[摘要] 本文以浩庭花园二期工程的基坑支护工程为实例，介绍了土钉墙在浩庭花园二期工程基坑支护工程的设计和施工中的具体应用，得出了采用土钉墙支护结构在比较经济的前提下，不但满足了深基坑整体稳定要求，而且能有效控制基坑边坡的变形的结论。
[关键词]土钉墙? 土钉 深基坑
1 前言
土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或 喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99 正式定名为土钉墙 。
20世纪70年代，德、法、美等国就开始了土钉墙的研究和运用，我国首次应用土钉技术是20世纪80年代在山西柳湾煤矿边坡稳定工程中。土钉支护是在土体内放置一定长度和密度的土钉体，与被加固土体、混凝土护面固结后而共同工作，以弥补并增强土体的强度，限制其位移，增强坡体的稳定性。其特点主要有：①与土体、混凝土护面三者形成复合加固带，提高边坡的整体稳定性和承受坡顶超载的能力；②施工工期短，设备简单，占地小，空间大；③本身变形小，对邻近建筑物和地下管线影响小；④施工噪音和振动小、防腐性好； ⑤安全可靠、经济性好。据国内九项土钉工程经济分析表明：与开挖深度在10m内的锚杆墙方案比较，成本费用可节省30 %～50 %。土钉支护适用于地下水位低于土坡开挖段，或经降水后的地下水位低于开挖层的有一定粘聚力的在边坡开挖的短时间内能保持稳定的土体。目前主要运用于：①托换基础；②竖井或基坑的支护；③斜坡面的挡土墙；④斜坡面的稳定；⑤与锚杆相结合作斜坡面的防护等领域。
2 土钉墙设计(工程实例)
某基坑支护工程位于北京市朝阳区百子湾南路化工设备厂路东南侧，基坑全长约达430m(如图1），由地勘报告可知，地层变化差别较大，见表1。
表1? 场区地性特征一览表
编号 |
土层名称 |
厚度（m） |
重度? （kN/m3） |
内聚力C（kpa） |
内摩擦角φ(°) |
摩阻力( kPa) |
| |
杂填土 |
1.00 |
18.00 |
10.00 |
15.00 |
20.00 |
| |
素填土 |
1.00 |
18.00 |
15.00 |
15.00 |
30.00 |
| |
砂质粉土 |
2.00 |
20.00 |
15.00 |
30.00 |
60.00 |
| |
细砂、中砂 |
2.50 |
20.00 |
0.00 |
28.00 |
65.00 |
| |
砂质粉土～砂质粉土 |
3.20 |
20.00 |
20.00 |
20.00 |
55.00 |
| |
细、中砂 |
2.60 |
20.00 |
0.00 |
32.00 |
70.00 |
图1 基坑边坡地质剖面位置划分图
2.1复合土钉墙支护设计方案
因场地比较狭窄，且场地南侧有学校、厂房。因此基坑开挖不允许有较大的放坡，必须采取边坡支护措施。根据场地工程地质条件、土层力学计算指标及周围建筑物情况，先后考虑了各种支护方案，决定采用以土钉墙支护技术为主的支护结构，土钉墙复合体可提高边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力,所用的施工设备简单,占用施工场地小,而且可随基坑开挖逐次分段实施作业。
(1)土钉形式选择—锚筋
通过钻孔注浆法施作的土钉，由于注浆比较充分，因此抗拔的能力比较大。只要地层能够成孔，应优先选择该类土钉。用钢筋作为土钉，多用二级钢。选择与地层情况相适应的土钉形式，确定土钉的长度、直径及其分布形式—水平间距Sh，和竖向间距Sv。
(2)土钉抗拉承载力计算[4]
单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求:
1.25γ0 Tjk ≤Tuj 式-1
式中，Tjk为第j根土钉受拉荷载标准值；
Tuj为第j根土钉抗拉承载力设计值。
(3)土钉墙整体稳定性验算[4]
土钉墙整体稳定性分析采用圆弧滑动简单条分法，计算模型见图2。
图2 土钉墙及边坡稳定分析计算简图
  式-2
式中 － 滑动体分条数；
滑动体内土钉数；
整体滑动分项系数可取1.3；
基坑侧壁重要性系数；
第i分条土重滑裂面位于粘性土或粉土中时按上覆土层的饱和土重度
计算；滑裂面位于砂土或碎石类土中时按上覆土层的浮重度计算；
第i分条宽度；
第i分条滑裂面处土体固结不排水快剪粘聚力标准值；
第i分条滑裂面处土体固结不排水快剪内摩擦角标准值；
第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；
土钉与水平面之间的夹角；
第i分条滑裂面处弧长；
计算滑动体单元厚度；
第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力。
土体的极限抗拉力按下式计算：
? Tnj= πdnj∑qsik lni 式-3
其中， lni为第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
2.2设计结果
2.2.1
以基坑2#楼与车库交接处 (3剖面)为例进行设计计算，此部位为直坡，设计采用土钉墙支护形式，设计结果如图3。
图3 基坑2#楼与车库交接处土钉墙支护结构设计立面图
土钉参数:
土钉墙面倾角90°(不放坡度)，从-6.420m至-10.420m设置2层土钉，土钉间距为1.5m×1.5m，呈梅花状布置。土钉倾角为100，钻孔直径φ110。主筋拉杆为1Φ18，每排土钉外配φ14加强筋与所有主筋端头相连。
面层参数:
喷射混凝土设计强度C20，设计配比为水泥∶砂∶碎石∶速凝剂=1∶2∶2∶0.03(重量比)，喷射厚度100mm；钢筋网Ф6@200mm×200mm，拉结筋Ф14，保护层厚度30 mm，另外为保证坡顶稳定，在坡顶做0.8m的钢筋混凝土翻边。
2.2.2
以南侧东端 (2剖面)为例进行设计计算，此部位基坑开挖较深，局部达到－13.17m，设计采用土钉墙支护形式，设计结果如图4。
图4 基坑南侧东端土钉墙支护结构设计立面图
土钉参数:
土钉墙面倾角76°(1：0.25坡度)，从地面至-10.12m设置6层土钉，土钉间距为1.5m×1.5m，呈梅花状布置。土钉倾角为100，钻孔直径φ110。主筋拉杆为1Φ18(20)，每排土钉外配φ14加强筋与所有主筋端头相连。
面层参数:
喷射混凝土设计强度C20，设计配比为水泥∶砂∶碎石∶速凝剂=1∶2∶2∶0.03(重量比)，喷射厚度100mm；钢筋网Ф6@200mm×200mm，拉结筋Ф14，保护层厚度30 mm，另外为保证坡顶稳定，在坡顶做0.8m的钢筋混凝土翻边(可以与坑外路面硬化层连接).
3 施工工艺
3.1 土钉墙施工
3.1.1工艺流程
土方开挖、修坡→成孔→制作土钉→初喷混凝土→挂网→焊接→终喷混凝土→养护
3.1.2成孔、注浆
土钉成孔机具采用洛阳铲，成孔直径120mm，倾角为10°左右，杆体上每隔2m焊定位支架1道，各排土钉均配置水平加强筋，待一批主筋都放入后，用注浆泵统一注浆，采用二次注浆工艺，注浆压力分别为0.5MPa和1.5MPa，注浆时采用底部注浆方式。
3.1.3挂网
面层钢筋网Ф6@200mm×200mm，钢筋网用U型短钉及T型长钉固定在坡面上，U型短钉采用Ф6长30cm，4个/㎡ ，T型长钉采用Ф16钢筋，长150cm，1个/㎡，钢筋网在每边的搭接长度至少一个网格边长，最底层钢筋网应插入坑底20cm以上。
3.1.4面层喷混凝土
面层喷射混凝土作业必须分片分段依次进行，喷射顺序自上而下，混凝土的强度等级为C20，粗骨料最大粒径不大于8mm；喷头与受喷面垂直，保持0.8～1.2m距离，确保混凝土表面平整，呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象，喷射混凝土的厚度误差不超过±3mm。
4? 结论
（1）在基坑深度超出10m,经验算满足基坑整体稳定要求的前提下,可采用土钉墙支护结构。
（2）在基坑坡度为90°时，亦可采用土钉墙支护，须严格注意分层施工。
参考文献
[1] 陈肇元，崔京浩．土钉支护在基坑工程中的应用(第二版)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000. 37~39.
[2] 叶观宝．地基加固新技术[M]．北京:机械工业出版社，1999.
[3] 吴睿等．软土水利基坑工程的设计与应用[M]．北京:中国水利水电出版社，2002．
[4] JGJ120-99．建筑基坑支护技术规程[S]．
[5] CECS96:97．基坑土钉支护技术规程[S]．
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