談土釘墻支護發展現狀

王龍祥

(河北中色華冠巖土工程有限公司，河北廊坊 065201)

隨著我國城市化進程的加快，人民對生活空間的需求量劇增，為了解決這一矛盾，大量高層或超高層建筑物和各種地下建筑物不斷出現，從而加速了基坑工程的發展。土釘墻支護具有造價低、施工簡單、安全性好、噪聲低、污染小等優點，被廣泛應用于基坑工程中［1］。但施工過程中對土釘墻支護的認識還不夠，常導致事故的發生。為此，有必要對土釘墻支護的支護形式和工作性能以及其存在的問題和發展方向進行概述。

1 概述

1.1 土釘墻定義

土釘墻具有“土”“釘”“墻”三個基本特征［2］，由土釘體、混凝土面層、原位土體及防排水系統構成，是一種擋土結構。其中土釘是主要的受力單元，它是一種細長的金屬桿件，一般為鋼筋。土釘墻支護是將這種金屬桿件預先插入鉆好的斜孔中，并進行全孔注漿封填，然后將土釘頂端焊接在鋼筋網，最后進行噴射混凝土面層而形成的一種支護形式。

1.2 土釘墻發展簡史

土釘墻支護最初出現于20世紀70年代初期的法國［2］，主要用于公路和鐵路的邊坡施工，隨后很快被用于基坑開挖的支護中。后來德國、美國、加拿大和英國先后將其用于基坑工程中。我國于20世紀90年代在較淺的基坑開挖時開始應用這種技術。與此前廣泛使用的地下連續墻和排樁相比，其造價低廉，施工快捷，成為了目前應用最廣的基坑支護形式之一［3］。

1.3 土釘墻適用范圍

土釘墻支護的適用范圍如圖1所示，適用于粘性土、粉土、雜填土、素填土、非松散的砂土和碎石土等土層。此外，土釘墻支護形式不適用于含有較大粒徑的卵石、碎石的土層和飽和軟粘土層，因為在這種地層中掏孔比較困難。對于基坑底部位于地下水位以下的條件應給予降水。特別值得注意的是當有上層滯水，上、下水道漏水，或有積水的化糞池、古井、防空洞等存在時，常會引起土釘墻結構的局部坍塌，要查清水的來源和分布，并妥善處理。

圖1 土釘墻支護應用范圍

2 土釘墻的支護形式及發展現狀

2.1 普通復合土釘墻

目前采用單一的土釘墻支護常常不能滿足施工的需求，所以常采用土釘墻與其他支護方法結合的形式，稱為復合土釘墻。這種支護技術以土釘墻支護形式為主體，以其他補強措施為輔助，提高了土體的穩定性，克服了單一傳統土釘墻支護的固有缺陷，擴大了土釘墻的適用范圍，具有廣闊的應用前景。經過這幾年的發展，復合土釘墻的支護形式多種多樣，其中基本的構造設計有以下四種:1)土釘墻+預應力錨桿;2)土釘墻+微型樁+預應力錨桿;3)土釘墻+止水帷幕+預應力錨桿;4)土釘墻+止水帷幕+微型樁+預應力錨桿。

2.2 鋼管樁復合土釘墻支護

在一些特殊的基坑中，尤其是基坑外側地下水位高于基底的工程中，因為地下水的影響，很難預成孔，因此產生了打(壓)入式鋼管土釘工藝，即采用專用設備將鋼管打入或壓入土體中，不需成孔，并在鋼管內插入注漿管進行壓力注漿，通過預先在鋼管壁上留下的小孔，使漿液擴散在周圍土體中，從而形成注漿體，類似于加固工程中的水泥注漿加固工藝。鋼管式土釘解決了特殊土層中土釘成孔的困難，且經濟成本不高［4］。但是鋼管樁復合土釘墻支護也存在一些缺點，與鋼筋土釘相比，因鋼筋土釘是先行成孔，故在不塌孔的前提下，注漿體成型較好，基本呈規則的圓柱體，經過壓力注漿后與土體接觸緊密，可以很好的產生摩擦力;而鋼管式土釘是直接進入土層，通過管壁上預留的小孔將漿液擠入土體，由于無法控制漿液的走向，漿液進入土體后在土層的最松散薄弱處分布，導致注漿體成型不規則，與土體接觸面很少，可能出現鋼管局部甚至全部四周無漿的情況。對于鋼管樁復合土釘墻支護的應用和改進需要進一步研究。

2.3 毛竹復合土釘墻支護

我國南方盛產毛竹(見圖2)，該種植物繁殖力強、生長周期短且生長迅速，是一種綠色環保的可再生資源［5］。新伐的毛竹的纖維有很強的抗拉能力，雖然長期強度因纖維老化腐蝕會逐漸降低，但其短期強度相對來說比較穩定［6］。毛竹的這種特性正符合建筑物基坑的臨時支護的特性。以毛竹作為新型土釘不會對相鄰的構筑物的施工造成較大的困擾。毛竹復合土釘墻支護就是以毛竹取代鋼制土釘，用竹篾網取代鋼筋網，與基坑坡腳的毛竹排樁一起構成的復合土釘墻支護結構［7］。與普通復合土釘墻相比，用毛竹代替鋼筋和水泥是復合可持續發展戰略的要求，滿足了國家對環境保護的要求，毛竹復合土釘墻支護形式是一種綠色環保的新技術，值得推廣與進一步研究。

圖2 我國南方盛產的毛竹

3 存在的問題及發展方向

1)土釘墻的施工結合開挖過程，是一種動態的支護過程。在理論上，目前還未能完全的研究透徹土釘的作用機理［8］，并且由于是隱蔽工程，因此存在很多不確定的巖土參數。為大限度保證基坑的穩定性和安全性，設計人員一般會提高土釘墻的安全系數，這就造成了材料的浪費。

2)對土釘墻的計算模型也有很多值得探討之處。有些基坑規范上，土壓力的計算仍然選用三角形土壓力分布模型計算，或者根據以往經驗計算，這與實際測出的土壓力相差較大。

3)利用各種分析建模軟件對土釘墻的變形分析也是目前比較常用的方法［9］。用軟件來進行模擬分析雖然會與實際工程有些出入，總有一些理想化的邊界條件，但是為土釘墻變形的理論分析提供了可靠的依據。

4)土釘設計中對面層的工作原理的認識不夠，工程中測出的面層土壓力和面層的設計有著極大的差別［10］。面層土壓力會對基坑變形和應力分布產生影響，因此，對土釘墻的另一個重要研究就是對面層的工作原理的研究。

5)毛竹復合土釘墻是一種低耗能環保的支護結構，還具有優于傳統土釘墻的優勢，具有良好的發展勢頭。土釘墻與其他各種支護形式復合使用是未來土釘墻支護形式的主要發展方向。

4 結語

土釘墻支護造價低廉，施工快捷，是目前應用最廣的基坑支護形式之一，土釘墻的施工工藝、加筋機理和設計計算也是巖土工程中的一個重要問題。本文介紹了土釘墻支護的概念與發展，評價了土釘墻現存的各種形式，并指出了土釘支護存在的問題和發展方向，以期給土釘墻支護的實際應用提供依據。