软土基坑土钉支护

施 工 技 术 资 料

（2002-1）

软土基坑土钉支护

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

概述

土钉支护的应用范围与选型 构造要求

设计方法（及例题） 施工技术

土钉支护应用中的几个问题 工程应用实例（三例） 参考文献

中国建筑第八工程局第三建筑公司编印

2002.3 南京

软土基坑土钉支护技术

一、概述

在国内外的长期工程实践中，采用土钉挡墙解决边坡、路堤加固和基坑支护是一项简便可行又经济适用的方法。近几年来，在软土地层（基坑）工程中该项技术又有了新的发展——采用复合土钉支护技术，取得了成功并日趋成熟，得到了广泛应用。本文就这一新技术作一介绍。

1.1 普通土钉支护的组成与基本原理

（1） 组成

首先作一说明，为了表述上的简化，本文中的“土钉支护”概括了“土钉挡墙”、“土钉锚杆”、“土钉墙”、“锚喷支护”、“锚钉”等含义。

土钉支护就是利用打入土中的土钉和喷射砼面层作为基坑支护的护壁，从而保持基坑侧壁的稳定。故其基本组成除土体外，主要由土钉和面层二部分组成：

土钉——用钢筋或钢管或用钢绞线构成。土钉植入土中后，一般要注浆将土钉锚固住。 砼面层——面层的作用是将打入土体中的土钉连成一个整体，抵抗土体和地下水的侧压力，并保护土体的表面不受雨水冲刷或作业破坏。面层中一般包括一定的钢筋网片、连接土钉的加强筋，在网片上喷射厚80-100mm的砼。 图1为土钉支护基本组成示意图。需要补充说明的是：①土体有一定坡度，表面土要夯实；②土坡上下有排水沟。 排水沟地表面层土钉基坑集水井图1 普通土钉支护基本组成示意图 土钉支护是分层施工的。通常做法是：土坡开挖、修整边坡→钻孔、置入土钉→注浆→绑扎面层钢筋网片→喷射砼面层→下层土方开挖„ （2） 基本原理 土钉支护的基本原理是通过对基坑壁土体强度的加强和提高，使产生侧压力的土体成- 1 - 为支护结构的一部分。随着基坑开挖深度的逐步增加，土体侧压力相应增加，而土钉植入后，这种水土侧压力传到面层再由土钉传到距离坑壁较远的土体中，籍助土钉与土体的摩阻力将侧压力传递到稳定的土层中去，维持了边坡稳定。

另外，通过短而密的土钉植入和注浆渗入土体中，对土体进行了加固和约束，使一定范围内的土体成为复合型的加筋土体，这一范围被加固的土体构成了一种类似于重力坝式受力状态。对抗倾覆、抗滑动有利。

量测表明，土钉的受力过程可以分为四个阶段：

第一阶段——土钉安设初期，注浆与土体之间的粘结尚未形成，这时土钉基本不受力； 第二阶段——注浆体将土钉粘结在地层中，随着开挖深度增加，土钉产生拉力，而靠

近面层的土钉拉应力较大，远端拉应力较小；

第三阶段——开挖到足够深度（接近坑底），土钉大部分处于土体滑动面之内，这时土

钉的拉力以靠近滑裂面处最大，两端较小；

第四阶段——基坑开挖到底后，由于土体的徐变，土钉的拉应力将继续增加，特别是

中、下层土钉增加更多，要达到较长时间才趋于稳定。

1.2 复合土钉支护的组成及基本原理（特点）

上述的普通土钉支护对地层的依赖性很大，通常仅适用于地下水位较低的、自立性较好的地层中应用。《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）第1.0.2条规定，“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、素培土，坚硬或硬塑的粘性土，以及风化岩层等。”但是，对于我国东部沿海地区，主要是海相沉积的软地层，以淤泥及淤泥质土为主，地下水位很高。以上海为例，地下水位距地表仅0.5~1.0m，地层为饱和的粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉土等，在这种软土基坑中，能否应用土钉支护技术成为现实的新课题。从而引出了“复合土钉支护”的新概念。

（1） 组成

所谓“复合土钉支护”就是以水泥土搅拌桩作防水惟幕实行超前（开挖基坑前）支护来解决土体自立性、隔水性；以压密注浆及次压力灌浆解决土钉与土体粘结增加抗拔力；减小基坑位移；以相对较长的桩体插入深度解决坑底抗隆起、管涌和抗渗流问题。从而形成一种以土钉为核心的综合支护技术。具体地说，是将土钉与水泥土搅拌桩、旋喷桩、各种微型桩及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程条件组合成不同的支护结构体系。大大扩大了土钉支护的应用范围。其组成可以有以下几种：（见图2）

① 土钉与水泥土搅拌桩相结合 ② 土钉与水平预应力锚杆相结合

③ 土钉与微型竖向桩（垂直锚管）相结合

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土钉土钉搅拌桩微型桩预应力锚杆土钉搅拌桩图2 复合土钉支护组成示意图 （2） 受力机理 目前对复合土钉的受力机理认识还不清楚。为此，曾进行过：室内模型试验、对实际工程进行应力和位移测试和分析、以及有限元模拟等研究工作。目前的认识是：复合土钉及其被稳定的土体构成了一个“人工构造的边坡”。按桩体、面层、土钉、注浆土体构成的一个整体进行稳定性分析较妥。 1.3 发展与应用状况

（1） 土钉挡墙自20世纪70年代产生。在德国、法、美国都有应用土钉加固铁路路

堑边坡等工程中。

（2） 我国首例土钉挡墙用于山西柳湾煤矿的边坡加固，以后扩大应用于边坡、路堤

及基坑中。

（3） 以后，在北京、深圳、长沙、武汉、成都、石家庄等城市采用土钉支护基坑日

益得到广泛应用，开挖最大深度达20m。

（4） 1997年，我国制订了推荐性标准《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）；又

于1999年颁布了行业用标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99），其中含入了土钉支护内容。

（5） 1997年10月，第一个以复合土钉支护的基坑工程在上海西门广场（一期）工程

中应用获得成功。复合土钉挡墙支护发源于上海，影响至全国。几年来，上海、广州、杭州、温州、深圳等许多地区迅速推广。仅上海一地用复合土钉支护的基坑已超过200个。在挖深7m以内的基坑都优先考虑选用土钉支护方案。 （6） 目前，不论是否在软土地区，基坑开挖深度不超过7m的基坑都优先考虑选用土

钉支护或复合土钉支护的方案。实践证明，土钉支护的最大优点是：施工方便、经济、工期较短、无噪音、不产生污染。受到业主欢迎。

（7） 到目前为止，尚没有颁布全国性的《基坑复合土钉支护技术规程》，有待进一步

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工作。

二、土钉支护的应用范围与选型

2.1 应用范围

针对软弱土层的特性,复合土钉支护可适用于：砂性土、粉土、粘性土、液泥及淤泥质土。目前，可应用于开挖深度在7m及小于7m的基坑工程中。 2.2 土钉支护体系

本文所指的“土钉支护”涵盖普通土钉支护和复合土钉支护。在防水、基坑变形要求较严的地段宜优先采用复合土钉支护技术。

土钉支护体系可用下表示意：

土钉+砼面层+网片

土 普通土钉支护

钉 土钉+锚板 支

护 土钉+搅拌桩

复合土钉支护 土钉+微型桩

土钉+搅拌桩+预应力锚杆

土钉+搅拌桩+微型桩+预应力锚杆 2.3 土钉支护体系的选型与适用条件

根据基坑开挖深度、土层、水位及周边环境要求，在经过认真调查研究后，可参考以下条件进行选型。

（1） 放坡＋纯土钉支护。开挖深度不超过4.0m，地层的渗透系数较小，且周边环境对地表变形不敏感时，可放1：0.3坡度，直接施作土钉挡墙（图3a）。

（2） 开挖深度4.0~5.0m，地层为渗透性较小的粉质粘土，基坑外降水不会引起地层显著沉降时，可采用图3b所示的形式：坑外布置轻型井点管降水，土坡垂直或略带放坡（1：0.2~0.3），再施作土钉挡墙。

（3） 单排搅拌桩＋土钉。开挖深度4.5~6.0m，坑底处于上海的第③淤质粉质粘土地层。开挖后有发生管涌及坑底涌土的可能性，这时就首先施作水泥土搅拌桩组成的防渗帷幕。防渗帷幕可采用宽0.7m的单排搅拌桩（图3c），应按抗渗要求设计水泥土桩的插入深度，按基坑底部抗隆起要求设计水泥土搅拌桩的强度。

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（4） 微型桩＋土钉。开挖深度4.5~5.5m，坑底虽处于淤泥质粘土中，但产生管涌的可能性不大，这时可采用单排、（或双排）竖向立管作为超前支护，这种立管虽然不能形成隔水帷幕，但有增加土体的自立性及防止坑底涌土的作用。（图3d）

（5） 双排搅拌桩＋型钢＋土钉。开挖深度6.0~7.0m，坑底处于淤泥质粉土或淤泥质粉质粘土层，产生管涌及坑底隆起的可能性增大，必须施作二排水泥土搅拌桩（宽1.2m）作为防渗帷幕和超前支护。二排水泥土桩仍不能满足抗隆起的强度要求时，可在水泥土桩中插入型钢、钢筋或钢管，形成配筋的帷幕。（图3e）

（6） 搅拌桩＋土钉＋预应力锚杆。当对土钉挡墙位移和墙后土体沉降有严格要求时，可在土钉挡墙中配合使用预应力土层锚杆，预应力锚杆一般施作在顶部的一、二排，预应力锚杆可采用自钻式锚杆。（图3f） 31:0.1:0.3井点管(a)(b)搅拌桩700(c)υ48钢管@500(d)预应力锚杆1200(e)1200(f)图3 复合土钉挡墙支护组成选型 三、土钉支护的构造要求 3.1 止水帷幕

当地下水位较高时，经常采用止水帷幕。止水帷幕一般多采用水泥土深层搅拌桩，止

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水效果好，造价便宜。当水泥掺入比>10%时，其墙体抗渗性能可达到10-5~10-8cm/sec，能满足隔水要求。只有在搅拌桩难以施工的地层才使用旋喷桩。

水泥土搅拌桩适合于人工填土、一般粘性土和中粗砂以下的砂土地层，常用的有单头搅拌机，桩径500~700mm，桩距400~500mm，相互搭接100~200mm；双头搅拌机，桩径700mm，桩距500mm，相互搭接200mm，排宽1200mm。桩体深入基坑底部2-3m，并要通过强透水层，进入到不透水层1~2m。桩体的插入深度和排数往往要通过稳定验算才能确定。

高压旋喷桩造价较高，但适用范围广，施工空间要求小，一般地层均可适用。旋喷桩直径一般600~1000mm，相互搭接100~200mm，也可做成相互搭接的定喷或摆喷止水帷幕，这样可以降低工程造价。

这里搅拌桩的水泥掺入量比常规的搅拌桩为高，一般可选15~20%，拉伸强度可达到1~3Mpa。 3.2 土钉

土钉的常用型式有钢筋和钢管两种。土钉的长度、直径及其分布形式由计算确定。 采用螺纹钢筋作土钉，必须先在土中钻孔，在钻孔中通过两次注浆，将钢筋与地层粘结成整体，抗拔能力较大。

当处于粉土、粉砂等易流动的地层时，成孔比较困难，且成孔过程中易引起水土流失，导致地表下沉，这时可用钢管直接打入（顶入），钢管上留有孔洞，再由管内向地层注浆构成土钉。通常用作土钉的钢管为Φ48×3.0mm，长度6m、9m、12m不等，土钉的水平和竖向间距1.0~1.5m，与水平倾角10°~15°。土钉的注浆采用二次注浆法。注浆压力0.6~1.0Mpa，同时，注浆压力要小于上覆土压力的2倍，以免冒浆。所用浆液，第一次可用水泥砂浆，第二次宜用纯水泥浆，水灰比0.4~0.5，适当掺入水玻璃（为水泥量的1~3%），以获得早强。 3.3 喷射砼面层

面层是指由钢筋网片和喷射砼组成的一个结构层，主要作用是： （1） 承受水、土侧向压力，并将水、土压力传递到土钉上去； （2） 限制土壁坍塌；

（3） 将土钉联成整体，当水泥土搅拌桩渗漏发生局部断裂时，面层内的钢筋网片将

断裂部分兜住，防止发生坍方破坏。因此，面层也是土钉支护体系中很重要的组成部分，一般面层可按构造设置：钢筋网片取Φ6.0-6.5㎜@150-200，双向；或Φ8@200；网片与土钉端部点焊连结。之后，喷射C20厚100㎜砼（宜分两次进行）养护7天，才可开挖下层土方。必要时，尚应进行面层的强度验算（下述）。

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3.4 微型桩

所谓微型桩是指截面尺寸较小的竖向桩体。可以是： （1）100-300㎜钻孔灌注桩 （2）型钢桩（工字钢16＃以上） （4） 钢管桩（Φ>200㎜） （5） 木桩

（6） 钢管（Φ40㎜以上）竖向注浆锚杆灌浆 （7） 插筋等（Φ>25㎜）

这些微型桩可以提前单独打入土中，起超前支护作用；或者与止水帷幕相结合，在搅拌桩中插入钢筋或钢管；当强度要求较高时，在帷幕中插入型钢效果更好。以提高止水帷幕的抗弯能力。 3.5 预应力锚杆

当对基坑位移和墙后土体沉降（变形）有严格要求时，可在土钉中配合使用预应力土层锚杆。

预应力锚杆一般设在土钉墙的顶部和中部（设1~3排即可）。预应力锚杆可采用粗钢筋（>Φ25）、钢管（≧Φ48）、或钢绞线（fptk=1570Mpa）做成。锚杆的成孔注浆与土钉相同，在端头设锚板，锚板与喷射砼面层连接可靠（点焊），可设置承压板和喷射砼连梁，在注浆14天后（达到设计强度70%）进行张拉。张拉力不宜过大（张拉力为锚筋极限抗拉力的25%左右），一般应小于300（100）kN。

四、土钉支护体系的设计计算

在选型和构造处理的基础上，尚需认真进行理论计算和验算满足各项安全系数的要求。

目前，土钉支护的设计方法有好几种。设计计算的内容和要求也不尽相同。现综合归纳如下供参考。

设计计算的主要内容： （1） 土钉设计 （2） 面层设计 （3） 抗渗设计 （4） 稳定性验算

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4.1 土钉设计

（1）土钉的间距和倾角

在软土地区，每根土钉承担1.0~1.5㎡范围内的水土侧压力；土钉注浆的影响半径约为0.5~0.75m，因此，土钉的竖向间距1.0~1.5m，水平间距可以相同，也可以不同。

土钉的倾角（向下）一般10º~15º，最后一排土钉宜采用较大的倾角（20º-25º）。以便对深层土体进行加固。 （2）土钉长度（如图4） L1L2θ滑裂面45°+Φ/2L1—自由段L2—锚固段L=L1+L2图4 土钉长度 土钉长度L按下式计算确定。确保在水土压力作用下不致被拔出。 L≥L 1+ L 2=L 1＋kN/πd0τ 式中：

L——土钉最小长度；

L 1——土体滑裂面以内的土钉长度。可按图示中45º＋υ/2假定滑裂面再超过1.0m，

求出L1，（υ取各土层的加权平均值）；

k——土钉抗拉拔安全系数，取1.5~2.0，浅基坑取小值，深基坑取大值； d0——土钉注浆体的直径（取d0=1.2~1.8土钉直径）；

N——由土体自重及地面超载所引起的侧向压力使土钉产生的抗拔力（拉力）。

N=P×Sh×Sv/Cosθ

P——土钉位置处水土压力的分布值（kN/㎡）； θ——土钉的倾角（水平面向下的角度）； Sh——土钉的水平距离（m）； Sv——土钉的竖向间距（m）；

τ——土钉注浆体与土体之间的单位摩阻力，即粘结强度（kN/㎡）；

由于软土地层的土体抗剪强度较低，故土钉长度应略长一点，一般可取基坑开挖深度h的1.5~2.0倍。

（3）土钉的直径 可按下式估算：

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A≧

1.1Nfyk4

A=πυ2/4 （钢筋） υ=



式中：A——土钉的截面积。一般取Ф22或Ф25变形Ⅱ级钢筋；也可用Ф48×3.5的

Ⅰ级钢钢管。二者可相互代换。

N——一根土钉所承受的抗拔力（kN）

fyk——钢材抗拉强度标准值（按砼规范取用）（N/㎜2） （4）土钉的间距 Sh和Sv

土钉的主要作用有三：①承受作用在面层上的水土压力，将其传到稳定的地层中； ②约束边坡土体的变形，形成一个整体变形的重力坝；③提供注浆加固的注浆孔。

竖向间距Sv和水平间距Sh的乘积就是一个土钉所负担的承压面积。在高水位的软土地层中，水、土压力比较大，故土钉间距应略小一点；一般可按间距1.0~1.2m来考虑，这和注浆的影响半径（0.5~0.75m）也比较一致。因此，Sh和Sv二者可以相同，取1.0~1.5m为宜。 4.2 面层设计

面层设计可先从构造上加以确定（前已述及），然后进行强度复核，是否满足要求。 （1） 无防渗帷幕时

复核时，面层可以看成是一个以土钉为支点的多跨连续梁，作用在连续梁上的荷载为水、土侧压力和地面超载引起的侧向压力，按连续梁求出最大内力，按受弯构件复核强度及网片配筋。

再以一根土钉所能承受的极限荷载验算土钉与面层联接部位的抗冲剪能力，按砼构件抗冲切的有关公式计算。

（2） 有防渗帷幕时

需要说明的是，在复合土钉支护中，由于采用搅拌桩止水并且协助土体自立，面层受到的土压力有所减小，可能承受的外力更多的是静水压力。因而验算时可只用静水压力作强度复核即可。有时，甚至不作砼面层，仅用钢筋网片与土钉相联就可以了。 4.3 抗渗设计

（1）根据具体工程的地下水位及土质条件，土体渗透性如何，先决定是否需要设置防渗帷幕？经验表明，当基坑开挖深度小于3.0m，土体渗透性较小（通常k＜10-5cm/sec）时，另外基坑周围管线和建筑物对地表变形不敏感，对这一类浅基坑可不作防渗惟幕，而直接采用一般性土钉支护。

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（2）采用水泥土搅拌桩作防渗惟幕的抗渗设计 当基坑开挖深度大于3m小于6m时，基坑坑底处于粉土、粉质粘土、粉砂地层时，另外坑外地下水位较高，水位下降可能导致周边管线和建筑物的破坏，此时可采用单排水泥土搅拌桩（桩径700㎜）形成封闭防渗墙。 当基坑开挖深度大于6m小于7m时，可采用双排水泥土搅拌桩（1200㎜宽），除了隔水，还可提高基坑支护的整体稳定性和坑底稳定性。 qhwD图5 抗渗流验算 验算公式： Ks=ic/i 其中：ic——坑底土体的临界水力梯度，由坑底的土性确定， ic=（Gs-1）/（1+e） Gs——坑底土颗粒的比重 e——坑底土颗粒的天然孔隙比 i——坑底土的渗流水力坡度，i=hw/L

hw——基坑内外土体的渗流水头（m），取坑内外的地下水位差 L——最短的渗流路线总长度 L=ΣLh+mΣLv

ΣLh——流径水平段总长度（m），可取帷幕的宽度 ΣLv——流径垂直段的总长度（m）

m——流径垂直段换算成水平段的换算系数，可取m=1.5 Ks——抗渗或抗管涌安全系数，Ks=1.5~2.0。

4.4 稳定性验算

土钉挡墙的稳定性验算又可分为①内部稳定性；②外部稳定性；③整体稳定性；④底部稳定性验算。到目前为止，对土钉挡墙的稳定性验算方法尚未完全一致。

4.4.1 内部稳定性验算

所谓内部稳定性验算，是假定滑裂面穿过部分或全部土钉。这种情况多发生于施工过程中（刚开挖一层土方尚未安设土钉及面层时），滑裂面有可能通过坡脚（如图6）。

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验算方法：按圆弧滑动法，采用条分法，计算出相应的安全系数。此时可计入上部土钉的影响。 qΔiWi潜在滑裂面αi图6 内部稳定性 计算公式： [(WiQi)cositgjKn Cjicosi[(WiQi)sini](sinktgjcosk)Rk]Sh 式中： （kN/m3） Wi——第i土条的土体自重；（kN/m） Qi——第i土条的地表超载；

3

i——第i土条的圆弧破坏面切线与水平线的夹角； ； i——土层内摩擦角（º）； Cj——土层内聚力（kPa）

； i——土条宽度（m）

K——第k排土钉轴线与破坏面切线之间的夹角；

RK——第k排土钉的最大抗拔力 RKd0l2

， Sh——土钉的水平间距（m）

Kn——安全系数，取1.25~1.30。

4.4.2 外部稳定性验算

所谓外部稳定性验算，是将由土钉加固的土体（面层、土钉、注浆加固范围的土体）视作一个重力式挡墙。承受该墙后的水、土压力，验算整体抗滑、抗倾覆的安全系数。

验算公式： 1．

抗滑移安全系数（图7a）

Kh=

2．

GEpEa （Kh不小于1.2）

抗倾覆安全系数（图7b）

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Kq=G0.5BEpHpEaHaq （Kq不小于1.5） q1/3H0WTEW00.5BE(a)整体滑移图7 外部稳定性(b)整体倾覆 式中： G——土钉加固范围内的土重和地表超载； Ea——土钉加固土体墙后主动土压力； Ep——土钉加固土体墙前被动土压力； ha——主动土压力合力作用点距转动支点的垂直距离； hp——被动土压力合力作用点距转动支点的垂直距离； ——tg； B——加固土体计算宽度（m）。 计算时，重力坝的宽度，对无水泥土桩的土钉墙，可取墙宽B=0.7L（L为各土钉长度加权平均值的水平投影长度）；对于有水泥土搅拌桩的土钉挡墙，可取B=0.85L。 计算表明，整体抗倾覆Kq比较容易得到满足，而整体抗滑移Kh却不容易满足。原因是：①在软土地层中，墙后水、土压力比较大；②软土地层中，墙底部摩擦力比较小。 对此，可采取以下措施： ① 局部加长1~2排土钉，借助墙外部分土钉的拉力来抗滑移； ② 将最下面一排的土钉倾角加大； ③ 将水泥土桩的抗剪强度计入抗滑因素。 4.4.3 整体稳定性验算 所谓整体稳定性是指基坑开挖达到某一深度，土钉及面层施作完成，研究边坡作为一个整体，验算其产生滑动的可能性。 验算过程：（见图8） ① 计入土钉、面层等因素的影响，搜寻最危险滑裂面，仍按圆弧滑动法进行，计算出相应的安全系数，通常小于1.0； ② 计及在滑裂面以外土钉的抗拔力，对抗滑力矩的有利影响； - 12 - ③ 计及水泥土桩的抗剪强度对抗滑力矩的有利影响。 qW1C1,υRkαi1C2,υ2图8 整体稳定性验算公式： (CiDi)i(sinKtgicosK)RK(WQ)costgVcostgiiiiiiicosSihK

[(WiQi)sini]式中：

WiQi——（无搅拌桩处）作用于第i土条的土体自重和地表超载；

Vi——（有搅拌桩处）作用于第i土条的土体自重和地表超载的和；

i——土条圆弧破坏面切线与水平层的夹角；

i——第i条土条宽度；

iiCi——土条i圆弧破坏面所处第j层土层的内摩擦角和内聚力； Di——第i水泥土搅拌桩土条的内摩擦角和内聚力；

； RK——第K排土钉的最大抗拔力（RK=πd0L2τ）

K——第K排土钉轴线该处破坏面切线之间的夹角；

Sh——土钉的水平间距；

K——安全系数，取1.25~1.30。

4.4.4 底部稳定性

只有软土地层的土钉墙才存在底部稳定性问题。底部稳定性的验算内容包括： ① 墙底土体的承载力 ② 坑底土体的隆起

③ 坑底附近水泥土桩的强度 ①墙底土体的地基承载力复核

基坑开挖之前，土体处于三维受力状态，开挖以后，在边坡上，在坑底附近土体处于二维受力状态，受力状态的改变，土体强度的削弱，墙体底部土体在墙体自重作用下失去承载力的可能性是很大的。为此，须验算墙底土体的承载力，使之满足：

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KZ2DNqCNc1.2

1(h0D)q式中： 1——坑外地表至围护墙底各土层的加权平均值（kN/m3）

2——坑内开挖面以下至围护墙底，各土层天然重度的加权平均值 h0——基坑开挖深度（m）

D——围护墙在基坑开挖面以下的入土深度（m） q ——坑外地面荷载（kPa）

Nq、Nc——地基土的承载力系数，根据围护墙的地基土特性计算

Nqetgtg2(450.5) Nc(Nq1)tg

C、υ——坑底土体的粘聚力（kPa）和内摩擦角（°）。 ②基坑底部抗隆起的复核

验算坑底隆起稳定性的方法很多，可以方便的采用稳定系数法： NSh0qSu＜6.0 式中：γ——坑外土体的重度加权平均值（kN/m3） h0——基坑开挖深度（m） q ——坑边地面超载（kPa） Su——墙体土体与水泥土桩抗剪强度的加权平均值（kPa）。 ③坑底附近的水泥土桩破坏复核（图9） qqq1抗冲剪验算抗弯折验算图9 水泥土桩底部强度验算 水泥土桩既是防渗帷幕，又是开挖面的临时支护，当开挖至下一层而还没有施作土钉及喷射混凝土面层时，已暴露出来的水泥土桩发挥临时支护作用，防止幕后的泥土被挤出。为此，要验算水泥土桩发生冲剪和弯折破坏的可能性。  抗冲剪：KC2BCU0V2.0 Q(Ka(h0q)2C)(SV0.5B)- 14 - 式中：B——为防渗帷幕墙的宽度（m）；

Cu0——水泥土搅拌桩的抗剪强度； Cu0=（0.2-0.3）fcu

fcu——为水泥土桩无侧限抗强度，可取0.8∽1.0Mpa； C——土体的凝聚力（kPa）； γ——土体的天然重度（kN/m3）； Sv——土钉的竖向间距（m）； h0——基坑的开挖深度（m）； Ka——主动土压力系数，Katg2( 抗弯折：a0h0q1(3440.5)。

SVi0.5)2 ＜0.5 fcu BS3 l0h0q1(Vi0.5)2＜0.1 fcu

4B式中：σl——水泥土的拉应力；γ0——水泥土搅拌桩的重度（kN/m3）；

σa——水泥土的压应力；Svi ——靠近坑底的土钉竖向间距（m）。

4.5 复合土钉基坑支护设计举例 1、工程概况

某工程位于上海黄浦区老西门地区，有1层地下室，基坑开挖深度5.4m，饱和软土地基。周围环境复杂，对位移要求严格。经比较，决定采用复合土钉墙支护。 2、工程地质条件

层 ① ② ③ ④ ⑤ 填土 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粘土 土名 厚 （m） 2.1 1.8 1.7 3.7 10.3 ω （%） 33.4 40.6 50.5 γ （kN/m） 18.5 17.5 16.5 3c （kPa） 23 12 14 ф （°） 18 20.50 10.5

地下水位：地表下0.60m。 3、基坑支护方案

（1） 止水惟幕：采用一排搅拌桩（宽0.7m，深11.4m）

（2） 土 钉：5排，用ф48×3.5钢管，钉长分别为：9m、9m、6m、6m、6m；深度

位于地表下1.2m、2.2m、3.2m、4.2m、5.2m。（见图4.5-1）土钉水平间距1.0 m。

- 15 -

-0.601.01.01.01.01.2h0=5.4015°0.6-6.0020°0.2 L=9.0m土钉2 L=9.0m土钉3 土钉4 L=6.0m L=6.0m土钉5 L=6.0m土钉1搅拌桩-12.000.7例题图4.5-1 某基坑土钉支护方案示意 4、土钉设计 4．1土钉长度计算 L≥L1+

式中：

L——土钉最小长度（m）

L1——土体滑裂面以内的土钉长度。

按图示（见图4.5-2），求得： kN d01.2h0=5.40AB=15°CL1L2假定滑移线B45°+υ/2例题图4.5-2 土钉长度计算图示 取C=23 kPa，ф=18° ACtg(9054)0.727 ABACAB0.727(5.41.2)0.7273.05cm L1AC3.053.053.16(m) CosCos150.965取L13.50(m) L2的计算步骤如下： 先P→N→L2

- 16 -

土钉位置处水土压力的分布值P： 主动土压力系数

18Katg2(45)tg2(45)(0.726)20.528（取0.55）

22Ka0.5280.726

主动土压力强度Pa(qrihi)Ka (20185.4)0.55 64.46(kPa)

坑底处(土压力最大处)的土钉所受到的土压力,即为: P64.46(kNm2) 由土钉承担的抗拔力N

NPShSv ，取Sh=SV=1.0（cm） Cos64.461.01.064.4666.8（kN）

Cos150.965 代入公式: L2KN d0取K1.5，d02.0d2.04896mm 70(kNm2) 得: L2可求得:

1.566.8100.24.75(m)

3.40.0967021.1LL1L23.54.758.25(m)取:1-2排土钉，长度为9m； 3-5排土钉，长度为6m。（可）

4．2土钉直径计算。所需钢管截面积为：

A1.1Nftk （ftk——钢材抗拉强度设计值，取205MPa） 1.166.8358.4（mm2）<（489mm2为钢管Φ48×3.5的截面积） 205表明用Φ48×3.5钢管可满足要求。 5、面层设计

因本例中采用水泥土搅拌桩作防渗帷幕，故面层受到的土水压力有所减小，可采用一般构造措施：

钢筋网片Φ6@150，双向，上压Φ16mm加强筋，网片与土钉端部点焊，喷射100mm厚

- 17 -

的C20砼。

垫板300×300×15mm，再以螺帽拧紧。 6、抗渗设计

本工程地下水位在地表下0.6 m。 按下式验算：（图4.5-3） 0.6m例题图4.5-3 抗渗验算D=6.0 m0.5mh0=5.4m Ks ici0 iGs1h ； iw 1el 式中：Gs——坑底土比重（取Gs2.70） e ——坑底土天然孔隙比（取e0.93）

hw——坑内外地下水位差（hw5.3m） l ——渗流总长度

llhmlv0.71.516.325.15(m) 代入， ie i2.710.88

10.935.90.235 25.150.883.75＞1.5（满足） 0.235 得： Ks7、内部稳定性验算

假设在施工过程中，有可能通过坡脚产生滑动。此时，只考虑上部二排土钉参与工作，验算其稳定性。

- 18 -

方法：按圆弧滑动法，求出不利滑裂面，分别求出下滑力和抗滑力，验算其安全系数（Kn≮1.25） 潜在滑裂面1.01.2θβk假定滑移区第一排土钉第二排土钉5.4mα45°+υ/2例题图4.5-4 内部稳定性验算图示 图中参数（实测值）： W——滑裂面内的土重 W15.43.51.018170（kN） 2 q——滑裂面内的地表超载 q203.51.070（kN） α——滑裂面线与水平线夹角（62º）

β——土钉轴线与滑裂面线之间的夹角（75º） θ——土钉倾角（15º） c——土体内聚力（23kPa） d——土体内摩擦角（18º） 计算公式：

滑动力：(Wq)sin(17070)sin62211.9（kN） 抗滑动力： ①土、地表超载：

(Wq)costg(17070)cos62tg182400.4690.325 36.6(kN) ②土内聚力： ③土钉：

C233.51.080.5171.6（kN） coscos620.469(sintgcos)RK

Sh RKd0L23.140.0984.7570102（kN） 代入，

- 19 -

(sin75tg18cos75)1021.0(0.9660.3250.259)102

1.058(kN)考虑上部二只土钉受力。 计算安全系数 Kn36.6171.65821.53＞1.25（满足）

211.98、外部稳定性验算

将加固土体视作一重力挡墙，验算抗滑移、抗倾覆安全系数。 8.1抗滑移（图4.5-5） 1.01.25.4土压力1.01.01.0Ea20°Karh6m坝体计算宽度,取0.85L=6.12m例题图4.5-5 外部稳定性验算图示 Kh(Wq)Ea W5.46.121.018594.8(kN)q206.121.0122.4(kN)tgtg180.325Ea11Kahh0.55185.45.4144.3(kN)22

代入：Kh8.2抗倾覆

0.325(594.8122.4)1.6＞1.2（可）

144.3 Kq 式中，

0.5B(Wq)

Eaha- 20 -

B6.12(m)Wq594.8122.4717.2(kN) Ea144.3(kN)1ha5.41.8(m)3

代入： Kq9、整体稳定性验算

0.56.12717.22194.68.45＞1.5（可）

144.31.8259.7 指基坑开挖到底，土钉及面层施工完成，此时，将土钉支护作为一个整体，并考虑土钉、搅拌桩参加工作。（图4.5-6）

q=20kPa0.71.01.01.00.71.21.015°α5=66°搅拌桩滑动面β5=75°土钉α4=54°1,Lβ4=7=9m,L2=40°.3mα3=45°β3=64°土钉2,L=9m土钉,L2=α2=36°3,L=4.8m6m,L2=3.α1=30°β2=56m20°4°土钉4β1=5,L=6m,L20°=4.4m土钉0.75,L=6m,L2=5.6m5.41.01.01.0例题图4.5-6 整体稳定性验算图示图中各参数如下：（实测值） 土条 参数 土条自重（W）(kN) 地表超载(kN) 夹角（α）(°) 土钉夹角（β）(°) 锚长L2(m) 75.6 14 30 50 5.6 81 20 36 54 4.4 63 20 45 64 3.6 45 20 54 70 4.8 12.6 14 66 75 4.3 1 2 3 4 5 取:φ=18°，V=20 kN/m3，C=23(kPa)，δ=0，D=60（kPa）

9.1抗滑力

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序号 1 ○ 土条 小计 1 2 3 4 5 (Wq)costg 61.5(kN) 1010.81830.707650.5880.32526.6 26.60.4073.5 0.32519 0.32512.4 0.3252 ○Vcostg 0 89.60.866 00 3 ○(CD) cos18842（kN） 0.866 48.5 230.81 28.4230.707 32.5230.588 39.10.940.325 0.3420.65103.4 16.10.407 39.64 ○(sintgcos) 00.6420.810.6420.325 0.8990.325 0.5870.4380.850.7377.6 0.9660.325 0.2590.5792.7 52.8 5 ○6 ○RKd0L2 4×○5 ○ 120.7 94.8 330.277.5 （kN） 80.6 56.6 67.2 总计：○1+○2+○3+○6=579.7(kN)

9.2滑动力

小计 1 44.8 2 59.4 3 58.7 4 52.6 5 24.3 (Wq)sin 239.8（kN）

9.3整体稳定性安全系数：

K抗滑力抗滑力

579.72.41＞1.30（满足） 239.8 10、底部稳定性

10.1墙底土体地基承载力复核

- 22 -

验算公式： KW 式中

2DNqCNC1.2

1(h0D)q 2——坑内土层重度加权平均值（取2=17kN D ——墙入土深度（D=6m） Nq——地基土承载力系数 取15C13kPa

m3）

Nqetgtg2(45

215e0.84tg2(45)

2e0.841.702.3161.703.94) NcNq1tg3.94110.97 0.268 1——坑外土重度（取1=18 kN/m3） q——地表超载（取q=20 kN/m2） h0——开挖深度（取h05.4m） 代入

KW1763.941310.97401.9142.62.4＞1.2（安全）

18(5.46)20225.210.2基坑底部抗隆起复核 公式 Ns 式中

——坑外土重度（取=18 kN/m3） h0——开挖深度（取h05.4m）

Sh——土体与搅拌桩抗剪强度加权平均值（取Sh=20kPa） 代入 Ns185.420117.25.86＜6.0（可）

2020h0qSh＜6.0

10.3坑底附近水泥土桩破坏复核 ①抗冲剪（见图9a） Kc 式中

B——搅拌桩宽度（B=0.7m）

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2BCu02.0

[Ka(h0q)2C](SV0.5B) Cuo——搅拌桩抗剪强度（取0.2fcu0.2800160kPa） C——土体内聚力（取C14kPa） SV——土钉竖向间距（取SV1.0m） Ka——主动土压力系数（取Ka0.55） 代入

KC20.7160[0.55(185.420)214](10.50.7)

2244.55＞2.0（满足）

36.461.35 ②抗弯折（见图9b） a0h0S3q1(V0.5)2＜0.5fcu 4BS3 l0h0q1(V0.5)2＜0.1fcu

4B 式中

0——水泥土重度（取020 kN/m2） SV——靠近坑底的土钉竖向间距 q1——坑底处搅拌桩墙后的土压力强度 q1h0Ka185.40.5553.46 kN/m3 代入， 受压：a205.4

31.053.46(0.5)2 40.7108149257＜0.5×800=400（kPa）（可）

31.00.5)2 受拉：l205.453.46(40.7

10814941＜0.1×800=80（kPa）（可）

（例题完）

五、基坑土钉支护的施工技术

施工流程：施工放样→防渗惟幕→降水→挖土→修土坡→钻土孔→放土钉→第1次注浆→挂钢筋网→锚头→喷砼→挖下层土„。 5.1 施工降排水

（1） 土钉支护基坑宜采用井点降水，明排水（坑内和地表）及面层排水相结合的排

水系统；

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（2） 对于开挖深度大于3.0m的基坑，宜采用井点降水，降低坑内水位，以利于坑

底稳定和施工，水位应降至开挖面以下0.5~1.0m；

（3） 坑周地表应加以修整、封闭，防止地表水渗入地下或流入基坑内；

（4） 排除坑内积水，应设置排水沟、集水井，深度为1.0~1.5m，其位置设在转角等

危害较小处；

（5） 渗水量较大影响面层施工时，可以埋入塑料导水管，等面层凝固后再将导水管

封闭。

5.2 挖土

（1） 土方开挖应与土钉布置相协调，分层挖土，分层厚度与土钉竖向间距相一致，

严禁超挖；

（2） 对于长大基坑，应分段挖土，分段土钉施工，分段长度一般20~30m； （3） 对于面积很大的基坑，可以采用岛式开挖方法。沿围护四周分层分段挖成沟槽，

沟槽宽度6~8m，沟槽挖到坑底还有最后一层土钉后，再挖除中心岛； （4） 基坑底部留0.1~0.2m用人工挖除，以减少对基坑底部的扰动；

（5） 开挖后发现土层特性与原提供地质报告不符或有重大地质隐患，应立即停止开

挖，并与设计方协商，采取相应补救措施；

（6） 机械挖土时，严禁超挖或造成边坡松动。基坑的边坡宜采用小型机具或铲锹进

行切削清坡，以保证边坡的平整并符合设计规定的坡度；

（7） 尽量减少土坡的暴露时间，对自稳能力差的土体，如含水量高的粘性土、淤泥

质土及无粘结力的砂土，应立即进行支护，对于易坍塌土体可采用如下措施： a. 开挖后应立即喷射混凝土面层，待凝固后再钻孔或打入锚杆； b. 在作业面上先铺设预制或现场焊接的钢筋网片或竹笆、木板； c. 减少分段长度；

d. 开挖前预先打入竖向钢管或钢筋，或采用注浆等超前加固措施。

（8） 已施作水泥土搅拌桩防渗帷幕的工作面，当挖深小于4.0m时，可暴露24小时，

当开挖大于5.0m时，应在12小时内完成支护。

5.3 水泥土搅拌桩防渗帷幕

（1） 水泥土搅拌桩防渗帷幕施工按照现行规范、规程有关规定执行；

（2） 防渗帷幕采用连续搭接的施工方法，严格控制桩位和桩身的垂直度，并确保足

够的搭接长度和形成连续的墙体；

（3） 防渗帷幕宜采用双头、三头及多头搅拌桩机，单排搅拌桩宽度700㎜，搭接处

最小宽度不小于200㎜；

（4） 桩位误差不大于50㎜，桩身垂直度误差不大于1%；

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（5） 水泥浆的水灰比宜在0.45~0.50之间，并适合泵送；

（6） 成桩采用二次喷浆、三次搅拌工艺，第一次搅拌喷浆60%，第二次搅拌喷浆

40%，喷浆时提升速度不大于0.5m/min；

（7） 搅拌桩施工宜连续作业，相邻桩的施工间歇不应超过12~16小时； （8） 压浆速度应与提升速度相配合，确保额定浆量在桩身长度范围内均匀分布； （9） 开挖期内对桩身的强度和水密性进行检验，对于漏水点及时进行修补； （10） 防渗帷幕水泥土搅拌桩完成二周后方可进行基坑2.5m以下深度大面积开挖。 5.4 土钉的设置

（1） 在粉质粘土层中，用轻便钻机或洛阳铲人工凿孔，在孔中置入土钉，并应采用

两次注浆工艺；

（2） 沿土钉每2500~3000㎜设置居中定位托架，使注浆体将杆体包裹起来；对于易

液化地层，应采用静力顶入，用锚管作为注浆管，宜进行两次注浆； （3） 锚管每隔500~800㎜设置直径5~10㎜的出浆孔，所有出浆孔面积的总和应不

宜超过锚管口径面积的30%，锚端部位2m内不布置出浆孔； （4） 出浆孔应用倒刺或胶布覆盖，形成单向阀；

（5） 土钉定位误差上下左右均小于150㎜，倾角误差小于3º；

（6） 土钉（或锚管）置入后，应立即进行注浆并封闭，以避免水土流失； （7） 对于环境要求较高地段或不宜采用振动方法打入土钉，如砂性土严重地层宜采

用自钻式土钉。

5.5 土钉注浆

（1） 大面积注浆作业前，应在现场进行注浆工艺试验； （2） 注浆泵必须压力恒定，并进行注浆量和压力计量；

（3） 尽量采用两次注浆：第一次注水泥砂浆，第二次注纯水泥浆，其配合比如下：

注浆次序 浆液 42.5硅酸 盐水泥 第一次 第二次 水泥砂浆 水泥浆 1 0.4~0.45 水 砂 （d<0.5㎜） 0.3 无 0.035 0 早强剂

（4） 注浆压力取0.5~0.8 Mpa，流量不大于5l/min；

（5） 注浆量按土钉长度计算视地层情况确定，水泥用量约为25~50㎏/m； （6） 注浆前应将孔内或管内排除泥水；

（7） 当注浆量超过预计量时，应认真检查周围管线情况（尤其是下水道），有无窜

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浆。

5.6 喷射砼面层

（1） 按设计要求绑扎钢筋网片，钢筋定位误差小于20㎜，网片钢筋可以绑扎或 点焊，均要求符合混凝土结构设计规范的要求，相邻两钢筋接头错开500㎜以上；

（2） 网片钢筋应牢固固定在边坡上，不应出现晃动； （3） 横向、竖向或斜向联系筋应与土钉头部焊接牢固；

（4） 井字型或三角形托架与土钉头焊接，焊接长度大于等于30㎜；

（5） 喷射砼作业应按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）要求执行； （6） 材料：

水泥：优先选用普通硅酸盐水泥，也可用矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥，必要时用特种水泥，强度等级不得低于42.5；

砂料：中砂或粗砂,细度模数宜大于2.5，含水量宜控制在5~7%； 石料：料径不宜大于15㎜；

外加剂：掺加速凝剂，使喷射混凝土初凝小于10min，终凝小于30 min； 水：不得使用污水或PH值小于4的酸性水。 （7） 配比：

水泥与砂石的重量比宜为1：4~1：5 砂率宜为45~55%； 水灰比宜为0.40~0.45；

速凝剂掺量通过试验确定，通常水泥用量的3~5%。

（8） 喷射作业分段分片依次进行，喷射顺序自下而上，一次喷射厚度70~100㎜， 对于坡面有渗水地段应先作引排水处理；

（9）喷射手应经常保持喷头具有良好的工作性能，喷头与受力面应垂直，宜保持0.6~1.0m的距离，喷射混凝土的回弹率不应大于20%； （10）机具设备：

混凝土喷射机：能力为3~5m3/h，输料距离水平间不大于100m，垂直不大于30m。 空压机：应满足喷射机工作风压和耗风量的要求，风量不小于 6 m3/ min，市区施工尽量采用电动空压机。

输料管：应能承受0.8 Mpa以上的压力。

供水设备：应保证喷头处的水压力为0.15~0.20Mpa。 5.7 垂直锚管（微型桩）施工

（1） 根据设计图纸要求，沿基坑开挖线采用振动法或钻孔法打入垂直锚管或型钢等

微型桩；

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（2） 垂直锚管应预先开设泄浆孔，泄浆孔孔径为10~15㎜，布孔长度不大于3m； （3） 垂直锚管可进行压力注浆也可不进行压力注浆，采用灌浆方法； （4） 注浆采用纯水泥浆，水灰比0.50~0.55，注浆压力0.5~0.8 Mpa； （5） 土钉应与垂直锚管焊接，并用连系筋与喷射混凝土钢筋网连成整体。 5.8 预应力锚杆（斜向）

（1） 预应力锚成孔采用煤电钻或工程地质钻机成孔，孔径一般100~150㎜； （2） 注浆应采用二次注浆，注浆要求与土钉注浆要求相同；

（3） 槽钢围檩安设：土锚钢管端部应焊接螺杆，或采用自钻式锚杆，螺杆应用螺

母与槽钢连接；

（4） 在水泥浆体达到规定养护龄期后，用千斤顶张拉，达到设计要求荷载1.1~1.2

倍后锁定；

（5） 对于简易土钉锚，可采用将土钉锚与槽钢焊接方法锁定。 5.9 垂直预应力锚施工

施工步骤：定位→成孔→吊放钢筋和注浆管→填灌碎石→注浆（浆液配制）→拔注浆管→张拉、锁定。

（1）定位：按设计要求钻机就位，校正垂直度，为防止串浆、抱钻，采用跳打施工。 （2）成孔：采用工程地质钻机成孔，钻孔时可采用清水或自造泥浆护壁，钻到设计标高后清孔，直至孔口泛出基本为清水为止。

（3）吊放钢筋和注浆管：尽可能一次吊放钢筋锚杆，并插入二根注浆管，施工时应尽量缩短钢筋吊放和焊接时间。

（4）填充碎石：碎石应计量投放，填入量约为计算体积的0.8~0.9倍，在填满过程中始终用清水注入。碎石中有石粉含量必须全部过筛，用水清洗，碎石直径25~40㎜。

投石可分两次投石，先投一次约为总量的60%，在注浆过程中碎石沉降后，再投注一次。

（5）注浆：采用二次注浆工艺，应在一次注浆初凝之后进行二次注浆，间隔时间小于4h；

第一次注浆压力可取0.3~0.5 Mpa 第二次注浆压力可取1.0~1.2 Mpa

注浆配合比，水：水泥：砂=0.55：1：0.3，也可不用细骨料。

（6） 拔注浆管：一次注浆管边注浆，边拔管，注浆管应保持浆液面以下。 （7） 预应力张拉、锁定：注浆后约14天，即达到设计强度70%后，方可张拉。按

设计要求预应力张拉至设计值1.1~1.2倍后锁定。

- 28 -

5.10 质量控制

（1）按现行规范有关要求控制水泥土搅拌桩的质量；

（2）根据需要，进行土钉抗拉拔试验；拉拔试验不应利用工作土钉，拉拔试验数应为每典型土层三根，试验步骤按CECS96：97规程执行；

（3）喷射混凝土，每喷50~100 m3混合料或小于50 m3的混合料的施工工程选一组度块试验，在标准养护条件下养护28天，用标准试验方法测得的极限抗压强度，乘以0.95系数。

5.11 基坑工程监测及环境影响的控制

（1） 基坑内外地下水位；

（2） 基坑支护的水平位移和沉降； （3） 边坡深层位移量测；

（4） 管线、建（构）物沉降及水平位移量测。

六、土钉支护技术应用（设计、施工）中的几个问题

6.1 土钉范围的场地勘察不细

一般工程的地质勘察报告，其勘察范围多局限在拟建建筑物红线内部。当采用土钉支护基坑时，土钉往往布置到红线以外。而红线外的工程地质、水文地质、周围管线、周围建筑物及其基础勘察资料往往缺少，绘土钉设计时土体参数取值、如何避免与市政地下管线相碰带来困惑。由此造成设计失误，甚至发生基坑失稳、倾塌。因此，必须强调在确定采用土钉支护方案后，对相应场地要作必要的详细补勘。如：相邻有高层建筑，就要了解桩基种类及基坑支护方法，相邻地区是否有回填土，基坑周边塔吊设置方法，周围地下管线（上水、电、煤气、通讯、污水）埋设位置、深度、年代、管道接头型式，甚至阀门位置，有无发生渗漏等等。 6.2 土钉超越红线

土钉超越了红线，侵犯了相邻地块及市政道路的土地使用权，造成“土钉污染”。当地建设行政部门一般规定基坑围护不准出红线。对此，解决的方法可以是用非金属土钉取代金属土钉，另外，经过同济大学等单位研究与实践已摸索出一种方法：采用不打入水平土钉，改用垂直土锚的方法。即水泥土墙加锚围护结构（见图10）。

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-0.60-6.00搅拌桩锚杆＠1500-12.00暗墩-20.60图10 搅拌桩加垂直锚杆围护结构 工程实践表明，这种支护结构中搅拌桩的宽度只有重力坝的搅拌桩宽度的60%，但增加的竖向预应力锚杆提供较大的剪力，弥补了搅拌桩滑移的不足；预应力锚杆是偏心设置，提供了较大的抗倾覆力矩，也弥补了搅拌桩抗倾覆的不足。减小了水泥土受拉区的应力。效果很好。 6.3 基坑位移较大

按照支护结构功能，必须满足稳定性和变形两方面要求。变形设计应得到重视。 通常情况下，设计合理、施工工艺得当，复合土钉挡墙的位移量要小于水泥土重力坝的位移量，一般控制在0.5~1.0%H（H为基坑开挖深度）。

某些工程环境特别复杂，对变形要求严格时，可采用以下措施： （1）适当增加水泥土搅拌桩的刚度和强度，减少开挖应力释放引起的位移；

（2）采用自钻式锚杆取代土钉。由于自钻式锚杆将钻孔、注浆及锚杆张拉三者结合起来，不会引起水土流失，且很方便地施加预应力以限制沉降和位移。 6.4 地下水对土钉支护的影响

调查发现，大多数失事的土钉支护都与地下水影响有关。水的来源主要有二，一是墙后土体中的下水道、旧管道的渗漏与积水；另一是地面水的渗透。由于土钉大多为低压注浆，钉——土间的摩阻力对地下水的干扰非常敏感，一经地下水浸泡或渗流，摩阻力下降很快，使土钉支护的稳定性迅速降低。因此，在地下水位高和地表有渗水的场地，特别要做好降水排水防水措施：

（1） 在基坑顶部地面应做砼护顶，并用水泥砂浆堵塞所有缝隙，将基坑边缘地面垫 高，以防地表水流入基坑。

（2） 在边坡底部，喷射砼面层应插入坑底下200㎜。

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（3） 每层作业时，在坑内设置排水沟和集水井，用潜水泵及时将积水排出，以免浸泡坑壁。施工过程中，有可能出现层面渗水，引起砼面层开裂脱落。可用υ60~100，长300~400㎜的短塑料管插入坡面，以便将喷射砼面层后的水排走（间距和数量随水量而定）。 6．5 注浆方法的选择

注浆质量是保证土钉（和锚杆）抗拔力的关键。注浆结果如何直接决定着土钉支护的质量。因此，对注浆设备及注浆参数控制都要作仔细的研究。

（1） 注浆设备

主要有两种类型：一为活塞式注浆泵，一为挤压式注浆泵。由于活塞式注浆泵能产生恒定、持续压力，注浆量较大，每孔的出浆均匀性较好，宜于选用。

（2） 注浆方法

可分内管式和外管式二种。内管式即在钢管土钉（一般用υ48×3.5㎜Q235钢管）内伸入一较细的注浆管（一般υ15㎜）至钢管底部，由内向外注浆；而外管式注浆是用一较粗的软管套在土钉管头部，向钢管内注浆。实践表明，内管式注浆的效果较好。

（3） 钢管土钉开孔

通常的做法是在钢管上双向开孔，孔径5~8㎜，孔上覆倒刺。孔距布置建议如下：对于9m及9m以上的锚杆，在靠近开挖面的一端1.0~2.0m范围内不要开孔，然后间距2.0m左右向下开孔；对于9m以内的土钉管，间距缩短为1.5m左右。这样开孔使得出浆在土钉中部较饱满，两端较少，呈橄榄形，符合土钉的受力要求。

（4） 注浆参数

注浆参数包括浆液参数（配合比、水灰比、外加剂比例）和工艺参数（注浆压力、注浆量）。参考压密注浆的经验，一般采用纯水泥浆，水灰比0.5左右，水玻璃掺入量为水泥重量的1~3%；注浆压力0.3~0.5 Mpa，并要求小于上覆土压力的2倍（没有“封盖层”，容易冒浆）。至于注浆量多少，很难统一规定。合理的方法应是，在大面积施工前，结合环境及土钉的不同情况，进行注浆压力和注浆量试验，如达到下列现象的一种，即可停止注浆：

① 地面有冒浆现象

② 地面有裂缝（搅拌桩与桩后土体间） ③ 相邻孔有回浆流出 ④ 喷射砼面层有凸出现象

⑤ 某一孔的注浆量特别大，压力并不大。可能浆液流入地下管道了。 将停止注浆时的各项数据进行统计分析，即求确定用于本层土钉的工艺参数，用于指导施工。

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6.6 应用中事故分析

在推广应用土钉墙支护的过程中，也出现少数工程基坑失稳破坏。经验与教训值得记取。综合起来，失败的原因主要有：

（1） 对周边环境、地质情况调查不细致

（2） 土方超挖。超挖引起大的位移，管线断裂，大量漏水，土钉受力失效 （3） 注浆工艺不对，注浆量不足 （4） 坑内未降水

（5） 缺少施工监测，信息化施工 （6） 施工单位缺乏土钉墙施工经验 （7） 管理不力

因此，为减少土钉支护事故，必须进行必要的技术培训，加强设计和施工资质管理，坚持信息化施工，专业技术人员深入现场第一线，发现险情及时处理。 6.7 土钉抗拔试验与应力测试 1．土钉抗拔试验

工程正式开工前，先在基坑内开挖一个3m深的试验坑。打入土钉（钢筋、钢管、预应力锚杆）。长度按设计。灌入水泥浆，水灰比0.45。注浆后14天进行抗拔试验。可用yc-100型千斤顶分级加载，用游标卡尺测量土钉头的位移。记录各级荷载下的变形值。荷载达到最大值即为抗拔力。

土钉抗拔试验记录表

土钉位移 张拉（kN） 10 30 50 70 90 1# （㎜） 2# （㎜）

3# （㎜） 4# （㎜） 2．土钉应力测试

为了进一步了解土钉受力情况，可选择有代表性的土钉进行土钉应力测试。土钉距地

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面的距离可分别为2.0m、3.5m、5.0m„，沿土钉长度每隔1.0~1.5m粘贴“应变片”，用电阻应变仪进行测量。监测工作从土钉注浆开始，直到地下室底板浇注完成。分析测量数据可以得到：

① 一根土钉沿长度的应力分布，最大拉力位置； ② 土钉应力随基坑开挖深度增加的变化； ③ 各层土钉的受力状况和变化趋势； ④ 土钉应力的稳定过程。

通过拉拔试验与应力测试，可以检验土钉设计的正确性，并预估出现事故的可能性。防之于未然。

七、工程应用实例

1. 南京玄武湖隧道基坑中的复合式土钉支护。

本工程靠近梁洲一侧的基坑开挖深度近10m，地质条件较差（皆为砂性土，自立性差），故决定采用单排水泥土搅拌桩（直径850mm）作止水帷幕（在搅拌桩中加插8m长的毛竹，间距600）与9排自钻式土钉相结合的支护方案。

完成单位：解放军理工大学工程兵学院 南京市测绘勘察研究院

作 者：段建立、谭跃虎、徐水根、樊有维、陆峰

2. 上海金桥出口加工区某地下车库工程，基坑开挖深度4m，采用微型桩（注浆锚管） 加三排土钉的支护方案。

完成单位：中建八局三公司上海公司 作者：吴德军、凌嘉民、蔡道林

3. 上海某高层住宅楼地下室，基坑开挖深度5.7m，采用单排（直径700㎜）搅拌桩加 五排土钉的支护方案。

完成单位：中建八局三公司上海公司 作者：马军、郗伟丛

以上三个项目的土钉支护技术专题论文附于后面，请详阅。

八、参考文献

1． 2． 3．

中国工程建设标准化协会标准《基坑土钉支护技术规程》（CSCE96：97），1997年，中国建筑工业出版社

《建筑施工》杂志2001年第6期——复合土钉支护技术专辑，上海 《建筑技术》杂志2002年第2期，北京

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4． 5． 6． 7． 8．

上海市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97），上海

段建立等：复合土钉支护在玄武湖隧道基坑中的应用，《建筑施工》2002年第2期

吴德军、凌嘉民、蔡道林：软土地基基坑围护施工实践，《八局科技》2001年第3期

吴正民、李海洋：钢筋砼肋板式锚杆挡墙支护边坡施工技术，《八局科技》2001年第3期

马军等：软土地基基坑搅拌桩加土钉墙支护技术，《建筑技术》2002年第2期

编写：唐九如 打印：段海英 审核：王罡

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