多方面探讨深基坑工程施工中土钉支护技术的应用

周昌海

（甘肃瑞临建设工程有限公司）

1 引言

随着社会的发展，高层建筑、地铁、桥梁等工程的修建量越来越大，因此，深基坑的应用也越来越广泛。基坑的支护技术与建筑工程的安全有着密切的联系，必须加强对深基坑支护技术的研究。深基坑结构的支护类型有很多，本文就土钉支护技术展开多方面的探讨。

2 土钉支护技术的特点以及工作原理

2.1 特点

土钉支护作为最常用的深基坑支护方式具有以下特点：

（1）施工中使用的设备简单、操作方便，不需要占用较大的场地，因此成本比较低。并且在使用过程中产生的噪音和震动比较少，不会给工作环境带来较大的不利影响。

（2）一边挖一边支护，即土方开挖与土钉支护同时进行，不需要单独占用施工工期，不会对边坡土体产生过大的扰动，也不会对周围建筑产生不良影响，可以加快施工速度。

（2）安全性高，土钉制作非常简单而且数量很大，如果某个土钉出现质量问题不会对整体结构产生较大的影响。并且在边挖边支的过程中，施工人员可以随时根据土质及土体的变形程度，改变土钉之间的距离以及土钉的长度，并且一旦出现安全事故，可以立即采取加固措施，防止更大的安全事故的发生。

（3）对不良的土质具有很强的适应性，特别是土层与风化程度不同的岩体同时存在时，应用此技术更好。

虽然土钉支护在应用中展示出了自身许许多多的优点，但是它也有不足之处：

（1）在施工结束后，它不能被回收再利用。

（2）对地下水位有要求，要求地下水位必须低于开挖面，若高于开挖面，会由于渗流作用引起开挖面的坍塌，使施工过程变的复杂。

2.2 工作原理

土体具有抗拉强度几乎为零，且抗剪强度比较低，但是具有结构整体性的特点，在基坑开挖的时候，土体存在着一个使边坡保持直立不坍塌的临界高度，如果开挖的深度超过这一高度时，土体将发生整体性破坏。因此，在开挖时，需要采取支护措施。

土钉支护是在土体内每隔一定距离放置一个一定长度的土钉，土钉与土体两者共同工作，相互作用，形成复合土体，该复合土体与原状土的强度和刚度相比都得到了提高。土钉是主动加固，它与土体相互之间的作用，对土坡破坏形态也具有一定的改变作用，能够大大地提高土坡的稳定性。并且采用土钉支护可以避免突发式破坏形式的发生。

在复合土体中，土钉的作用有：①起到箍束骨架的作用，它制约着土体的变形，使复合土体构成整体。②是起到分担的作用，共同承受外荷载以及土体的自重应力。③起到应力传递与扩散的作用，使开裂区域的形成以及发展得到一定程度的延迟。④对坡面的变形起到一定的约束作用。

3 土钉支护技术的适用范围以及工作性能

3.1 适用范围

适用于具有比较低的地下水位的边坡，要求地下水位在开挖面以下，对于土质情况的要求不是很高，适用于黄土、杂填土、粉土以及粘性土等土质。在软土的基坑支护中也有比较多的应用，例如在上海、武汉、杭州等地方。此外，土钉支护在岩体边坡的加固中也有了较多的应用。

3.2 工作性能

3.2.1 变形性能

（1）在土体开挖的过程中，土体的位移随的施工日期的增加也呈现不断增加的趋势，当开挖完成后，土体的变形基本趋于稳定的状态。土体的水平位移在支护顶面处的值最大，随着深度的不断增加，水平位移原来越小。由于开挖的影响，开挖面以下的土体也会产生一个较小的变形。

（2）支护面的位移在不同的土质中的变化情况也不相同，在匀质的土体中，位移随着高度的变化呈现线性变化的趋势。在非均质的土体中，最大位移可能产生在下部位置中。

（3）在一般情况下，支护面的最大水平位移不超过支护高度或者开挖深度的0.3‰，并且土钉的长度对位移也有比较重要的影响，为了减少基坑的变形，可以采取适当的增加土钉长度的措施。

（4）如果土钉的设置地水平，可以起到很好地约束土体的侧向变形的作用，如果土钉的设置向下倾斜，会增加土体的水平位移，并且土钉的刚性越大，土体的最大水平位移就越小。

（5）与素土体边坡的破坏状态相比，土钉支护具有明显不同的破坏状态。前一种边坡产生了明显的破坏面，属于脆性破坏。后一种边坡没有产生明显的破坏面，属于渐进性破坏。

3.2.2 受力性能

（1）不同的土体位置，支护面层背后的侧土压力的大小也不相同，在中间处，压力最大，在底部和顶部的压力比较小。土钉拉力之和远远大于支护面层所受到的土压力之和。

（2）土钉在土体内部，如果土体不产生变形，那么土钉就不会受到力的作用，只有当土体产生变形时，土钉才开始发挥其强度。

（3）随着土钉长度的变化，土钉的拉力也随之发生变化。随着开挖的进行，最大的拉力产生的位置逐渐向里面转移，一般情况下，最大拉力在失稳破坏面上发生。如果土钉的长度比较短的时候，最大拉力通常发生在土钉的中间位置。

（4）土钉在土体中所处的位置不同，其最大拉力也不同，在土体中间位置的土钉的最大拉力最大，在上部和下部的土钉最大拉力比较小。土钉所受的力的大小除了与位移大小有关外，还与边坡的滑动趋势有关。在将要发生破坏的时候，位于底部的土钉的拉力明显增大，因此，在进行土钉布置时，底部的土钉的间距要比较密集。

（5）随着施工阶段与使用阶段的进行，土钉的拉力也逐渐发生变化，在施工阶段中，土钉的拉力以缓慢的速度逐渐增加，在开挖时，土钉拉力会突然发生变化；在使用阶段，土钉拉力不仅存在增加的现象，并且还存在损失的现象。

4 土钉支护技术的施工工艺以及施工过程中应注意的问题

4.1 施工工艺

4.1.1 基坑开挖

在土体进行开挖之前，必须要根据地质勘查报告和设计要求的有关规定选择合适的开挖方式，在选择分层方式开挖时，分层中每一层的厚度不能太大，并且需要边挖边支护。坡面必须做到平整，并且满足设计的要求

4.1.2 基层初次喷射

在已经挖好的坡面上，必须及时进行混凝土喷射，使表层发生固结，以避免倒塌事故的发生。混凝土的喷射厚度大约在30～50cm之间，必须分段且自下而上地进行喷射。

4.1.3 土钉成孔

成孔的直径在70～120mm之间，倾角向下，并且在15～200之间，成孔过程中所采用的方法和施工工艺要根据具体情况具体判断。成孔作业图如图1所示。

图1 成孔作业图

4.1.4 土钉的安设与注浆

隐蔽验收这项操作是在土钉安装之前必须进行的操作。将土钉安装完成后，不能进行随意地敲打，防止发生碰撞。常压灌注是土钉成孔灌注所经常采用的形式，浆液的水灰比要控制在0.4～0.45之间。必须在已经对孔位进行了冲洗，并且流出的水为清水之后，才能进行灌注这项操作，这样可以保证灌注的质量。在进行灌浆操时，必须将孔灌注满，避免形成空洞。

4.1.5 挂钢筋网

根据规范与图纸要求将钢筋网片绑扎好，绑扎钢筋通常选用直径为6～10mm的一级钢，绑扎的间距通常在200～300mm之间。并结钢筋网片与土钉的连接必须牢固可靠。4.1.6再次喷设混凝土面层

首先需要对钢筋网片的背面进行混凝土的喷射这项操作，目的是为了将网片后面的缝隙填掉，防止缝隙的出现。然后才可以对钢筋的表面进行喷射。喷射所选用的混凝土的含水率需要在5～7%这个范围内，并且需要控制好水灰比，以保证喷射的质量。并且喷射的厚度不能随意设定，需要按照设计要求合理选择。

4.1.7 混凝土墙体养护

为了使深基坑的支护具有良好的效果，必须对其加强养护，养护的次数每天至少要进行三次，并且至少需要进行14d的养护。

4.1.8 边坡监测

为了防止对周围建筑物产生影响以及防止边坡产生位移，必须对边坡和周围的建筑物进行严格的监测，保证基坑支护过程安全有序的进行，如果监测到数据产生比较大的变动，必须及时采取相应的措施。

4.2 需要注意的问题

4.2.1 要预先留设泄水孔，以减少边坡土体的水分

例如在对施工地段进行地质勘察的时候，如果没有发现地下的排污管道的存在，将引起渗漏并对土体产生了冲刷，导致深基坑的支护产生变形，最终引起事故的发生。因此，对于这一类的问题，要求勘察人员必须认真勘测，并在图纸上做记录，并且需要在土钉墙内预先留设泄水孔，防止土钉墙内产生积水。

4.2.2 需要对周边的环境加强监测

为了保证周边建筑物的安全性，在对深基坑进行支护的施工完成后，必须对基坑周围的建筑物进行严格的观测，并且在观测过程中必须做好记录，对于在雨季施工的工程，更要定时进行监测，如果监测数据发生比较大的波动，应当立即向设计单位汇报，并且根据现场的情况以及数据分析发生的原因，立即采取相应的补救措施。

5 结束语

随着深基坑的应用越来越多，对深基坑的支护技术进行研究也显得越来越重要。为了加强基坑的稳定性，提高建筑物的安全性，必须对土体进行支护，而土钉支护技术以其对于不同的土质具有良好的适应性以及经济方便等优点成为深基坑支护中最为常用的形式，并且它具有良好的发展前景，值得我们深入研究。