土釘墻技術(shù)概述土釘?shù)倪m用地層及可行性評價土釘支護的應用范圍及優(yōu)缺點土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護方法的比較土釘?shù)墓ぷ鳈C理土釘支護的結(jié)構(gòu)參數(shù)土釘墻的設計內(nèi)容土釘墻的設計步驟土釘墻設計的一般原則土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析土釘墻施工土釘墻技術(shù)概述1概述土釘墻是由被加固土體、錨固于土體中的土釘群和面板組成，形成類似于重力式的擋土墻，以此來抵抗墻后傳來的土壓力或其他附加荷載，從而保持土體的穩(wěn)定。組成：土體+土釘+面層面層：鋼筋網(wǎng)+噴射砼土釘：注漿型打入型射入式概述土釘墻是由被加固土體、錨固于土體中的土釘群和面板組成，形2概述土釘墻的發(fā)展國外：上世紀70年代，德國、法國我國：1980年開始山西柳灣煤礦邊坡穩(wěn)定上世紀80年代北京工業(yè)大學插筋補強上世紀90年代初在北京國家體委辦公樓等試點1991年以后陸續(xù)使用目前比較成熟，支護深度達到21m概述土釘墻的發(fā)展3概述土釘墻的施工步驟開挖上層土體到一定深度然后設置土釘并構(gòu)筑混凝土面層繼續(xù)向下開挖并重復上述步驟，直到所需深度概述土釘墻的施工步驟4土釘?shù)倪m用土層及可行性評價土釘支護適用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黃土及雜填土，當場地同時存在砂、粘土和不同風化程度的巖體時，應用土釘支護特別有利。當存在地下水時，地下水應低于土坡開挖段，否則應進行降水處理。當用于粘結(jié)力很差或處于軟塑狀態(tài)的土體，應首先進行預注漿加固處理。對標貫擊數(shù)小于10的砂土邊坡，采用土釘法一般不經(jīng)濟。對不均勻系數(shù)小于2的級配不良的砂土，不能采用土釘支護；對塑性指數(shù)IP>20的土，必須詳細評價其蠕變特性，當蠕變性很小時，才能將土釘用作永久性支護。土釘不適應在腐蝕性土中作為永久性支護。土釘支護深度一般不宜超過12m，當場地土層特別好時，可放寬到14～16m土釘?shù)倪m用土層及可行性評價土釘支護適用于有一定粘性的砂土、粘5土釘支護的應用范圍與優(yōu)缺點土釘支護的應用范圍很廣，主要有：土體開挖時的臨時支護、永久擋土結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有擋土結(jié)構(gòu)和支護的修理、改建和搶險加固等。土釘支護的優(yōu)點：材料用量和工程量少，施工速度快。施工設備輕便、操作方法簡單。對場地土層的適用性較強。結(jié)構(gòu)輕巧、柔性大、有良好的抗震性能和延性安全可靠，信息化施工程度高經(jīng)濟。一般土釘支護比灌注樁可節(jié)約造價1/3～2/3土釘支護的應用范圍與優(yōu)缺點土釘支護的應用范圍很廣，主要有：土6土釘支護的應用范圍與優(yōu)缺點土釘支護的缺點和局限性：需要較大的地下空間土釘支護的變形較大。土釘屬柔性支護，其變形大于預應力錨撐支護，當對基坑變形要求嚴格時，不宜采用土釘支護土釘不適宜在軟土及松散砂土地層中應用土釘支護如果作為永久性結(jié)構(gòu)，需要專門考慮銹蝕等耐久性問題。

土釘支護的應用范圍與優(yōu)缺點土釘支護的缺點和局限性：7土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護方法的比較土釘與錨桿：二者的工作機理不同，錨桿一般施加預應力，在其末端的錨固段內(nèi)作為受力段與周圍土體接觸，提供錨固力。土釘一般不施加預應力或加很小的預應力，土釘只有在土體發(fā)生變形后才能被動受力，土釘受力沿長度分布也是不均勻的，一般是中間大、兩頭小，并且在主動區(qū)和抗力區(qū)內(nèi)土釘疊加后使土釘自身趨于力平衡狀態(tài)，因此土釘面層不屬于主要受力構(gòu)件，它的主要作用是穩(wěn)定開挖面上的局部土體，防止其塌落和受到侵蝕。同時錨桿的數(shù)量遠少于土釘，土釘依靠群體起作用，在施工精度和質(zhì)量要求上沒有錨桿那樣嚴格。土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護方法的比較土釘與錨桿：二者的工8土釘與錨桿的受力比較圖土釘與錨桿的受力比較圖9土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護方法的比較土釘墻與加筋擋土墻：土釘支護屬于土體加筋技術(shù)中的一種，其形式與加筋擋土墻類似，但土釘施工是從上到下分段邊挖土邊支護，而加筋土則與之相反，從下而上分層施工，因此二者受力狀態(tài)相差較大。再者加筋桿件一般水平設置，而土釘則與水平面有一定的夾角。土釘墻與抗滑樁：抗滑樁的直徑一般大于土釘，因而起到抗滑擋土的作用，只要抗滑樁不被剪斷，就能保持土坡的穩(wěn)定，抗滑樁主要發(fā)揮抗剪作用。而土釘直徑較小，起不到擋土的作用，土體破壞時可繞過土體繼續(xù)滑動，而土釘則不需要被剪斷，土釘只要不被拔出就能繼續(xù)工作，因而土釘主要發(fā)揮抗拉作用。土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護方法的比較土釘墻與加筋擋土墻：10土釘?shù)墓ぷ鳈C理擋墻的被動制約機制：防止土體坍塌破壞的傳統(tǒng)方法是用擋土結(jié)構(gòu)支護法，依靠擋土結(jié)構(gòu)自身強度、剛度、支撐條件及嵌入深度形成抗力維持穩(wěn)定，其作用是利用外部支擋形成的抗力被動地支擋要下滑破壞的邊坡土體。土釘墻是在土體內(nèi)設置一定長度與分布密度的鋼筋，與土體共同工作，以彌補土體自身強度的不足，增強土坡坡體自身的穩(wěn)定性，屬于主動制約支擋體系。試驗表明，采用土釘后的邊坡比天然土坡的承載力提高一倍以上。采用土釘支護后邊坡的變形發(fā)展階段有：彈性變形階段、塑性變形階段、漸進變形階段和破壞階段。而天然邊坡則沒有漸進變形開裂階段，而由塑性變形進入破壞階段，其失穩(wěn)形式為突發(fā)性滑塌。土釘?shù)墓ぷ鳈C理擋墻的被動制約機制：防止土體坍塌破壞的傳統(tǒng)方法11土釘?shù)墓ぷ鳈C理土釘墻的作用機理主要有以下三點：復合土體作用：土釘與土共同作用，共同承擔外荷載和土體自重應力，形成了強度較高的復合土體。由于土釘有較高的抗彎、抗剪、抗拉強度，當土體變形進入塑性變形階段后，應力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，這樣就減少了土體中的應力集中，避免了塑性區(qū)的進一步擴大，提高了土體的承載力。類重力墻的作用：由于土釘數(shù)量眾多，間距較小，土釘與土的共同作用使之形成了類重力式復合土體擋墻，以抵抗土體側(cè)壓力，保持土體穩(wěn)定。土拱作用：受土釘約束，鄰近土釘?shù)耐馏w變形較小，離土釘較遠的土體變形較大，土釘與釘間土形成了土拱作用，保持釘間土的穩(wěn)定。土釘?shù)墓ぷ鳈C理土釘墻的作用機理主要有以下三點：12主動約束機制與被動約束機制a—開挖前的彈性平衡狀態(tài)；b—開挖卸荷造成的剪切破壞；

C—被動支擋提供側(cè)向平衡力——被動制約；

d—內(nèi)部補強提供側(cè)向約束——主動制約；主動約束機制與被動約束機制a—開挖前的彈性平衡狀態(tài)；b—開挖13土釘支護的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有4個參數(shù)指標：長度比L/H，L為土釘長度，H為支護高度或土體挖深；粘結(jié)比D×L/A，D為孔徑，A為每一土釘名義上承擔的土體豎向面積，即為水平間距和豎向間距的乘積；強度比d2/A，d為土釘鋼筋直徑，如果土釘和釘孔為非圓斷面，則以鋼材面積相等來確定等效d，并以粘結(jié)面積相等來確定等效D；性能比δ/H，δ為支護土體向外移動的最大水平位移，發(fā)生在支護面層頂端上。土釘支護的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有4個參數(shù)指標：14土釘墻的設計內(nèi)容確定土釘墻的平面、剖面尺寸及分段開挖深度確定土釘?shù)牟贾梅绞胶烷g距確定土釘?shù)闹睆?、長度、傾角及在空間的方向確定土釘鋼筋的類型、直徑和構(gòu)造注漿配比、注漿方式設計混凝土面板設計及坡頂防護設計進行整體和內(nèi)部穩(wěn)定性分析施工圖設計監(jiān)測、質(zhì)量控制與保證設計土釘墻的設計內(nèi)容確定土釘墻的平面、剖面尺寸及分段開挖深度15土釘墻的設計步驟（1）根據(jù)邊坡高度、土質(zhì)條件及工程性質(zhì)，初步確定土釘墻的結(jié)構(gòu)尺寸、土釘布置方式和間距，分段開挖深度；（2）根據(jù)現(xiàn)場抗拔試驗結(jié)果、土壓力分布、土抗剪參數(shù)，并結(jié)合已往經(jīng)驗，確定土釘類型尺寸、土釘直徑和長度；（3）進行內(nèi)部穩(wěn)定性分析，包括不同開挖階段、不同位置處沿最危險破裂面的滑坡破壞、土釘本身的強度破壞，拔出破壞以及噴射混凝土面板的破壞等；（4）進行外部穩(wěn)定性驗算。把土釘視為擋土墻，進行抗滑、抗傾、底部地基承載力驗算；（5）進行第（3）、（4）項的穩(wěn)定性驗算，如不滿足，修改（1）、（2）項的設計內(nèi)容。重復上述過程直到取得滿意結(jié)果。（6）進行施工圖設計、構(gòu)造設計及質(zhì)量控制設計。土釘墻的設計步驟（1）根據(jù)邊坡高度、土質(zhì)條件及工程性質(zhì)，初步16土釘墻的一般原則（1）土釘墻一般用于高度在15米以下的基坑和邊坡，常用高度為6~12米，坡角70～90度。（2）土釘長度一般為：注漿式土釘為0.5～1.0H，打入式土釘為0.5～1.2H。（3）土釘一般均勻布置在坡面中，為使土釘與周圍土體形成一個組合整體，土釘間距不宜過大。對注漿式土釘，間距一般為1～2m，對打入式土釘，間距一般為0.5～1.5m。土釘與水平面的夾角一般取為5～20度。（4）土釘鋼筋為Ⅱ級以上螺紋鋼筋，鋼筋直徑一般為φ16-32mm，常用φ22-25mm，鉆孔直徑一般為70-120mm，常用100-110mm。土釘墻的一般原則（1）土釘墻一般用于高度在15米以下的基坑和17土釘墻的一般原則（5）土釘面層不是主要受力構(gòu)件，并不需很厚，一般滿足構(gòu)造要求即可。通常用50～100mm厚的噴射混凝土加鋼筋網(wǎng)組成，混凝土強度應在C18以上。土釘與面層應進行連接。對于永久性土釘支護，面層混凝土厚度至少取150～250mm。（6）土釘墻施工是分層開挖的，每層的開挖厚度一般與土釘垂直間距相同，或允許超挖20～50cm。（7）注漿材料常用水灰比不大于0.5的水泥漿，用常壓注漿或用0.5MPa的壓力注漿，當土層較差抗拔力達不到要求時，可采用二次注漿。土釘墻的一般原則（5）土釘面層不是主要受力構(gòu)件，并不需很厚，18土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析關(guān)于土釘墻的設計方法有很多種，按其基本原理可分為極限平衡方法和有限元方法。目前在工程上多采用極限平衡分析法，如法國圓弧形破裂面方法、德國雙線性破裂面方法、運動學方法、王步云方法、Bridle方法等。關(guān)于土釘設計方法，目前還沒有一個公認統(tǒng)一的計算方法。這里主要介紹一些較為成熟的方法，如王步云方法、Bridle方法和圓弧滑動分析法等。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析關(guān)于土釘墻的設計方19土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析（1）土釘長度：抗拔試驗表明，當土釘長度達到一倍坡高時，再增加長度對承載力無顯著提高。因此，初選土釘長度為：L=mH+S0，其中，m為經(jīng)驗系數(shù)，取0.7～1.0；H為土坡垂直高度；S0為止?jié){器長度，一般為0.8～1.5米。

（2）土釘鉆孔直徑及間距布置：土釘鉆孔直徑dh可取為110～200mm，按（6～8）dh初選土釘間距，且應滿足：Sx×Sy=K1

dhL。其中，Sx、Sy分別為土釘水平、垂直間距，K1為注漿工藝系數(shù)，取1.5～2.5。（3）土釘鋼筋直徑：土釘鋼筋直徑db按下式計算：

db

=（20～25）×10-3×Sx×Sy，其中，間距單位為m，db單位為mm。有時計算結(jié)果偏大，則上式可修改為：

db

=20×10-3×（Sx×Sy）1/2。一、王步云方法土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析（1）土釘長度：抗拔試驗表明20土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析

（4）土釘內(nèi)部穩(wěn)定性分析①土釘抗拉斷裂極限狀態(tài)驗算：在面層土壓力作用下，不使土釘端部產(chǎn)生過量的伸長或屈服，應滿足：

式中：fy為鋼筋抗拉強度設計值；Ei為第i層單根土釘作用范圍內(nèi)面層上的土壓力，Ei=q0SxSy。驗算時，應取最大值。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析（4）土釘內(nèi)部穩(wěn)定性分析21土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析②土釘抗拔出驗算：為使土釘不被拔出，應滿足：

式中：Fi為第i層土釘?shù)挠行у^固力；Lai為滑面外的土釘錨固段長度；Fs為抗拔出安全系數(shù)，取1.3～2.0；τ為土釘與土的界面摩阻強度，無實測值時，可用τ=c+γhtgφ。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析②土釘抗拔出驗算：為使土釘22土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析

Bridle方法只適用于均質(zhì)土，并且假定：滑動面為對數(shù)螺旋線，滑動面通過坡腳。根據(jù)不平衡力矩進行分析二、Bridle方法

王步云法和Bridle方法只適用于均質(zhì)土，王步云法假定破裂面距坡面的距離為0.3H，對軟土可能不安全，并且上部土釘計算拉力值可能偏低。對北京地區(qū)而言，用王步云方法則偏于保守。Bridle方法假設條件較多，計算出的土釘拉力呈上小下大分布規(guī)律，與實測結(jié)果不符，并且算出的釘長偏短。因此，在設計時常采用圓弧滑動法。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析Bridle方法只適用23土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析

該方法是一種分析邊坡滑動的經(jīng)典方法，適用于多層土、任意超載及有地下水的情況，滑弧經(jīng)搜索確定，無任何限定條件。土釘主要以受拉為主，因此在進行分析時，只考慮土釘提供的拉力作用。三、圓弧滑動法土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析該方法是一種分析邊坡滑24土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析如圖所示，由土體重力產(chǎn)生的抗滑力矩和滑動力矩分別為：土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析如圖所示，由土體重力產(chǎn)生的抗滑力25土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析如圖所示，設第j根土釘產(chǎn)生的有效抗拔力為Tj，其可進一步分解為Tnj和Ttj，且由它們產(chǎn)生的抗滑力矩為Mrj土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析如圖所示，設第j根土釘產(chǎn)26土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析根據(jù)瑞典條分法原理，考慮釘土相互作用的圓弧滑動安全系數(shù)為：式中：n、m分別為總土條數(shù)和總土釘數(shù)。這種方法考慮了釘土間的相互作用，是一種值得提倡的好方法。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析根據(jù)瑞典條分法原理，考慮27土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析除進行整體穩(wěn)定性驗算外，還應進行土釘抗拔力驗算，為簡化計算，破裂面采用如圖所示形式，如單根土釘不被拔出，則應滿足下式：根據(jù)力矩平衡條件，總抗拔力驗算采用下式：

土釘設計的計算步驟為：輸入初始釘長、傾角、間距等參數(shù)，驗證Fs、KR是否滿足要求，若不滿足，修改參數(shù)，直到滿足為止。土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析除進行整體穩(wěn)定性驗算外，28土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析除進行整體穩(wěn)定性驗算和土釘抗拔驗算外，還應進行混凝土面板強度驗算和土釘墻穩(wěn)定性驗算及土釘墻變形分析。土釘墻設計的兩個重要原則：

土釘密度比土釘長度更重要注漿（加壓）效果比土釘鋼筋更重要土釘墻的設計方法及穩(wěn)定性分析除進行整體穩(wěn)定性驗算和土29土釘墻施工土釘墻適合于地下水位以上或經(jīng)排降水措施后的雜填土、普通粘土和非松散砂土邊坡，一般認為，土釘墻適用于N值在5以上的砂土和N值在3以上的粘性土。土釘根據(jù)施工方法可分為鉆孔注漿型、打入型和射入型，后兩種需要專門的施工機械，且土釘長度一般不超過6.0m，鉆孔注漿型土釘是在成孔后放入鋼筋等構(gòu)件，再向孔內(nèi)注漿，形成與周圍土體密實粘合的土釘，最后在坡面上鋪設面網(wǎng)，并噴射混凝土，組成土釘墻面。土釘墻施工土釘墻適合于地下水位以上或經(jīng)排降水措施后的雜填土、30土釘墻施工施工前準備施工前調(diào)查施工組織設計鉆孔鉆孔機具的選擇必須滿足土釘墻的鉆孔要求，堅硬粘土和不易塌孔的土層，可以選用地質(zhì)鉆機、螺旋鉆機和土錨專用機，也可使用洛陽鏟人工成孔鉆孔前必須進行定位，其水平向誤差100mm，垂直向誤差50mm，傾角誤差2度孔深不得小于設計長度，不宜大于設計長度的1％安放土釘桿體前，應確認成孔質(zhì)量符合要求施工步驟土釘墻施工施工前準備施工步驟31土釘墻施工土釘桿體組裝、安放使用Ⅱ、Ⅲ級鋼筋作桿體鋼筋應平直、除油、除銹接頭采用焊接，長度為30d，但不小于500mm，并排鋼筋也要采用焊接桿體軸向間隔1.0～2.0米設置一個對中支架，注漿管、排氣管與桿體綁扎牢固注漿采用普通硅酸鹽425＃、525＃水泥，一般