土钉墙在深基坑支护工程中的应用

随着我国国民经济的迅速发展，基础工程建设不断增加，正朝着高、大、重的方面发展。按构造和使用功能的要求，基础埋深随之不断增加，目前国内最深的建筑基坑埋深已达30米。同时随着城镇建设的发展，为缓解人口密集、土地紧张、交通拥挤、环境污染等引发的矛盾，地下空间的合理开发与有效利用已显得越来越重要，如地下停车场、地下公共交通通道已广泛用于国内大城市基础建设之中。鉴于以上情况，使得原并不突出的基坑支护、开挖问题成为这些工程实施中倍受关注的热点问题。因此，基坑支护、开挖与地下结构建造技术成为制约建设工程造价、质量和速度的一个重要因素，也反映了我国基础建设技术水平的高低。
　　土钉墙支护技术是一种通过原位土体加固、充分利用原位土体自稳能力的支护技术。土钉墙由原位土体、设置在土中的土钉与混凝土面层组成，该项技术起源于70年代，发展于80年代。90年代以来，该项技术已在我国成功地应用于非软土地基坑支护工程中，支护深度已达20米以上。利用水泥土桩止水组合式土钉墙支护技术，使该项技术能够应用在不降水的高水位地层。本文就土钉墙的工作机理、土钉抗拉、弯、剪作用、面墙刚度、土钉布置、土钉预紧力的问题以及在软土与高水位场地中的应用阐述观点。
　　土钉墙的工作原理
　　所谓土钉墙工作原理，就是土钉、面墙与原状土三者共同作用。通过土钉、面墙与原状土的共同作用，形成以主动制约机制为基础的复合体，具有明显提高边坡土体的结构强度和抗变形能力，减少土体侧向变形，增强整体稳定的特点。因此其性状主要由土钉与面墙接合程度、原状土体性状、坡顶荷载、开挖深度等因素综合确定，其中土钉的工作性状起决定性的作用。
　　土钉的作用有以下主要特点：
　　1、钉对复合土体起着箍束骨架作用，这是由土钉自身刚度与强度以及它在土体内的空间分布作用所决定的，他具有制约土体变形、增强复合土体整体性与稳定性性的作用。
　　2、土体分担荷载作用，这是由于土钉自身具有很高的抗拉、抗剪强度和刚度，所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。特别当土体开裂时，土钉将承担全部下滑土体重量，约束土体滑动，从而延缓复合土体塑性区的开展及渐近开裂面的出现。
　　3、土钉的应力传递与扩散作用，依靠土钉与土体的相互作用，土钉将所承受的荷载通过土体全长向土体深层传递及周围扩散，从而销弱复合土体的水平应力，改善复合土体的变形性能。
　　4、土钉对面墙的约束作用，土钉使面墙与土体紧密贴合，从而使面墙能够约束并限制土体的侧向膨胀变形量与开裂面的开展程度。
　　土钉墙的破坏特征主要由土钉的设置密度、长度、土钉的直径、土钉与土体的粘结强度、面墙的刚度、及面墙与土钉接合强度等因素决定。由于土钉和面墙的相互制约作用，导致复合土体整体稳定性能增强，因此土钉墙复合体破坏一般不发生连续破坏滑动面，但会出现不连续的竖向开裂，并在坡上端出现较大的水平位移。
　　土钉在土钉墙中的作用
　　土钉在土钉墙复合体中所起的作用实际是土钉的拉、剪、弯拉共同作用的结果。土钉的抗拔能力是最主要因素，起着主导性作用，伴随着土钉抗拔承载力的发挥，荷栽向土钉的集中、剪切变形的增加，土钉的抗弯、抗剪作用随之持续发挥出来，但作用有限，并且此时一般土钉已接近或达到抗拔破坏临界状态。因此，工程应用中为了简化计算，一般不再考虑土钉的抗弯和抗剪作用，这是偏于安全的。尽管如此，土钉的弯、剪作用对于限制或约束土体开裂面的连续开展及变形剧增、土坡突然失稳的作用是不可低估的，应进一步开展对其定性、定量方面的研究，使土钉墙的设计方法更加合理。
　　土钉的布置设计考试大论坛
　　土钉的布置设计包括土钉的分布密度、长度及倾斜度设计。土钉的密度设计主要是根据开挖土体的原状力学性能、开挖深度、变形要求等因素确定。随土钉的密度增加，土钉墙的工作性能愈接近重力式挡土墙的特征，破坏时明显带有平移及转动的特性。土钉长度除按一般要求进行设计计算外，还应根据土体实际受力特征一般从上至距基坑底一定距离（约1/3坑深），表现为随深度增加而增加，然后随深度增加而减少的现象进行钉长设计，同时还应考虑下段土钉对提高土坡稳定贡献大于上段、并随开挖深度的增加而明显增加的特征确定各部分的土钉长度。土钉的倾斜度对土钉的工作性状也有影响，对于有一定坡度的土钉墙，当设置水平土钉时，会造成土钉局部受压，反而会降低土体的抗滑能力。因此土钉的设置角度应与坡面垂直或向下倾斜一定角度为宜。
　　面墙设计要求考试大论坛
　　面墙的设计重点是对面墙的刚度及面墙与土钉的连接设计。对于不设置面墙的土钉复合体，其浅层滑移机理与不设土钉的相似。因此土钉墙设计中要求面墙必须具有一定的刚度，且能够与土钉紧密连接，能有效地限制土体侧向变形。当对土钉施加一定的预紧力（约1/10的设计荷载），土钉墙背即出现被动土压力，则土钉墙对土坡稳定的主动制约作用愈明显。
　　土钉墙技术在软土及高水位地层中的应用
　　由于在软土地层应用土钉墙技术往往使得土钉设置的又密又长，造成支护方案不经济，并且由于软土地层徐变与流变的影响，软土地层一般不宜采用土钉墙技术支护。随着软土加固技术的发展，采用多向土钉支护及土钉墙与土体加固组合技术已使土钉墙技术成功应用于软土地层，目前国内基坑支护深度已达10米以上。采用止水与土钉墙结合技术，使土钉墙技术在非降水的高水位地层得到成功应用，从而拓宽了土钉墙技术的应用范围。但今后若想使土钉墙支护技术在深基坑支护中的水平得到提高和发展，仍需对土钉墙机理作更深入的探讨和研究。
　　结束语
　　本文针对在深基坑支护工程中得到广泛应用的土钉墙技术的工作性状、设计施工中的有关技术问题进行了简单阐述，仅供参考，不足之处谨请批评指正。