土釘支護技術在邊坡支護工程中的應用研究

趙亮

摘要：為了對土釘支護技術在邊坡支護工程中的應用情況和應用優勢進行研究，本文介紹了土釘支護的工作原理，以某邊坡工程為研究對象，對土釘支護施工技術的要點和優勢進行詳細探究，并進行實時數據監測。取得了較好的支護效果。研究結果表明：對土體開挖以及邊坡支護施工中，土釘支護效果較好，具有施工方式便捷，工期短，施工成本比較低、支護效果好、對周邊環境影響較小等優勢。

關鍵詞：邊坡；土釘支護；支護原理；支護施工

1.引言

為保證邊坡、地下結構施工及基坑周邊環境的安全，需對邊坡、基坑側壁及周邊環境采取支擋、加固與防護措施。常見的支護形式有：擋墻、排樁式錨桿擋墻、樁撐、樁錨、地下連續墻支護、水泥擋土墻、逆作拱墻、鋼筋混凝土排樁等[1]；不同的支護形式適應于不同的水文地質條件和邊坡、基坑情況，因此，要根據具體問題，具體分析，從而選擇經濟適用的支護形式。

土釘支護是一種用于邊坡加固的擋土技術或者用于深基坑開挖支護的技術[2]，是一種十分重要的支護結構形式，能夠有效利用土體自身強度，在原位土體外力以及自重的影響下，改善土體受力[3]。對邊坡支護中土釘支護要點進行深入研究意義重大。

國內外有較多學者對土釘支護結構進行研究并取得許多的成果。在國外，土釘支護結構是基于加筋土墻、新奧法和錨桿擋土墻而發展起來的。在我國，土釘支護結構是基于新奧法的原理發展起來的。目前對土釘支護結構的研究包括理論研究和試驗研究，理論分析主要采用了有限元法和解析法，以及根據工程經驗總結的方法，試驗研究方法主要包括室內模型墻試驗、離心模型試驗和現場試驗等。在工程實踐中，則有對土釘墻進行信息化施工監測，測定土釘墻施工過程中的土體水平位移、土壓力及土釘應力的變化情況[4]。

相較與其他邊坡支護方式，土釘支護具有施工操作便捷、材料用量和工程量少，施工設備輕便，操作方法簡單、對場地土層的適應性強、成本較低。本文以某邊坡工程為研究對象，對土釘支護方案、施工技術的要點進行詳細探究，對土釘支護進行實時數據監測，研究土釘支護方法和優勢。

2.土釘支護的工作原理

土釘支護是在基坑開挖坡面，用機械鉆孔或洛陽鏟成孔，孔內放鋼筋，并注漿，在坡面安裝鋼筋網，噴射一定厚度的混凝土，使土體、鋼筋與噴射混凝土面板結合形成的一種擋土支護結構[2]。土釘支護通常由三個部分組成，即土釘、面層和防水系統。

由于土體抗剪強度比較低，因此可直接忽略抗拉強度，在自然環境中，存在使土保持直立的臨界高度，如果超過這個深度或者在超載及其他荷載的影響下將發生突發性的整體破壞。對此，在邊坡土體加固施工中，應采用適宜的支擋結構形式，有效承受側壓力作用，同時避免其進一步變形。一般的支護措施是基于支護邊坡被動支護體系，以擋土結構承受后土的側壓力，防止土體發生整體穩定性破壞。土釘支護結構則是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘，與土體共同作用，彌補土體自身強度不足。因此，通過增強邊坡土體自身穩定性的主動制約機制，不僅有效地提高了土體整體剛度，而且改善了邊坡變形和破壞性狀，顯著提高了整體的穩定性[4]。

傳統的支擋結構均基于被動制約機制，即以支擋結構自身的強度和剛度，承受其后的側向土壓力，防止土體整體穩定性破壞。土釘支護有別于這類支護形式的作用機理，它是以一定程度的土體變形為代價，在土釘產生拉力從而約束土體的進一步變形的主動支護形式。土釘支護結構中土釘、土體與噴射混凝土面層作為一個共同體，彌補了土體自身抗拉、抗剪強度之不足，提高了復合土體的整體剛度，使土體的自身結構強度潛力得到充分發揮，并有效地改變了邊坡變形和破壞形態。

3.土釘支護技術應用優勢

在土釘支護施工中，要求充分利用土體結構自穩定性，一邊開挖施工，一邊設置土釘，施工流程如圖1所示：第一，通過利用土體自穩能力，進行第一級開挖施工，如圖1（a）所示；第二，設置第一道土釘，如圖1（b）所示；第三，對土釘設置位置進行灌漿施工，當灌漿達到一定強度要求后，即可進行第二級開挖施工，如圖1（c）所示；第四，設置第二道土釘，如圖1（d）所示。在實際施工中，根據不同邊坡支護施工項目及工程地質條件，逐級進行邊坡開挖，并及時設置土釘。

在邊坡支護施工中，土釘支護的應用優勢包括以下幾點：（1）在土釘支護技術的應用中，通常土釘桿體為低強度鋼筋（鋼管），在和土體的共同作用下，通過鋼筋混凝土面層進行整體連接，大大地提高了邊坡的整體穩定性。（2）通常情況下，土釘被動受力，隨著開挖深度的增加，邊坡結構會發生一定變形，在土體變形中，土釘可產生拉力，因此，土釘支護結構位移大于超前擋土結構支護。（3）在土釘支護技術的實際應用中，要求分層開挖，分層支護，這樣一定程度上保障了施工的安全性。（4）邊坡支護技術類型比較多，其中，土釘支護技術的應用成本比較低，因此應用范圍廣泛。（5）與地下連續墻、排樁等支護施工技術相比，土釘支護施工操作便捷，并且對于施工設備的要求比較低。

4.土釘支護設計工程實例

4.1工程地質概況

在某基坑工程施工中，邊坡施工區域地形起伏比較大，地面橫坡在32°～60°之間，在邊坡施工中，根據1∶0.35坡比進行開挖施工，形成高度為9m～15m的邊坡。該邊坡施工場地地質構造單一，主要為褶皺地質，通過現場勘查，施工場地地層主要為板巖，發育兩組垂直節理，節理間距為50cm，延展性比較差。另外，邊坡巖土構成是由風化板巖以及薄層粉砂巖組成的。

4.2邊坡變形破壞形式

通過對該施工區域邊坡地質構造進行現場勘查，邊坡結構的變形破壞形式主要有兩種，即崩塌以及滑坡：（1）崩塌。該邊坡巖體的風化深度比較大，并且垂直節理發育，因此邊坡表層容易發生崩塌地質災害。（2）滑坡。該邊坡受到風化以及節理切割的影響，巖體結構強度比較低，通過對邊坡滑移的破壞形式進行分析，滑坡上不拉裂形式為直線形，經碎裂巖體切層后呈弧線狀，如圖2所示。

4.3邊坡支護方案

（1）在邊坡支護設計中，要求對邊坡變形進行有效控制，不僅需綜合考慮邊坡整體結構穩定性，同時還應采取有效措施保證邊坡開挖施工中的穩定性。綜合考慮本工程實際情況以及施工技術條件，選用土釘支護施工技術，通過設置土釘，使其潛在破裂面，能夠避免發生滑坡事故，另外，還可在坡面掛網進行混凝土噴射加固施工，能夠避免發生坍塌事故。在本工程施工現場進行拉拔試驗，對土釘結構粘結強度進行分析，能夠為支護設計和施工提供參考。

（2）在邊坡開挖施工中，為了減少土方開挖施工量，對于邊坡，可以1∶0.35放坡，土釘采用？25mm和？28mm螺紋鋼筋，土釘長度在6.0m～12.0m之間，設置9排土釘，采用梅花形布置形式，間距為1.3m。在該邊坡支護施工中，斷面布置形式如圖3所示。

（3）在邊坡土釘支護施工中，為了能夠及時根據施工現場對施工參數進行優化調整，在本工程施工中，選擇3個斷面對施工參數和效果進行監測，在3個斷面中需安裝土釘軸力測力計，選擇4排土釘，對土釘軸力進行監測分析，土釘軸力為Li-j；坡面位移測點為B1。

（4）為了確保測點長期穩定，同時保證測試結果的準確性，對于土釘軸力以及噴層后土壓力，可分別應用鋼鉉式鋼筋應力計以及鋼式土壓力盒進行監測，另外，對于坡體位移，可采用DM-SZ型光電測距儀以及J2經緯儀組成速測儀進行監測。施工現場各類監測設備的布局形式如圖4所示。

4.4邊坡土釘支護監測結果

邊坡結構穩定性的影響因素比較多，包括支護參數、不同土層穩定性參數、開挖深度、支護時間等，同時，在邊坡開挖施工中，不同開挖深度的水平位移也會對邊坡穩定性產生較大影響。在該邊坡支護施工中，第2排土釘軸力變化監測結果如圖5所示，邊坡坡面各測點位移監測結果如圖6所示。

在邊坡開挖以及支護施工中，通過對施工現場進行監測，從圖6可知，在開挖施工中，水平位移不斷增加，在上一步支護施工完成后，在下一步開挖面暴露時，水平位移比較大，位移量在2.2mm～4.2mm之間。在對邊坡坡體中部進行開挖施工時，水平位移增加量明顯，其中，邊坡上部位移量在6.3mm～16.8mm之間。為了保證邊坡開挖施工安全性，要求及時對設計方案以及施工方案進行優化調整，避免對邊坡結構穩定性造成不良影響。在本工程施工中，邊坡上部土釘長度為12.0m，根據施工現場監測結果，將土釘長度增加為13.0m，同時在每次開挖施工中，原開挖深度為3.0m，后減小至1.5m，能夠有效減少邊坡開挖支護施工中的水平位移量，進而提升坡體結構穩定性。

5.結語

本文結合實例，對土釘支護技術在邊坡支護施工中的應用方式和優勢進行了詳細探究，并對土釘支護進行實時數據監測，主要得出以下結論：

（1）在邊坡治理方案設計中，應注意保住中部，同時提升坡腳穩定性，在邊坡開挖中，應及時進行支護施工，對每層開挖深度進行有效控制。（2）本工程邊坡地質條件為軟弱巖質，地層破壞形式比較復雜，主要受邊坡開挖施工順序、開挖深度等因素的影響，因此，要求采取有效的支護施工方式。因此，采用破裂面形式，在土釘支護施工中，對施工現場進行監測管理，及時對施工參數進行優化調整，適當增加邊坡中部土釘長度，能夠有效保證邊坡結構穩定性。（3）土釘支護作為邊坡支護中最常見的支護方法，具有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、對場地土層的適應性強、結構輕巧，柔性大，有很好的延性、施工所需的場地較小、成本較低等優勢。

參考文獻：

[1]吳華偉，尉立基，章海明.土釘支護結構設計參數對路塹邊坡穩定性的影響[J].北方交通， 2020（03）：68-72.

[2]楊育文.土釘支護理論與設計[J].巖土力學， 2019， 40（S1）：118.

[3]郭瑋.土釘支護結構的工作原理和工程應用研究[D] .浙江大學， 2006.

[4]黃梅.復合土釘墻在深基坑工程中的應用.現代商貿工業[J]， 2020.（17）：192-193.