技术是一种在深基坑工程、边坡加固等领域非常常见且经济的支护形式。它通过在被加固的土体内钻孔、设置高强度的土钉(通常是钢筋),并通过喷射混凝土面层,使原位的土体与土钉、面层共同工作,形成一个自稳的、类似于重力式挡墙的复合体,以此来抵抗土压力和其他荷载。可以把它想象成给松软的土体“打上钉子”,极大地提高了土体的整体强度和稳定性。
一、土钉承载力的计算
1.轴向拉力标准值Nk的计算
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中5.2.2条,其轴向拉力标准值的确定可由(5.2.2)式确定。其中pak*sx*sz为计算范围内的主动土压力的合力(主动土压力标准值pak被视为在水平间距sx和竖向间距sz范围内均布荷载,也就是式(5.2.4-2)中的ΔEa)。然后除以cosα得到了土钉的轴向拉力,最后对其进行修正,即乘以ξ以及η。
同时上式中求得轴向拉力标准值Nk的还需要满足《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中5.2.6条,即取两者的小值。 


对于式(5.2.2)中主动土压力折减系数ξ可按下式计算:

对于式(5.2.2)中土钉轴向拉力调整系数η可按下列公式计算:

2.极限抗拔承载力Rk的计算
锚杆极限抗拔承载力应也可以通过抗拔试验以及估算公式确定。
①锚杆极限抗拔承载力应通过抗拔试验确定,试验方法应符合本规程附录D的规定。
②锚杆极限抗拔承载力标准值也可按下式估算

3.单根土钉的极限抗拔承载力应符合下式规定

4.非锚固段长度的计算
非锚固段长度可参考规范式4.7.5计算(上一篇也有讲过带你逐条理解基坑规范——桩锚支护),唯一的区别就是d取0,a1+a2取土钉至基底的距离,也无需考虑过滑动面的1.5m。
其中规范中至于滑裂角的取值为啥取α =(β+ψₘ)/2,有兴趣的可以看以下的推导过程。

值得注意的是,规范中在确定以上土钉墙的潜在破裂角时,确实忽略了土钉拔力的影响。即②式中分子没有计入由土钉抗拔力N所提供的抗力N*sin(θ+α)tanψ以及N*cos(θ+α)。(θ为土钉的倾角)如果计入土钉抗拔力的作用,以上推到的滑裂角会更小。
下面我将详细解释为什么规范中计算滑裂角忽略土钉拔力?首先滑裂面是指在没有任何土钉加固的情况下,土体自身最可能发生破坏的面。它代表了土体的“先天薄弱面”。设计时,我们通常假设破坏会沿着这个面发生,然后在这个基础上计算需要多少土钉拉力来平衡滑动力,并提供足够的安全系数。简而言之,就是将“寻找滑裂面”和“计算土钉抗力”这两个步骤分离开了。 先找到一个固定的、不考虑土钉的滑裂面,再在这个面上布置土钉并提供拉力。忽略土钉作用计算出的滑裂面更陡,对应的滑裂体体积和下滑力矩也更大。以此为基础进行设计,结果是偏于安全的。
二、主要组成部分
1. 土钉:
· 材料:通常是带肋的钢筋(螺纹钢)。
· 作用:是主要的受力构件,通过其抗拉能力来约束土体的变形。
· 构造:钻孔后放入钢筋,然后孔内注满水泥砂浆,使土钉与周围土体牢固结合。
2. 面层:
· 材料:通常是一层钢筋网(铁丝网)加上一层喷射的混凝土。
· 作用:防止坡面局部坍塌和雨水冲刷;将各个独立的土钉连接成一个整体,协调受力;将土压力有效地传递给土钉。
3. 排水系统:
· 材料:泄水管等。
· 作用:在面层上设置排水孔,将土体中的水排出,降低地下水压力,这对维持土体强度至关重要。
4. 其他附件:
· 垫板/螺母:在土钉头部,将面层与土钉拉紧。
· 锁定筋/通长筋:将各个土钉头部的钢筋连接起来,增强整体性。
三、施工工艺流程
土钉墙的施工通常是“自上而下、分层开挖、分层支护”的。
1. 开挖:先进行第一层土方开挖,开挖深度与第一排土钉的设计位置相符。
2. 修坡:对开挖出的坡面进行修整,使其达到设计坡度。
3. 成孔:在坡面上按设计位置和角度钻孔。
4. 置钉与注浆:将制作好的土钉(钢筋)放入孔中,然后通过注浆管向孔内压力注入水泥砂浆,确保孔内充满密实。
5. 挂网与喷射混凝土:在坡面上铺设钢筋网,然后喷射一定厚度的混凝土,形成面层。
6. 安装附件:安装垫板、螺母,并焊接锁定筋。
7. 循环:进行下一层土方开挖,重复步骤2-6,直至坑底。
8. 设置排水系统:在整个过程中,按设计设置泄水管。
四、主要优缺点
优点:
· 经济性好:材料用量少(主要是钢筋和混凝土),造价通常低于排桩、地下连续墙等支护形式。
· 施工简便、速度快:设备简单,工艺成熟,施工灵活。
· 占用场地小:支护结构紧贴开挖边界,对红线外的场地占用少。
· 噪声小、振动小:对周边环境影响较小。
· 安全可靠:当土体产生微小变形时,土钉的受力会随之增大,形成“自我补偿”的稳定机制。
缺点:
· 变形相对较大:相比于桩锚支护等刚性支护,其位移控制能力稍差,不适合对变形要求极其严格的工程(如紧邻重要建筑物)。
· 适用范围有限:
· 不适用于深厚软土、淤泥、流沙等不良地质条件,因为这类土体无法为土钉提供足够的锚固力。
· 不适用于地下水位以下的土体,除非采取有效的降水或止水措施。
· 需要一定的施工空间:需要放坡开挖,虽然坡度可以较陡(通常70°-90°),但仍需占用基坑内一定的空间。
五、构造做法




六、适用范围
· 基坑深度:一般适用于深度在12米以内的基坑,超过此深度需要特别设计和论证。
· 地质条件:适用于具有一定黏结性的土体,如黏土、粉质黏土、砂质黏土以及风化岩层等。
· 环境条件:适用于周边环境对变形不敏感,或有一定放坡空间的场地。
土钉墙支护是一种技术成熟、经济高效、施工便捷的岩土加固技术。它在合适的工程地质和水文地质条件下,能够提供安全可靠的支护,是深基坑工程中优先考虑的方案之一。但在选用时,必须对其变形特性和地质适应性有充分的认识,并经过严格的勘察和设计。
