1. 土钉支护的适应性 eB<V%,%N#
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土钉适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况。在施工钻孔注浆型土钉时,通常采用分阶段开控方式，每一阶段高度为1-2m，由于处于无支撑状态，要求开挖段土层在施工土钉、面层构件及喷射混凝土期间，能够保持自立稳定。因此,土钉适用于具有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土及弱胶结的砂土边坡。 )5GdvqA
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对标准贯入击数低于10击的矿土边坡,采用土钉一般不经济；对不均匀系数小于2的砂土,以及含水丰富的粉细砂层、砂 /c_kj2& ]9
卵石层和淤泥质土不宜采用。对塑性指数大于20的粘性土,必须评价其蠕变特性后，才可将土钉作为永久性挡土结构。土钉不适用于软土边坡，因为软土只能提供很低的界面摩阻力，技术经济效益不理想。同样．土钉不适宜在腐蚀性土(如煤渣、矿渣、炉渣酸性矿物废料等)中作为永久性支挡结构。 {0A[v}X ~
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另外,土钉墙一般不宜兼作挡水结构,也不宜应用于对变形要求较严的深基坑支护工程。 }l] 3m=)
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2. 土钉支护的概念及作用机理 L!8 - :)0b
土钉支护是由被加固土体、放置在被加固土体中的土钉筋体和喷射混凝土面层共同组成的一种挡土结构。它是在原位土中敷设较为密集的土钉，并在边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层，通过土钉、面层和原位土体三者的共同作用而支护边坡或边壁。 7kX7\[zN
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该工法是岩层隧道施工新奥法的自然推广，两者在支护思路上是类似的，只是作用的基质不同，一个作用在岩中，一个作用在土层中。土钉支护技术较好的解决了开挖过程中的原位土坡以及原有自然边坡的支护问题。土钉与其支护的土体可共同工作，并能形成提高原状土强度和刚度的复合土体。其作用机理主要有以下几个方面： BqLtTo ?'
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（1）增强土体强度作用。对于大多数的土(除某些软土)，土钉与土体、面层构成复合结构体，其抗滑移强度比原状土大很多。无筋土体的抗剪强度较底，其抗拉强度几乎可以忽略，因而直立的自然土坡只能以临界高度稳定存在。当直立高度超过临界值或坡顶面荷载较大以及其他环境因素发生变化时，将会引起边坡的失稳。为了使边坡土体处于安全状态，要采取某些措施以抵抗土体的下滑力和限制边坡变形的发展。土钉支护的基本构造是在原状土体内按某一分布密度增设一定长度的土钉，因土钉与土体牢固结合并协同工作，故可以弥补土体自身强度的不足。 -KIVnV=&m
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（2）改变受力状态。采用土钉加固后的开挖边坡，由于土钉的存在使土体内部产生了较强的土拱效应，从而改变了支护边坡的受力状态。土钉附近的土体由于受到土钉的约束不易产生变形，土中的水平应力也小于未加固边坡土的水平应力。当未加固边坡土破坏时，土钉支护边坡内土体的应力值仍达不到库仑破坏准则的极限值，边坡土体处于弹性平衡状态。 Cdt,//xrz
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（3）土钉分担荷载作用。在复合土体内，土体与土钉共同承担荷载。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法比拟的抗弯强度，所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更加突出，这时土钉内将出现了由弯矩、剪力和拉力等力产生的复合应力。 _M"$5
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（4）面层约束变形的作用。在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面层也是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面膨胀变形是开挖卸荷、土体侧向滑移以及塑性变形的必然结果，限制坡面膨胀，使得边界约束作用得到加强，从而能起到削弱内部塑变的作用，这在开裂变形阶段尤为重要。 Lilk8|?#W
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在进行外部稳定性分析计算时，可以将土钉支护的边坡看成一个“挡土墙”，它必须能承受其后部土体的推力和上部传来的荷载。因此，外部稳定分析应考虑四个方面的验算：土钉支护结构抗滑稳定性验算；土钉支护结构抗倾覆稳定性验算；土钉支护结构底部地基承载能力验算；深部滑动定性计算。 +]S;U&vQ
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在进行内部稳定性分析计算时，应包括不同开挖阶段、不同位置处沿着最危险破裂面的滑动破坏、土钉本身的强度破坏、拔出破坏以及喷射混凝土面板的破坏等。内部稳定涉及到土钉筋体强度、长度、土钉与土体的界面粘结力、土钉的水平和垂直间距、支护面板的强度以及面板与土钉的共同作用等因素。因此应考虑以下几方面验算：施工过程中不同开挖阶段的最危险滑动面验算；使用阶段不同位置的最危险滑动面验算；土钉筋体本身的强度与抗拔力验算；喷射混凝土面板强度和土钉与面板连接强度验算。通过上述计算对各种部件的初选参数和调整，对重要的工程宜采用有限元法对支护的内力与变形进行分析。 r_g\_y7ua
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3. 参数选择 (}~ eD
（1）坡高。土钉支护一般用于高度H在15m以下的基坑或边坡，常用高度6～12m，斜面坡度一般为70°～90°。 =|6^)lt$
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（2）土钉长度。注浆式土钉一般为0.5～1.0H，击入式土钉一般为0.5～0.6H。量测表明，沿支护高度上下分布的土钉，在使用中最大内力值相差甚多，一般为中间大，上部和下部都偏小，所以中部的土钉所起作用较大。但是顶部土钉对于限制地表开裂和减小边坡顶部的水平位移非常重要，如果顶部土钉较短，则在土钉尾部或尾部以外的地表上容易出现较大开裂，虽然该现象的出现对支护边坡的稳定性影响不大，但却会增加整个支护边坡的水平位移。为了减小边坡顶部的水平位移，所以土钉支护边坡中的上部土钉长度一般也比较长。 g<hv7?"[
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（3）土钉密度。为使土钉与周围土体形成一个组合的整体，土钉的间距显然不能过大，对此尚不能给出有足够理论依据的定量指标。一般工程中多取水平间距与竖向间距相等，在非饱和土中土钉间距为1.0～2.0m，对于坚硬粘土或风化岩土，有时超过2.0m，而对于软土和松散砂土则可小于1.0m。一般来说，土钉的间距不宜超过2.0m。 I?> -
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（4）土钉倾角。土钉倾角一般在0°～25°之间，取决于注浆工艺以及土层特征等多种因素。料状土的模型试验说明，增加土钉倾角使支护的位移和地表角变位增大，倾角大于20°时增大的趋势更为加剧。同时有限元分析表明，当土钉倾角为零即处于水平位置时，支护变形最小；而按极限平衡方法进行整体稳定性优化分析，则给出倾角在5°～20°范围内，得到的稳定性安全系数最大，这一数据与某些有限元分析结果也是符合的。所以除非出于重力注浆的需要，或者更大的倾角有利于土钉插入下层较好的土层内，土钉的倾角不宜超过15°，一般取5°～10°为宜。 /SqFP
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（5）土钉钢筋及钻孔。一般选用Ⅲ级或Ⅱ级热扎变形螺纹钢，直径为20～35mm，常用25mm；钻孔直径一般为70～200mm，常用80～120mm。 $^NWzc
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（6）喷射混凝土面层。面层厚度一般为50～150mm，常用100mm，喷射混凝土强度应在C20以上。喷射混凝土面板中常配以直径为6～8mm的钢筋网，网格尺寸为200～300mm。 +3o)L?: g
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（7）承压板。为了分散土钉对喷射混凝土面板的剪应力，在螺帽下垫以承压板，尺寸一般为200mm×200mm，厚度为8～15mm。 ;8;~ C "
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（8）注浆材料。最常用的注浆材料为水泥砂浆和水泥浆，最常用的配合比为水∶水泥∶砂=0.40～0.45∶1∶1和水：水泥=0.40～0.45∶1，根据特殊情况下，也可掺入其它水泥外加剂。注浆强度不低于0.5MPa。 hBfzU\*0H
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（9）开挖高度与长度。土钉支护的施工，通常采用分层分段开挖，每层开挖最大高度取决于该土体的自稳高度，在砂性土中，每层开挖高度一般为0.5～2.0m，在粘性土中可以增大一些。开挖高度一般与土钉竖向间距相同，常用1.5m；每层开挖纵向长度，取决于土体维持不变的最长时间和施工流程的相互衔接。 <SC|A |
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（10）地表荷载估计。一般应按实际情况确定，如没有堆载，考虑到施工过程中临时堆放材料，机械设备及运输车辆振动荷载等外力作用的存在，至少应取为10kN/m2的均布荷载。 :`>+f. )
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（11）混凝土面层设计。混凝土面层按《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)设计，面层土压力的计算值取荷载分项系数为1.2，根据支护工程重要性，另取结构的重要性系数为1.1～1.2。面层在土压力作用下受弯，其计算模型可取以土钉为支点的连续板进行内力分析并验算抗弯强度和所需配筋率。另外，土钉与面层连接处需进行抗剪和局部承压验算。 ~\)&{ '
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