土釘墻支護在地鐵明挖基坑中的應用

文/薛家蓬 中鐵工程設計咨詢集團濟南院　山東濟南　250022

土釘墻支護在地鐵明挖基坑中的應用

文/薛家蓬 中鐵工程設計咨詢集團濟南院山東濟南250022

土釘墻支護適用于場地條件比較開闊、土質較好、周邊對變形要求不嚴的明挖車站，相對于其他明挖圍護形式，具有施工進度快，工程造價低等顯著優勢，具有良好的社會和經濟效益。

土釘墻；土釘承載力；拓展應用

一、土釘墻的概念

土釘墻（Soil Nail Wall）是一種原位土體加筋技術。它是由鋼筋制成的土釘置于地層之中，并通過全長注漿的方式使土釘與地層結合成整體，并在表面鋪設一層鋼筋網，再噴射一層混凝土面層和土方邊坡相結合的加固型支護施工方法，以起到約束土層變形、加固邊坡的作用。

二、土釘墻的優缺點

（一）優點

1.土釘墻充分利用自身的強度及自穩能力，和土體形成復合體，顯著提高邊坡整體穩定性。

2.施工設備簡單，施工所需的場地小，在基坑工程中已經應用多年，累積了豐富的工程經驗，工藝成熟。

3.土釘墻可在無構件超前支護的情況下直接開挖的坑底，施工工作面開闊。

4.土釘墻成本費較其他支護結構顯著降低，根據資料分析，土釘墻的造價比其他類型的圍護結構低20%～30%。

5.施工速度快，效率高，施工噪音及振動小，不影響環境。

（二）缺點

1.變形較大，土釘墻屬于柔性支護，需要在土體發生一定變形后，才能充分發揮其抗力，當基坑變形要求嚴格時，不適宜使用土釘支護。

2.土釘支護一般作為臨時支護使用，若作為永久支護使用，需考慮腐蝕等耐久性問題。

3.土釘支護對開挖深度有一定的要求，當開挖深度大于10米時，可考慮放坡開挖或和其他支護形式相結合，形成復合型土釘墻支護方式。

4.土釘墻的設置應充分考慮地下水對土體自穩性的影響，必要時采取降水措施，或采用止水帷幕等輔助措施。

三、土釘承載力計算

目前國內用于工程實踐的土釘拉力計算方法主要是采用土壓力法，使用的規范分別是：《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012、《基坑土釘支護技術規程》CECS 96：97、《土釘支護技術規范》GJB 5055-2006。

以《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012為例簡要，介紹土釘承載力計算方法：

1.土釘的抗拔承載力滿足一下規定

≥

2.土釘的軸向拉力標準值公式如下：

=ζ

3.坡面傾斜時的主動土壓力折減系數ζ公式如下：

4.土釘的軸向拉力調整系數，可按下式計算：

5.單根土釘的極限抗拔承載力應滿足以下規定：

1）單根土釘的極限抗拔承載力應通過抗拔實驗確定。

2）單根土釘的極限抗拔承載力標準值可按下式估算（見圖5.1），但應通過抗拔實驗進行驗證：=π

圖5.1　土釘抗拔承載力計算

1─土釘；2─噴射混凝土面層；3─滑動面

6.土釘桿體的受拉承載力應符合下列規定：

≤

以上為土釘桿體受拉承載力計算方法，公式中各參數詳細取值及規定見《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012中的5.2章節中內容，土釘墻整體穩定性驗算這里不做介紹。

四、土釘墻支護在地鐵明挖基坑中的應用及注意事項

以大連地區為例，大連地質情況復雜，上部土層承載力較差，全風化、強風化板巖節理裂隙發育，下部為中風化板巖、輝綠巖、石灰巖，屬于上軟下硬地層。針對土質較好、場地開闊、周邊對變形要求不嚴的明挖車站及附屬結構基坑多采用土釘墻支護。

土釘墻設計工程中需要注意以下幾點：

1.土釘墻的坡比不宜大于1:0，當基坑深度較深、土的抗剪強度較低時，宜采取較小坡比；

2.土釘水平及豎向間距宜為1m～2m；當基坑深度較深、土的抗剪強度較低時，土釘間距應取較小值；

3.土釘打設的傾角宜為5°～20°，多采用15°。土釘長度按各層土釘受力均勻、各土釘拉力與相應土釘極限承載力的比值相近的原則確定；

4.土釘成孔直徑宜取70mm～120mm，宜選用HRB400、HRB500鋼筋，鋼筋直徑宜取16mm～32mm，注漿材料可采用水泥漿或水泥砂漿，其強度不宜低于20MPa；

5.土釘拉力是與土釘的設置過程有關的，先設置的土釘相應會承擔較多的荷載，而后設置的土釘會承擔較小的荷載，圖4.1所示在施工過程中土釘最大拉力分布包絡線，這種中間長，上下短的土釘布置形式目前工程中應用較多。

圖4.1　最大土釘力沿基坑深度分布示意圖

圖4.2　土釘支護位移示意圖

6.土釘墻支護在開挖后會產生水平位移和地面沉降，當上部土釘設置較強時，水平位移可能會下移，地面沉降一般靠近基坑邊較大，見圖4.2。當基坑周邊環境對變形控制要求較高時，可采用復合型土釘墻支護。

五、土釘墻支護的拓寬應用

單一的土釘墻支護應用范圍有限，當增加微型樁、攪拌樁、預應力錨桿等形式成為復合土釘墻后，可滿足不同的地質條件和工程要求。

對于自穩能力差的，在基坑開挖前設置垂直的超前支護結構，常用的超前支護有攪拌樁、微型鋼管樁等（圖5.2、圖5.3、圖5.5）；當土釘墻支護在地下水豐富的底層使用時，可增加止水帷幕的方法加以解決（圖5.4、圖5.5），以下為常見復合土釘墻的應用形式簡圖。

圖5.1　預應力錨桿+土釘支護簡圖

圖5.2　微型樁+土釘支護簡圖

圖5.3　預應力錨桿+微型樁+土釘支護簡圖

圖5.4　預應力錨桿+止水帷幕+土釘支護簡圖

圖5.5　預應力錨桿+微型樁+止水帷幕+土釘支護簡圖

結語：

在基坑工程中，土釘墻支護已經應用多年，積累了豐富的工程經驗，與其他圍護形式相比，有施工進度快，工程造價低等顯著優勢，從而使社會和經濟效益最大化。

【1】深基坑支護技術指南.北京：中國建筑工業出版社2012

【2】深基坑圍護設計與實例解析.北京：機械工業出版社 2013

【3】地下工程設計施工手冊.北京：中國建筑工業出版社 1999

【4】JGJ 120-2012建筑基坑支護技術規程.北京：中國建筑工業出版社2012

【5】GB 50330-2013建筑邊坡工程技術規范.北京：中國建筑工業出版社2012