一般不經(jīng)濟。

（4） 對于朔性指數(shù)Ip>20的土，必須注意仔細評價其蠕變特性后方可采用。

（5） 對于含水豐富的粉細砂層，砂卵石層土釘法是不行的。

（6） 不適用于沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥土層，流朔狀態(tài)的軟粘土保持成孔時的孔壁的穩(wěn)定比較困難且界面摩阻力很低，技術(shù)經(jīng)濟效益不理想，因此也不宜采用。

（7） 土釘不適宜在腐蝕性土如煤渣、煤灰、爐渣、酸性礦物廢料等土質(zhì)作永久性支擋結(jié)構(gòu)。

土釘墻支護作用原理

土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性，在基坑開挖時，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個深度或有地面超載時將會發(fā)生突發(fā)性的整體破壞。一般護坡措施均基于支擋護坡的被動制約機制，以擋土結(jié)構(gòu)承受其后的土體側(cè)壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎(chǔ)的復合土體。不僅有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。

土釘墻支護作用機理

土釘在復合土體內(nèi)的作用有以下幾點：

（1） 土釘對復合土體起箍束骨架作用制約土體變形并使復合土體構(gòu)成一個整體。

（2） 土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘起分擔作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強度，所以土體進入塑性狀態(tài)后，應力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，土釘分擔作用更為突出。

（3） 土釘起著應力傳遞與擴散作用推遲開裂區(qū)域的形成和發(fā)展。

（4） 坡面變形的約束作用，在坡面上設(shè)置的與土釘在一起的鋼筋網(wǎng)噴射砼面板限制坡面開挖卸荷而膨脹變形，加強邊界約束的作用。