复合土钉墙支护技术的应用

王宏东

（兰州工业学院土木工程学院 甘肃兰州 730050）

0 前言

土钉墙是一种工艺简单、经济合理的支护技术，但其适用范围却相对狭窄，对此，人们研究开发出了复合土钉墙支护技术，将土钉墙和其他补强措施有机结合起来，在建筑工程深基坑支护中发挥出了显著的作用。但在工程实践中，由于作用机理和工作机制的研究了解不够深入，导致复合土钉墙支护施工经常发生事故，因此有必要进行更加深入的研究和总结。

1 复合土钉墙支护技术简介

早在20世纪70年代，土钉支护技术就已经在工程作业中获得应用，其作用是保障边坡部位的稳定和安全。自此之后，这种简便快捷、高效经济的支护技术得到了广泛的推广，应用范围也逐步拓展到基坑支护、边坡加固等岩土工程中。再次之后，法国、美国等国家均对土钉墙支护技术进行了试验研究，并形成了相对完善的理论。在国内，最早关于土钉支护技术的试验研究是由山西太原煤矿设计院的王步云在1980年开展的，为山西柳湾煤矿边坡支护工程的实施提供了技术支撑。

世界范围内最早的成功应用复合土钉墙技术的案例为法国Montpellier Opera（1985）工程所采用的临时支护结构。相对而言，该技术在国内的实际应用时间则稍晚，最早的一例在1993年广州065抢险加固工程中，通过预应力锚索结构和土钉的复合应用以防止土体的过度变形。

2 复合土钉墙支护技术应用的结构形式和作用机理分析

结合近些年的工程实践来看，复合土钉墙支护结构的形式已经变得越来越多样化，在实际工程中应用最广泛的几种构造包括土钉与止水帷幕复合支护、土钉和微型桩复合支护、土钉与预应力锚杆复合支护。

在以上几种复合土钉墙支护结构中，土钉和止水帷幕的复合可以同时起到防止基坑周围地表沉降和隔水的效果。尤其是是在一些地下水丰富的区域，为了避免渗水影响到基坑开挖作业，常常在支护体系中加入止水帷幕，这样不仅能够有效隔水，同时还可以保障基坑侧壁的稳固性，避免基坑变形的情况发生。而且止水帷幕的工程造价偏低，因此常常和土钉墙进行复合支护。

土钉墙和微型桩复合支护适用于地下水少或是不存在地下水的地区。微型桩是指桩径在400mm以内，长细比大于30的灌注桩，因此也被称作“小桩”。将土钉和微型桩进行复合支护有效应用于土质松散且成孔较为困难的地区。在此类符合支护结构中，微型桩实际上发挥着类似搅拌桩的作用，但由于无法实现两两相互搭接连续城墙，难以形成止水防渗效果，所以比较适用于地下水位偏低的工程项目。

土钉墙和预应力锚杆符合支护多用于基坑变形较为严格的区域，如城市市区这类周边环境较为复杂的地区，通过在土层中植入锚杆的方式可以有效防止边坡变形或是基坑位移的情况发生，避免对周边的建筑产生不利影响。在实际使用的过程中，土钉和土体发生变形之后才能受力，而预应力锚杆则是通过预先施加压力的方式限制基坑、边坡的形变，分属于被动受力和主动受力，因此二者的协调配合机理相对复杂。

土钉墙和预应力锚杆复合支护技术的实施对土体强度和刚度有着较高的要求，因此首先需要在基坑边壁使用土钉注浆体以强化土体的粘聚力和稳固性，为后续锚杆植入做好铺垫。之后，将预应力锚杆植入到岩土稳定性较差的区域，最好选择质地较为坚硬的岩层，使土钉、土层、预应力锚杆等结构形成联动，构建一个稳固的整体，共同承担基坑开挖产生的荷载。

在复合土钉墙支护技术应用的过程中，还涉及到一项重要的工作，即内力和位移的计算，以多层土钉或是多层锚杆支护结构为例，在土钉和锚杆位置不同的情况下，受力情况也存在一定的差异性。如果在距离开挖面一定深度（h）的部位置入土钉（锚杆），则需要首先开挖至h+△h处，也就是说土钉（锚杆）在置入之前维护结构就已经产生了内力和位移。对此可以采用增量法，即将每一个施工过程中增加的荷载作为一个增量荷载，包括土压力增量和施工开挖部分土体的反作用力。如此施工引起的内力和位移就是所有增量计算结果的迭加。虽然预应力锚杆和土钉存在差异，预应力的作用会是结构受力和变形程度减小，但也可以适用于增量法。需要特别注意的是，在实际计算中需将施加预应力的过程看作一个增量步。

3 复合土钉墙支护技术应用的存在的问题以及未来发展研究方向分析

3.1 现今复合土钉墙支护技术应用存在的问题分析

结合现如今复合土钉墙支护技术在我国工程项目中的应用实践来看，其存在的问题主要有以下几项：

（1）对周边环境的扰动较大。建筑工程深基坑开挖对周边建筑存在显著的影响，土钉和锚杆的置入对空间需求较大，而当前城市区域的地下地上环境都十分复杂，各类管线密布，根本不具备实施复合土钉墙支护技术的客观条件，对该技术的发展应用造成了阻碍。

（2）变形控制难度高。土钉墙支护结构的原理是通过土体变形是土钉被动受力，在深基坑支护中，很难将变形控制在规范规定的范围内。而想要解决这一问题则需要增加土钉长度和密度或是进行超前支护，则无疑会使造价出现增长。

（3）监督难度大，不利于质量控制。复合土钉支护技术应用中涉及到的土钉数量较多，为质量检验带来了巨大困难，在一些制度不完善的地区，常常因检测不合格导致工程事故的发生。

3.2 复合土钉墙支护技术的未来发展研究方向

针对复合土钉墙支护技术的研究工作是为了更好的推广应用该技术，创造出更多的效果，因此未来一段时间的研究工作必然是针对现有的问题，具体体现在以下几个方面：

（1）对复合支护理论进行完善，明确复合土钉墙支护的作用机理、受力结构的协同机制、变形规律以及施工中存在的各类影响因素，为技术实施创造良好条件。

（2）检测技术的研发升级。在复合土钉墙支护技术应用的过程中，现有的试验检测技术根本无法有效的验证设计抗拔力，且检测技术十分单一，这对技术的有效实施带来了负面影响。基于此，在未来一段时期内，该领域研究工作的重点就是探索多样化的试验检测技术，为施工质量提供支撑。

（3）特殊土的应用，拓展复合土钉支护技术的应用范围，使其能够应用于冻土、湿陷土等特殊土质区域中。

4 结语

综上所述，复合土钉墙支护技术在工程项目中的应用确实带来了不错的综合效益，但其仍旧存在一些问题有待解决，需要技术人员进行进一步的研究和探索。