土釘墻支護技術在基坑工程中的應用

王起敬

摘 要：土釘墻支護是通過土釘技術的加固使其成為一個復合擋土結構。盡管該技術應用較為廣泛，但其理論研究卻落后于工程實踐，特別是對于土釘支護軟弱巖質邊坡工程的研究則更少，因此，本文通過分析土釘墻支護的特點，針對邊坡支護的機理，從施工材料及機具的準備，到施工工藝及質量控制的相關技術進行探討，以期充分發揮土體的空間支護作用，使邊坡位移和變形及時得到約束限制。

關鍵字：土釘墻支護；邊坡；材料；施工工藝、質量控制

1 土釘墻支護的特點

土釘墻支護法，以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度，變土體荷載為支護結構體系一部分。噴射混凝土在高壓氣流的作用下高速噴向土層表面，在噴層與土層間產生“嵌固效應”，并隨開挖逐步形成全封閉支護系統；噴層與嵌固層同具有保護和加固表層土，使之避免風化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落，以及隔水防滲等作用。土釘的特殊控壓注漿可使被加固介質物理力學性能大為改善并使之成為一種新地質體，其內固段深固于滑移面之外的土體內部，其外固端同噴網面層聯為-體，可把邊壁不穩定的傾向轉移到內固段及其附近并消除。鋼筋網可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調整噴層與土釘內應力分布。

2 土釘墻邊坡支護的機理

土釘墻加固與傳統的護坡和擋土墻支撐機理不一樣，土釘墻在邊坡的一定范圍內形成了一個加固區，由于很密的土釘錨桿的作用，滑移面不可能出現在加固區，只能產生于非加固區，從而使滑移面遠離邊坡，達到穩定邊坡的目的，加固區的整體穩定，包括加固區抗傾覆與抗滑移問題，用增加加固區的寬度和底排土錨桿打成向下傾斜穿過滑移面等措施來解決，土釘墻通過下述幾個方面的綜合作用使邊坡周邊土體形成加固區。

2.1 錨固作用

密布的錨桿與砂漿柱體相結合對周圍土體產生有效的錨固作用，限制了砂漿柱體周圍的土體變形。①土釘不需要施加預應力，而是在土體發生變形后使其承受拉力工作；②土釘支護在邊坡中比較密集，起到了加筋的作用，提高了土的強度，為被動受力機制。由于土釘在全長范圍內與土體接觸，其荷載傳遞沿整個土體進行。

2.2 土釘漿孔對土體的擠密作用

由于土釘錨桿的密度比較大，擠密作用的影響也較大，使加固區的土體比非加固區土體密度大。密集的土釘與土釘之間土形成復合土體，其結構類似重力式擋土墻，個別土釘的破壞不會使整個結構的功能完全喪失。

2.3 護坡作用

土釘墻的面層不是主要受力結構，其主要作用在于保持土體的局部穩定性。在公路邊坡治理中，土釘墻的面層還起到防止沖刷、防止雨水滲入坡體影響邊坡穩定性的重要作用。

2.4 土釘受力及規模

一般錨桿長度在15～45m之間，直徑較大，錨桿所承受的荷載可達400kN以上，某些預應力錨索設計荷載更可達3000kN。其端部的構造較土釘復雜，以防止面層沖切破壞；而土釘長度一般為3～10m，漿體直徑100 mm左右，一般不提供很大的承載力。單根土釘受荷一般在100kN以下，面層結構較簡單，利用小尺寸墊板及掛網噴射混凝土即可滿足要求。

目前國內土釘支護結構主要用在建筑基坑支護上，用于公路邊坡支護的較少。這主要是因為基坑深度不大，一般不超過20m。但是山區，道路路塹邊坡很高，原來的力學平衡破壞嚴重，產生的滑坡推力每延米可達1000kN以上，采用土釘支護結構則難以滿足要求。對于一些滑坡推力小的土石質路塹邊坡，仍可采用土釘支護，既節省投資，也能縮短工期，具有明顯的優勢。一些缺乏穩定性的高路堤或擋土墻也可以采用土釘支護加固，但還有待于我們改進土釘支護技術，使其優點發揮在整個邊坡支護中。

3 土釘墻邊坡支護的施工材料及機具

3.1 原材料

土釘鋼筋使用前應拉直、除銹、涂油；選用P·032.5普通硅酸鹽水泥；采用干凈的中粗砂，含泥量小于5％；采用干凈的圓礫，粒徑2～4 mm；使用速凝劑，應做與水泥相容性試驗及水泥漿凝結效果試驗。

3.2 施工機具

土釘成孔機具根據土質和現場環境條件選用(沖擊鉆、螺旋鉆、風槍或洛陽鏟等)能完成設計要求的有效機具；注漿泵選用孔口壓力大于0.1MPa的泥漿泵；混凝土噴射機應密封良好，輸送連續均勻，輸送水平距離不小于60m，垂直距離不小于10m；空壓機應滿足噴射機工作壓和耗風量的要求；攪拌方法采用現場人工拌和或混凝土攪拌機攪拌。

4 土釘墻邊坡支護的施工工藝

土釘墻的施工流程為：挖土→整理坡面→初噴→打孔眼→插桿→灌注→掛網→復噴。

4.1 開挖整理坡面

土釘支護是分層進行的，因此挖土深度不能超過設計深度，同時要保證坡角達到設計要求的78°～80°，坡面平整光滑，坡角未達到設計要求的則要進行專門修整。

4.2 初噴

為使挖好的坡面不產生垮塌，凡挖好的坡面需立即進行混凝土噴射，以使表層固結。其混凝土材料的配合比為水泥：石子=1.5:1.5，水灰比=0.5～0.6。

4.3 鉆孔

采用人工機械一起作用的方法，鉆孔下傾角度為15°～25°，采用風鉆的方法進行，人工挖工用的是洛陽鏟，兩人一組。

4.4 插桿與灌漿

成孔后按設計要求插入直徑中22mm加筋桿，加筋桿每1.5m焊接直徑110mm的扶正環，起導正作用。在插筋的同時，用加筋桿將注漿管(直徑1.5in)帶進離孔底0.3m的地方，然后進行灌注，注漿材料的配合比為水泥：砂子=1:2。水灰比=0.4～0.5。孔內一定要灌滿，不能形成空洞和孔隙。

4.5 掛網

上道工序完工后，按設計要求，將直徑中6mm的鋼筋，按30cm×30cm的網距焊接，固定于坡面之上；同時，在危險坡上的土釘之間用金屬件(如槽鋼等)連接在一起，以進一步加強支護強度。

4.6 復噴

掛網后，整個坡面復噴混凝土，其噴射厚度達到設計要求。

5 土釘墻邊坡支護的施工質量控制

5.1 原材料控制

采購的各種材料必須滿足規范及設計要求，必須選擇清潔、堅硬、耐久的材料，禁止使用含有達到有害量的廢物、泥、鹽類、有機物等的不合格材料；選擇的混合劑不能對水泥的凝固、水化作用產生有害的影響。

5.2 施工工藝控制

土釘孔眼的位置必須根據受噴面實際情況和設計布置。作土釘用的鋼筋，使用前須除銹矯直，安裝位置距孔眼中心，鋼筋插入深度不得小于設計要求的90%，安裝后不得敲擊、碰撞。灌漿用的砂漿應拌和均勻，隨用隨拌，孔眼在灌漿前用風吹凈，灌漿時從孔底開始，連續均勻的進行。掛鋼筋網前必須將坡面清理平順使鋼筋網緊靠坡面鋼筋網與土釘的聯接必須牢固可靠。噴射混凝上的配合比必須經試驗確定噴射混凝上宜隨拌隨用。分層噴射混凝土時后層混凝土應在前層混凝土終凝后進行，如超終凝1小時以上時，則受噴面必須用水、風清洗；噴頭應與受噴面垂自其間距以0.6-1.2m為宜。噴頭應連續、緩慢橫向移動噴射厚度應均勻。噴射混凝土施工終凝2h后及時進行濕潤養護，養護時間不得少于l4天。

結束語

土釘墻施工成功解決了基坑邊坡的強度及穩定性問題，保證了施工的安全。此外，由于土釘墻能充分利用土體的自承能力的特點，與噴錨支護相比，其造價低，施工方便。因此在條件允許的情況下，采用土釘墻支護，可以大大節省投資。土釘墻施工周期短，與挖土同時進行，很少占用獨立工期。挖土與土釘支護都分層分塊施工，充分發揮土體的空間支護作用，并在開挖后幾個小時內封閉，使邊坡位移和變形及時得到約束限制。

參考文獻

[1]YB9258-97，建筑基坑工程技術規范[S]．

[2]曾憲民，李世丁，王作民．土釘支護設計與施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2002．