摘要：土钉支护是以土钉作为主要受力构件的边坡支护技术，它由集的土钉群、被加固的原位土体、喷混凝土面层和必要的防水系统组成。土钉支护的工作机理：土钉在高压注浆过程中，将边坡土体有效加固。土钉支护现在主要应用于建工部门的深基坑开挖中，但在公路、铁路等其他部门同样有着宽广的应用前景。除了作为临时性支护使用外，土钉支护也可以作为一种性能可靠的永久性挡土结构。
关键词：土钉加固；土钉墙；喷射混凝土；土钉墙设计
一 土钉的发展概况
土钉支护技术的发展始于十九世纪七十年代。从历史上看，最早应用这种技术的重大工程实例可上溯到一百多年前英国建设的世界上第一条水下隧道，即泰晤土河隧道的施工开挖。那时所用的土钉是4英寸宽、1/2英寸厚、8英尺长的扁铁，面层挡板则为3英寸厚的木板，土钉从木板之间的缝隙中击入土中，端部用楔块固定。现代土钉支护技术从二十世纪七十年代出现，1972年法国著名的承包商Bouygues在法国凡尔赛附近为拓宽一处铁道路基的边坡开挖工程中，采用了喷混凝土面层并在土体中置入钢筋作为临时支护。在我国，于1980年用于山西柳湾煤矿的边坡工程。现在，除了不良土层如软土和降水困难的地区外，只要存在设置土钉的地下空间，土钉支护往往是基坑开挖中的首选方案。
二 土钉受力机理
（１）土钉支护的组成
除土体外，土钉支护通常有三部分组成，即土钉、面层和防水系统。临时性土钉支护的面层通常用50～80㎜厚的网喷混凝土做成，一般用一层钢筋网，钢筋直径为Φ6～Φ8，网格为正方形，边长200～300㎜。对于永久性土钉支护，面层喷混凝土的厚度至少取150～250㎜，设两层钢筋网，分两次喷成。为了改善建筑外观，也可在第一次网喷混凝土的基础上，现浇一层钢筋混凝土板。
土钉支护的基本工作特点
国外迄今已对土钉支护作了不少大型量测试验，其中也有专门为试验而修建的工程，国内也进行过一些现场测试。从这些量测结果得到土钉支护在一般土体自重作用下的基本工作特点有：１）随着往下开挖，支护不断向外位移。在匀质土中，支护面的位移沿高度大体呈线性变化，类似绕趾部向外转动，最大水平位移发生在顶部。２）土钉置入现场土体后，如果土体不变形，土钉就不会受力。随着往下开挖、地表加载、或土体徐变而发生土体变形，于是通过土体与土钉之间的界面粘结力使土钉参与工作并主要受拉。３）土钉的拉力沿其长度变化，最大拉力部位随着向下开挖从开始时靠近面层的端部逐渐向里位移，一般发生在土体的可能失稳破坏面上。４）当破坏面穿过土钉加固的土体，后者被分割成失稳区和稳定区两个部分，前者向外运动，与土钉之间的界面剪力或粘结力的方向向里，使土钉的拉力从端部逐渐增加并在可能的破坏面上达到峰值。而在被动区内，土体与土钉之间的界面剪力方向向外。土体破坏面上的土钉或者受拉屈服，或者被拔出。５）不同深度位置上的土钉，其受到的最大拉力有很大差别，顶部和底部的土钉受力较小，靠近中间部位的土钉受力较大。６）支护喷混凝土面层背后的侧向土压力，其沿高度分布也为中间大、上下小，接近梯形而不是三角形，压力的合力值要比挡土墙理论给出的计算值（朗肯主动土压力）低得多。７）支护的最大水平位移一般不大于坑深或支护高度H的3‰。
（３）土钉的受力机理
土钉的受力机理：当土方开挖后土体要产生侧向位移，土钉的长度一般都超过了自然土体滑移面以外,当边坡沿滑移面滑动时，稳定土体内的土钉相当于锚杆开始受力,并阻止边坡的滑动，起缝合作用。其工作机理也可用整体作用理论来解释：即土钉在高压注浆过程中，将边坡土体有效加固，由于注浆时一般压力都控制在0.5MPa左右，浆液在压力作用下，沿土体裂隙及毛细孔扩散，不仅使土体得到加固，改变了原有受力性能，而且由于钢筋（或钢管）的加筋作用，可以视为在加筋范围内为一重力式挡土墙。荷载在土钉内的传递，首先是通过土钉与土的相互摩擦作用其次是通过面层与土之间的土-结构相互作用。滑移面把土体分成两个独立的区域：①靠近面层的“活动区”。此处，土体在钢筋上施加的剪应力方向外并趋向于把钢筋从土层中拔出。②“抵抗区”。此处，剪应力向内并倾向于阻止将钢筋拔出。
土钉具有把活动区和抵抗区连结起来的作用，否则，该活动区相对于抵抗区向外和向下移动会引起破坏。为了达到稳定性，土钉抗拉强度必须足够大，以便产生支护力以稳定活动块体。还必须把土钉埋入抵抗区内有足够的长度以防止拉拔破坏。另外，土钉头强度（由面层强度或搭连系统所决定的）与开挖面和滑移面之间土钉长度的抗拔阻力的联合效应必须足够大，以便在滑移面（活动区与抵抗区之间的界面）上能产生所需的土钉拉力。
（４）土钉的稳定性破坏分析
土钉的破坏形态分为三种，面层破坏、拔拉破坏、钉筋破坏。
三 总结
土钉墙支护作为基坑支护的一种新型工法，由于其造价远远低于其它支护方式，近几年来应用发展很快。但由于过去没有相应的设计施工规范，因设计及施工失误造成的工程事故很多，教训也很深刻。
1）要对场地条件要做一个全面细致的勘察和认识。2）地基承载力对土钉墙法的限制。3）土方施工组织对土钉墙施工的影响。4）关于土钉设计长度及密度的问题。5）支护施工中的变形监控测量。监控的目的是保证坑壁的沉降速率必须控制在一个范围值内，并且要逐渐稳定。土钉支护现在主要用在建工部门的深基坑开挖中，但在公路和铁路等其它部门同样有着宽广的应用前景。
参考文献
[1] 朱彦鹏 邹银生 《特种结构》（第3版） 武汉：武汉理工大学出版社，2008.4
[2] 刘建航 侯学渊 《基坑工程手册》 北京：中国建筑工业出版社，2005.12
[3] 陈希哲 《土力学与地基基础》（第4版） 北京：清华大学出版社，2010.9
[4] 黄 强 《深基坑支护工程设计技术》 北京：中国建材工业出版社，1995.5
关键词：土钉加固；土钉墙；喷射混凝土；土钉墙设计
一 土钉的发展概况
土钉支护技术的发展始于十九世纪七十年代。从历史上看，最早应用这种技术的重大工程实例可上溯到一百多年前英国建设的世界上第一条水下隧道，即泰晤土河隧道的施工开挖。那时所用的土钉是4英寸宽、1/2英寸厚、8英尺长的扁铁，面层挡板则为3英寸厚的木板，土钉从木板之间的缝隙中击入土中，端部用楔块固定。现代土钉支护技术从二十世纪七十年代出现，1972年法国著名的承包商Bouygues在法国凡尔赛附近为拓宽一处铁道路基的边坡开挖工程中，采用了喷混凝土面层并在土体中置入钢筋作为临时支护。在我国，于1980年用于山西柳湾煤矿的边坡工程。现在，除了不良土层如软土和降水困难的地区外，只要存在设置土钉的地下空间，土钉支护往往是基坑开挖中的首选方案。
二 土钉受力机理
（１）土钉支护的组成
除土体外，土钉支护通常有三部分组成，即土钉、面层和防水系统。临时性土钉支护的面层通常用50～80㎜厚的网喷混凝土做成，一般用一层钢筋网，钢筋直径为Φ6～Φ8，网格为正方形，边长200～300㎜。对于永久性土钉支护，面层喷混凝土的厚度至少取150～250㎜，设两层钢筋网，分两次喷成。为了改善建筑外观，也可在第一次网喷混凝土的基础上，现浇一层钢筋混凝土板。
土钉支护的基本工作特点
国外迄今已对土钉支护作了不少大型量测试验，其中也有专门为试验而修建的工程，国内也进行过一些现场测试。从这些量测结果得到土钉支护在一般土体自重作用下的基本工作特点有：１）随着往下开挖，支护不断向外位移。在匀质土中，支护面的位移沿高度大体呈线性变化，类似绕趾部向外转动，最大水平位移发生在顶部。２）土钉置入现场土体后，如果土体不变形，土钉就不会受力。随着往下开挖、地表加载、或土体徐变而发生土体变形，于是通过土体与土钉之间的界面粘结力使土钉参与工作并主要受拉。３）土钉的拉力沿其长度变化，最大拉力部位随着向下开挖从开始时靠近面层的端部逐渐向里位移，一般发生在土体的可能失稳破坏面上。４）当破坏面穿过土钉加固的土体，后者被分割成失稳区和稳定区两个部分，前者向外运动，与土钉之间的界面剪力或粘结力的方向向里，使土钉的拉力从端部逐渐增加并在可能的破坏面上达到峰值。而在被动区内，土体与土钉之间的界面剪力方向向外。土体破坏面上的土钉或者受拉屈服，或者被拔出。５）不同深度位置上的土钉，其受到的最大拉力有很大差别，顶部和底部的土钉受力较小，靠近中间部位的土钉受力较大。６）支护喷混凝土面层背后的侧向土压力，其沿高度分布也为中间大、上下小，接近梯形而不是三角形，压力的合力值要比挡土墙理论给出的计算值（朗肯主动土压力）低得多。７）支护的最大水平位移一般不大于坑深或支护高度H的3‰。
（３）土钉的受力机理
土钉的受力机理：当土方开挖后土体要产生侧向位移，土钉的长度一般都超过了自然土体滑移面以外,当边坡沿滑移面滑动时，稳定土体内的土钉相当于锚杆开始受力,并阻止边坡的滑动，起缝合作用。其工作机理也可用整体作用理论来解释：即土钉在高压注浆过程中，将边坡土体有效加固，由于注浆时一般压力都控制在0.5MPa左右，浆液在压力作用下，沿土体裂隙及毛细孔扩散，不仅使土体得到加固，改变了原有受力性能，而且由于钢筋（或钢管）的加筋作用，可以视为在加筋范围内为一重力式挡土墙。荷载在土钉内的传递，首先是通过土钉与土的相互摩擦作用其次是通过面层与土之间的土-结构相互作用。滑移面把土体分成两个独立的区域：①靠近面层的“活动区”。此处，土体在钢筋上施加的剪应力方向外并趋向于把钢筋从土层中拔出。②“抵抗区”。此处，剪应力向内并倾向于阻止将钢筋拔出。
土钉具有把活动区和抵抗区连结起来的作用，否则，该活动区相对于抵抗区向外和向下移动会引起破坏。为了达到稳定性，土钉抗拉强度必须足够大，以便产生支护力以稳定活动块体。还必须把土钉埋入抵抗区内有足够的长度以防止拉拔破坏。另外，土钉头强度（由面层强度或搭连系统所决定的）与开挖面和滑移面之间土钉长度的抗拔阻力的联合效应必须足够大，以便在滑移面（活动区与抵抗区之间的界面）上能产生所需的土钉拉力。
（４）土钉的稳定性破坏分析
土钉的破坏形态分为三种，面层破坏、拔拉破坏、钉筋破坏。
三 总结
土钉墙支护作为基坑支护的一种新型工法，由于其造价远远低于其它支护方式，近几年来应用发展很快。但由于过去没有相应的设计施工规范，因设计及施工失误造成的工程事故很多，教训也很深刻。
1）要对场地条件要做一个全面细致的勘察和认识。2）地基承载力对土钉墙法的限制。3）土方施工组织对土钉墙施工的影响。4）关于土钉设计长度及密度的问题。5）支护施工中的变形监控测量。监控的目的是保证坑壁的沉降速率必须控制在一个范围值内，并且要逐渐稳定。土钉支护现在主要用在建工部门的深基坑开挖中，但在公路和铁路等其它部门同样有着宽广的应用前景。
参考文献
[1] 朱彦鹏 邹银生 《特种结构》（第3版） 武汉：武汉理工大学出版社，2008.4
[2] 刘建航 侯学渊 《基坑工程手册》 北京：中国建筑工业出版社，2005.12
[3] 陈希哲 《土力学与地基基础》（第4版） 北京：清华大学出版社，2010.9
[4] 黄 强 《深基坑支护工程设计技术》 北京：中国建材工业出版社，1995.5
