土钉支护结构

 

土钉概述

  土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎为零，但原位土体一般具有一定的结构整体性。如在土体中放置土钉，使之与土共同作用，形成复合土体，则可有效地提高土体的整体强度，弥补土体抗拉、抗剪强度的不足。这是因为置于土体中的土钉具有箍束骨架、分担荷载、传递和扩散应力、坡面变形约束等作用。实验研究表明：①土钉在使用阶段主要承受拉力，土钉的弯剪作用对支护结构承载能力的提高贡献甚小；②土钉的拉力沿其长度呈中间大两头小的形式分布；并且土钉靠近面层的端部拉力与钉中最大拉力的比值随着往下开挖而降低；③极限平衡分析法能较好地估计土钉支护破坏时的承载能力。

  土钉支护设计应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。设计必须自始至终与施工及现场检测相结合，施工中出现的情况以及检测数据，应及时反馈修改设计，并指导下一步施工。土钉支护设计内容包括：土钉支护结构参数确定、土钉拉力设计以及土钉墙内、外部稳定性分析等内容。

土钉支护结构参数的确定

     土钉墙支护结构参数包括土钉的长度、直径、间距、倾角以及支护面层厚度等。

1.土钉长度

沿支护高度土钉内力相差较大，一般为中部大，上部和底部小。因此，中部土钉起的作用大。但顶部土钉对限制支护结构水平位移非常重要，而底部土钉对抵抗基底滑动、倾覆或失稳有重要作用，另外当支护结构临近极限状态时，底部土钉的作用会明显加强。如此将上下土钉取成等长，或顶部土钉稍长，底部土钉稍短是合适的。

一般对非饱和土，土钉长度L与开挖深度H之比取L/H=0.6~1.2；密实砂土及干硬性粘土取小值。为减小变形，顶部土钉长度宜适当增加。非饱和土底部土钉长度可适当减少，但不宜小于0.5H。对于饱和软土，由于土体抗剪能力很低，设计时取L/H值大于1为宜。

2.土钉间距

土钉间距的大小影响土体的整体作用效果，目前尚不能给出有足够理论依据的定量指标。土钉的水平间距和垂直间距一般宜为1.2m～2.0m。垂直间距依土层及计算确定，且与开挖深度相对应。上下插筋交错排列，遇局部软弱土层间距可小于1.0m。

3.土钉筋材尺寸

土钉中采用的筋材有钢筋、角钢、钢管等，其常用尺寸如下：

当采用钢筋时，一般为φ18mm～φ32mm，II级以上螺纹钢筋。

当采用角钢时，一般为∟5×50×50角钢。

当采用钢管时，一般为φ50钢管。

4.土钉倾角

土钉与水平线的倾角称为土钉倾角，一般在0°～20°之间，其值取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。研究表明，倾角越小，支护的变形越小，但注浆质量较难控制；倾角越大，支护的变形越大，但有利于土钉插入下层较好土层，注浆质量也易于保证。

5.注浆材料

用水泥砂浆或素水泥浆。水泥采用不低于425＃的普通硅酸盐水泥，水灰比1:0.40～0.50。

6.支护面层

临时性土钉支护的面层通常用50mm～150mm厚的钢筋网喷射混凝土，混凝土强度等级不低于C20。钢筋网常用φ6mm～φ8mm，I级钢筋焊成150mm～300mm方格网片。

永久性土钉墙支护面层厚度为150mm～250mm，可设两层钢筋网，分两层喷成。