张永坤 裴庆夏

0 引言

土钉墙是在原位土中设置细长、较为密集的金属杆件(土钉)、与土坡表面钢丝网喷射混凝土面层以及被加固土体共同作用形成的可起重力式挡墙作用的轻型支挡结构。在工作机理上土钉墙是通过在土体内设置一定密度的高强的土钉体、与面层及土体三者共同作用，以此来提高土体的整体稳定性、弥补土体抗拉、抗剪强度低的弱点;在施工工艺上采用边开挖边支护、不单独占用工期、施工迅速，土坡易于稳定。因此在基坑及边坡支护中得到广泛的应用。

1 工程实例

1.1 工程概况

该边坡位于某变电站西侧，因需要修进站道路，人工切坡而成，滑坡前为自然边坡，未采取支护措施。由于受持续强降雨的影响，进站道路上下边坡均产生滑塌，危及到了进站道路安全。现拟对进站道路产生滑塌处的边坡进行加固。

1.2 场地工程地质条件

1.2.1 地形地貌及地质构造

场地属剥蚀丘陵地貌，山体自然坡度约25°～35°，斜坡较陡处坡度达55°～65°，坡体上坡残积土覆盖，植被较发育。道路上方局部边坡表层产生滑移、崩塌现象，滑塌区长度约65 m，宽度约30 m，滑塌体厚度约0.5 m～1.5 m，岩性多为残积土。本区域位于闽东火山断拗带中部，区域地质构造主要为早期断裂构造，后期脉体所充填，根据区域地质资料，场地无较大的构造通过，属于地质构造相对稳定区，未见有活动性断裂。

1.2.2 场地岩土体分布特征

根据野外钻探成果分析，在钻探深度范围内地层主要有以下分布:①杂填土:厚度0.40 m～0.80 m。②残积砂质粘性土:厚度为2.00 m～9.90 m。③全风化石英片岩:厚度为 1.30 m～11.30 m。④-1砂土状强风化石英片岩:厚度为2.30 m～34.00 m。④-2碎块状强风化石英片岩:厚度为1.30 m～16.80 m。⑤中风化石英片岩:厚度为1.00 m～3.40 m。

1.3 边坡稳定性分析

拟修复场地边坡岩性中的全、强风化岩以坚硬为主，依据坡残积砂质粘性土土工试验成果，结合野外地质调查及临近工程施工经验综合考虑，本工程采用圆弧滑动法对各控制界面进行计算，本文取一个典型剖面进行计算(采用北京理正边坡稳定计算软件，场地地下水位埋藏较深，因此计算时未考虑动水压力)。根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范表5.3.1中的规定，本边坡为二级边坡，边坡稳定系数K按圆弧滑动法不小于1.25。从计算结果分析:不考虑大气降水作用下安全系数为1.28～1.34，可认为边坡处于稳定状态，但在考虑大气降水作用下，其安全系数为1.02～1.05，小于1.25，应对边坡进行处理。经过计算本工程最危险截面安全系数为天然状态1.024，饱和状态0.783，地震状态0.743。明显小于规范，必须进行加固支护设计。

2 设计方案

根据场地岩土特征及邻近边坡治理经验，采用土钉墙支护方案。坡面高度按14 m考虑，坡顶荷载q0按30 kPa考虑，土钉墙按60°放坡，各土层计算高度依次为②残积砂质粘性土7 m，③全风化石英片岩2 m，④强风化石英片岩5 m。土钉按矩形布置，水平间距2 m，垂直间距第一排土钉距开挖面1 m，其余垂直间距为2 m，土钉杆经初步计算采用直径20 mm的HRB335级钢筋，共设8道，与水平面夹角 20°，第 4，5，6道选用土钉长度为 9 m，其余5道选用8 m。首层开挖深度为3 m，其余各层超土钉位置0.5 m。

2.1 土钉墙内部稳定设计验算

2.1.1 土钉抗拔力验算

按毕肖普条分法确定潜在滑裂面，根据土钉墙设计原理和《建筑基坑支护技术规程》的规定计算如下:以坡脚为计算原点，深度方向为y轴向上为正，水平方向为x轴水平向右为正，潜在滑裂面的圆心在(42.671，49.788)。

土钉抗拔力计算公式:

其中，eajk为第j个土钉位置处主动土压力强度值，kPa(按朗肯主动土压力计算);sxj，syj分别为第j个土钉相邻其他土钉的平均水平、垂直间距，m;αj为第j个土钉与水平面的夹角;ζ为荷载折减系数。

其中，β，φ分别为边坡坡角和内摩擦角。

2.1.2 土钉承载力设计值

土钉承载力设计值计算公式:

其中，γs为土钉抗拔力分项系数，一般取1.3;dnj为第j个土钉直径，m;qsjk为土钉与岩土体极限粘结强度值，kPa(采用表2提供的岩土体与锚固体粘结特征值);lj为第j个土钉破裂面外稳定土体内土钉长度，破裂面与水平面的夹角取(β+α)/2。

每根土钉应满足:

其中，γ0为基坑重要性系数。

2.1.3 土钉自身抗拉强度验算

土钉自身抗拉强度验算公式:

2.2 土钉墙整体稳定性分析

采用圆弧滑裂面条分法进行土钉墙整体稳定性分析:

其中，φ，c分别为土层内摩擦角、内聚力;q0为地面施工荷载;w为土条重量;L为土条在滑裂面处的长度;b为土条宽度;θ为土条的滑裂面中点切线与水平向的夹角;α为土钉水平倾角;dx为推定水平间距;Tn为土钉在滑裂面外的极限抗拉力，Tn=π·dn·qs·lj，参数意义同上。

土钉墙的抗倾覆、抗滑移稳定与重力式挡墙抗倾覆、抗滑移稳定类似，但墙体的宽度和高度由土钉的分布决定，一般是根据最下一道土钉来确定的，将土钉的末端作为墙体的一个角点从而确定了墙体的宽度和高度。

经计算各层土钉开挖的安全系数为 2.20，1.774，1.581，1.539，1.537，1.578，抗滑移安全系数为 3.847，抗倾覆安全系数为10.822。由以上计算的数据均大于规范值，因此该土钉墙支护方案是合理安全的。

3 结语

通过土钉墙支护对边坡的加固，增强了加固范围内岩土体的整体稳定性，对岩土体的滑移起到了很强的约束作用。土钉墙与其他边坡支护方案相比较具有以下优点:能合理利用土体的自承能力;结构轻、柔性大，具有良好的抗震性和延性;施工便捷、安全;施工时不需单独占用场地，对于施工场地狭小、放坡困难、有邻近建筑以及大型设备难以进入的地区，该技术具有独特的优越性;稳定可靠，支护后边坡位移小，支护能力强;费用低，与其他深基坑支护类型相比可降低造价10%～40%。在较陡土质边坡中，土体自身往往无法维持稳定，当无法放缓边坡土钉墙不失为一种较好的支护方式。

［1］闫莫明，徐祯祥，苏自约.岩土锚固技术手册［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.

［4］GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范［S］.

［5］陈忠汉，程丽萍.深基坑工程［M］.北京:机械工业出版社，1999.

［6］陈 岩.土钉墙支护技术在实际工程中的应用［J］.中国煤炭地质，2010，8(22):56-59.

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