学文网摘要：本文主要介绍了一种护坡施工技术――土钉，从土钉支护的定义、土钉支护类型、土钉支护体系，到土钉支护方法的优点及其局限性，都进行了详细论述，从而对土钉支护技术做了一个全面的概括阐述。
关键词：土钉；土钉支护技术；土钉支护体系；土钉施工
1、土钉支护的定义
土钉（soil nailing）是一种全新的，适用于工程中保护边坡的施工技术。该法是先以一定倾角在原位土中成孔，然后将细长杆件（即土钉，如钢筋、钢管等）置入孔中，注入水泥砂浆，随后在坡面挂钢筋网，并与土钉连接，最后在坡面喷射混凝土。用此种工艺形成的支护结构称为土钉墙（soil nailing wall），是一种复合土体结构。土钉能有效发挥土体自身的强度，和挡土墙相比，土钉是一种主动加固技术。
土钉支护技术也是土体原位加筋技术的一种，它与原位土体共同工作，形成一种类似于重力式挡土墙的坝体，可以抵抗背后非加固土体的侧向土压力及其它荷载，具有较强的稳定性。
2、土钉支护类型
土钉支护根据不同的施工方法，可分成很多类型，其中主要有钻孔注浆型、击入型、气动射入型、注浆击入型、高压喷射击入型等几种。
2.1钻孔注浆土钉
首先在土体中钻取直径为100-200mm且具有一定深度的横孔，然后插入钢筋、钢杆或钢绞索等小直径杆件，再用压力注浆充实孔穴，形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在土坡坡面设置与土钉端部联结的联系构件，并喷射混凝土组成面层结构，形成一种具有自撑能力且能够支挡其后部土压力和其它作用力的类似于重力式挡土墙的结构。这是基坑支护中应用最多的土钉支护类型，可用于永久性或临时性的支挡工程。
2.2击入型土钉
用振动冲击钻或液压锤将角钢、圆钢或钢管等作为土钉直接击入土体中形成支护体系。击入钉不注浆，与土体的接触面小，钉长又受限制，故其布置较密，每平方米投影面积内可达2-4根。其优点是无需预先钻孔，施工速度很快，在密实砂土中的效果要优于粘性土，但不适用于砾石土、硬胶结土和松散砂土。
2.3注浆击入钉
常用周面带孔、端部密闭的钢管作为土钉，击入后从管内注浆并透过壁孔将浆体渗入到周围土体。其对土钉选择要求高，施工注浆较为复杂，成本较高。
2.4高压喷射注浆击入钉
土钉中间有纵向小孔，利用高频（可到70Hz）冲击振动锤将土钉击入土中，同时以20MPa的压力注浆。水泥浆从土钉端部的小孔或通过焊于土钉上的一个薄壁钢管射出。水泥浆射流在土钉入土的过程中起到作用并且能渗透进入周围土体，提高与土体之间的粘结力，支护效果较好。
2.5气动射入钉
用高压气体作动力，发射时气体压力作用于钉的扩大端，故土钉在射入土体过程中时受压。钉径有25mm和38mm两种，每小时可射入15根以上，但其长度仅有3m和6m两种，因此施工时土钉长度受限制。
3、土钉支护体系构成
土钉支护体系构成如***所示，主要包括以下四个部分：①置于现场原位土体中的土钉；②开挖面上的喷混凝土面层；③被加固的原位土体；④必要的防水系统。
土钉是以较密间距排列置入现场原位土体中的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体。土钉通长与周围土体接触，布置较密而形成土钉群，与周围土体构成承载体系。在土体发生变形的条件下，土钉通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力被动受拉，并将拉力传给更深层土体以约束坡面土体，两者共同作用形成加固体系，维持基坑稳定。
喷射混凝土面层虽然不是土钉支护的主要受力构件，但在支护中具有重要的作用，其作用主要表现两个方面：第一，边界约束作用。土体开挖卸荷后，必然引起土体侧向变位，导致坡面发生鼓胀变形，而面层将限制坡面鼓胀，起到削弱内部塑性变形发展并加强边界约束的作用；第二，传力作用。即将土钉支护主动区侧压力传递给与之相连的土钉并与其共同发挥作用，保证土钉间土体的稳定性，阻止坡面变形，并与被加固的土体共同构成一个封闭的整体。
排水系统主要作用是防止地表水渗透，减少水压对混凝土面层的作用，防止在水压作用下土体强度及土体与土钉之间界面粘结力的降低，同时防止土钉腐蚀以及冻害的发生等。
***土钉支护构造***
4、土钉支护施工步骤
土钉支护应用于基坑或边坡土体开挖临时支护时，一般采取从上到下、分层施工的方法，遵循边开挖、边支护的原则。其具体施工步骤为：
①根据天然边坡的自立高度和施工工况开挖上层土体至一定深度，按设计要求修整边坡；
②设置一排土钉，铺设钢筋网喷混凝土面层，并使土钉筋体与面层牢固连接。对于注浆钉一般是先钻孔后置入金属钉体并注浆形成受力体系；
③继续向下开挖有限深度并重复上述步骤直至开挖达到所需深度，形成整个土钉支护体系。
5、土钉支护技术的优点
土钉支护技术采用边开挖边支护的施工方式，与其它支护形式相比，具有如下优点：
①施工周期短、工程量较小、耗材少、成本低。土钉支护一般与土方开挖同步进行，不占或少占***工期。总体来说，采用土钉支护技术可至少减少工期一半以上。同其它支护方式综合相比，土方开挖量和混凝土工程量均较少，全部土钉连同面层钢筋的用钢量也极为有限，可节约造价20%-30%左右。
②施工设备轻便，操作方法简单。土钉的制作与成孔不需复杂的技术和大型机械设备，施工方法有较大灵活性，对环境的干扰也很小，特别适合于城市地区施工。
③对场地土层的适应性强。土钉支护特别适用于有一定粘性的砂土、粉土和硬塑与干硬粘土。即使场地土层有局部软塑粘性土层，在采取一定措施处理后仍可采用该技术。当场地同时存在土层和不同风化程度的岩体时应用土钉支护技术则更为有利。
④结构轻巧、柔性大、延性好。土钉支护自重小，施工方便并具有良好的抗震性能，即使破坏也不会导致基坑支护彻底倒塌，而且破坏前有一个渐进变形发展过程，防灾抗震能力强。1989年美国加州7.1级地震中震区内有8个土钉结构遭受到约0.4g水平地震加速度的作用但没有出现任何损害迹象，且其中3个位于震中33km范围内，足见其抗震能力之强。
⑤施工所需的场地不大，能紧贴已有建筑物进行基坑开挖。这是桩墙等其它支护难以做到的。同时这也为城市中基坑开挖提供了施工空间。在广州地铁折返段深基坑开挖中由于地面场地受限，土钉支护墙面甚至做成向基坑内侧倾斜，突出体现了土钉支护节省施工空间的巨大优势。
⑥安全可靠，信息化施工程度高。土钉支护施工采用边开挖边支护方式，安全程度较高。由于土钉数量众多，形成土钉群体，即使个别土钉出现质量问题或失效，对整体结构影响不大。土钉支护技术还有一个非常重要的优点是随时可以根据现场开挖发现的土质情况和现场监测的土体变形数据修改土钉的间距和长度。当现场出现不利情况时可以及时采取措施加固，避免发生工程事故。土钉支护施工在与现场监测相结合的前提下与其他支护技术相比具有更高的安全度。
⑦边坡支护的变形小。变形性能对城市地区基坑开挖至关重要。现场实测表明：土钉支护的最大位移量与撑式桩墙支护相当，但与预应力锚杆支护相比略大。如果土钉支护与预应力锚杆结合施工构成复合土钉支护，则可大大降低土体的变形，这点在城市建设中尤为重要。
6、土钉支护技术的局限性
土钉支护技术在拥有以上优点的同时，也存在一些不足。
①现场需有允许设置土钉的地下空间。如为永久性土钉更需长期占用这些地下空间。当基坑附近有地下管线或建筑物基础时，其支护施工时可能会相互干扰。
②土钉支护技术对土层的依赖性很大。通常认为土钉支护适用于下列土体：有一定胶结能力和密实程度的砂土、粉土和砾石土、素填土、坚硬或硬塑的粘性土，以及风化岩层等。而对于松散砂土、软塑、流塑粘性土以及有丰富地下水源的土质状况，通常不能单独使用土钉，必须与其他土体加固支护技术相结合才能使用。在饱和粘性土及软土中设置土钉支护时，由于土钉的抗拔力较低，故更需特别谨慎，一般必须设置很长很密的土钉；同时软土的徐变还可使支护位移量显著增加。目前在软土地区虽然打破了不能使用土钉支护的禁锢，但广泛使用还需要进一步研究。
③土钉支护如果作为永久性支护结构需要特别考虑土钉锈蚀和徐变等耐久性问题。
④土钉支护只适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水处理后使地下水位低于开挖层的情况。
⑤对于变形要求严格的边坡，以及开挖深度较大的基坑，不能单独使用土钉支护技术，需要与其它支护技术一起形成复合支护技术才能满足要求。
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