摘要：土釘支護技術是用于土體開挖和邊坡穩定的一種新的擋土技術，由于其經濟、可靠、適用性強且施工快速簡便，自90年代以來在我國得到迅速推廣和應用。本文總結了土釘支護的優、缺點，并對土釘施工及容易出現的問題進行了分析。
　　關鍵詞：土釘支護；土體開挖；邊坡穩定；施工方法
　　貴陽處于貴州高原中部，屬北亞熱帶，冬春半干燥夏季濕潤型氣候，年平均氣溫15.3度，年平均降水量1174.7mm，主要分布于4~10月份，區內地表層主要由紅粘土構成，土黃色，粘性較好。區內地下水較豐富。地下水補給主要來源于大氣降水，地震基本烈度為Ⅵ度。
　　貴陽地區主要土質以紅粘土為主，紅粘土是碳酸鹽巖系出露區的巖石，經過更新世以來在濕熱的環境中，由巖變土一系列的紅土化作用，形成并覆蓋于基巖上，呈棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。其土性特征是液限wl大于50，濕度狀態的垂向變化有明顯上部硬下部軟的規律，失水后具有較大收縮性，土體中裂隙發育等。
　　和我國其他城市一樣，貴陽的圍護方法(除自然放坡外)粗略地分為以下四類：
　　1．傳統方法
　　樁：人工挖孔樁、機械鉆孔樁、預制鋼筋混凝土樁、攪拌樁
　　板：槽鋼鋼板樁、工字鋼板樁
　　墻：地下連續墻
　　管：鋼管樁
　　撐：（1）鋼支撐：槽鋼支撐、工字鋼支撐、鋼管撐；
　　（2）木支撐；
　　（3）砂袋堆撐
　　2．改良方法：樁錨、板錨、墻錨、管錨、撐錨
　　3．土釘支護法
　　4．其他方法
　　在90年代以前，貴陽地區建筑工程中多采用傳統方法，傳統方法(樁、板、墻、管、撐等)受力明確，易于設計，設備簡單，便于操作，工序簡化，易于施作。在工程地質條件較好，或基坑較淺(4~9m)時，仍常見這類方法的應用。自90年代貴陽老城改建項目開展以后，貴陽市工程建設如火如荼，高層建筑和基礎設施建設大規模興起，貴陽的工程建設項目呈現出如下特點：因為地皮金貴，或為了使用方便，或為了符合建管規定及人防需要，建筑投資者不得不向地下和地上發展,基坑（或邊坡）開挖項目愈來愈多，基坑越挖越深。
　　土釘技術具有許多獨特的優點：
　　（1）材料用量和工程量少。土釘支護的土方開挖量和混凝土工程量較少，全部土釘連同面層鋼筋網的用鋼量也甚為有限。
　　（2）施工期短。不需要單獨施工工期，而是和土方開挖平行作業。可夜間挖土，白天支護，施工互不影響。
　　（3）施工設備輕便，操作方法簡單。土釘的制作與成孔不需復雜的技術和大型機械設施，施工方法有較大靈活性。
　　（4）施工時對環境的干擾小，減少環境污染，特別適合于城市地區施工。
　　（5）對場地土層的適應性強。土釘支護特別適合于有一定粘性的砂土、粉土、硬塑與干硬粘土，但即使有局部的軟塑粘性土層，在采取一定措施后也有可能采用土釘支護。當場地同時存在土層和不同風化程度的巖體時，應用土釘支護特別有利。
　　（6）結構輕巧，柔性大，有很好的延性。土釘支護自重小，不需作專門的基礎結構，并具有非常良好的抗地震及抗車輛振動的能力。土釘支護即使破壞，一般也不至于發生徹底倒塌，并在破壞前有一個變形發展過程。
　　（7）施工所需的場地較小，能緊貼已有建筑物進行基坑開挖，這是樁、墻等其他支護難以做到的。
　　（8）安全可靠。土釘支護施工采用邊挖邊支護，安全程度較高；由于土釘數量眾多并作為群體起作用，即使個別土釘出現質量問題或失效對整體影響不大。土釘技術還有一個非常重要的優點是隨時可以根據現場開挖發現的土質情況和現場監測的土體變形數據，修改土釘的間距和長度，萬一出現不利情況，也能及時采取措施加固，避免出現大的事故。土釘支護施工在與現場量測監控結合的前提下，比其他支護有更高的安全度。
　　（9）經濟。我國由于人工費用相對低廉，機械設備的臺班費用昂貴，所以土釘支護比起灌注樁等支護約可節約造價1/3-2/3。
　　支護的變形性能對城市地區基坑開挖至關重要。現場實測表明，土釘支護的最大位移量仍與撐式樁墻支護相當，但比預應力錨桿支護稍大。雖然土釘需要土體發生變形才能被動工作，但土釘支護在施工時甚少擾動土體并能快速給土體以支護。當復合使用微型樁或提前對土體注漿加固時，土釘支護的最大位移可以控制得很小。
　　所謂“土釘”（SoilNails，源自法文C1ouagedeSol），就是置入于現場原位土體中以較密間距排列的細長桿件，如鋼筋或鋼管等，通常還外裹水泥砂漿或水泥凈漿漿體（注漿釘）。土釘的特點是沿通長與周圍土體接觸，以群體起作用，與周圍土體形成一個組合體，在土體發生變形的條件下，通過與土體接觸界面上的粘結力或摩擦力，使土釘被動受拉，并主要通過受拉工作給土體以約束加固或使其穩定。
　　土釘支護的應用范圍甚廣，主要有：
　　（1）作為土體開挖臨時支護，用于高層建筑、地下結構等深基坑開挖，土坡開挖等。
　　（2）作為永久性擋土結構，一般與施工開挖時的臨時支護相結合，如隧道洞門的上端擋墻和洞口二側擋墻，路塹路堤的土坡擋墻、橋臺擋墻等。
　　（3）現有擋土墻的修理加固和各類臨時支護發生失穩時的搶險加固。
　　（4）邊坡加固。
　　土釘墻施工過程包括以下幾個方面。
　　1.作業面開挖
　　土釘墻施工是隨著工作面開挖分層施工的，每層開挖的最大高度取決于該土體可以站立而不破壞的能力，在砂性土中每層開挖高度為0.5~2.0m，在粘性土中每次開挖高度可按下式估算：
　　h＝2c/（γ•tg（45o－φ/2））
　　式中
　　h—每層開挖深度（m）；
　　c—土的粘聚力（直剪快剪）（kPa）；
　　γ—土的重度（kN/m3）；
　　φ—土的內摩擦角（直剪快剪）（o）。
　　開挖高度一般與土釘豎向間距相匹配，便于土釘施工。每層開挖的縱向長度，取決于交叉施工期間保持坡面穩定的坡面面積和施工流程的相互銜接，長度一般為10m。使用的開挖施工設備必須能挖出光滑規則的斜坡面，最大限度地減少對支護土層的擾動。松動部分在坡面支護前必須予以清除。對松散的或干燥的無粘性土，尤其是當坡面受到外來振動時，要先行進行灌漿處理，在附近爆破可能產生的影響也必須予以考慮。在用挖土機挖土時，應輔以人工修整。
　　2.噴射混凝土面層
　　一般情況下.為了防止土體松弛和崩解，必須盡快做第一層噴射混凝土。根據地層的性質，可以在安設土釘之前做，也可以在放置土釘之后做。對于臨時性支護來說，面層可以做一層，厚度50~150mm，而對永久性支護則多用兩層或三層，厚度為100~300mm。噴射混凝土強度等級不應低于C15，混凝土中水泥含量不宜低于400kg/m3。噴射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，通常為10mm。兩次噴射作業應留一定的時間間隔，為使施工搭接方便，每層下部300mm暫不噴射，并做45度的斜面形狀，為了使土釘同面層能很好地連接成整體，一般在面層與土釘交接中間加一塊150mm×150mm×10m或200mm×200mm×12mm的承壓板，承壓板后一般放置4~8根加強鋼筋。在噴射凝土中，應配置一定數量的鋼筋網，鋼筋網能對面層起加強作用，并對調整面層應力有著重要的意義。鋼筋網間距通常雙向均為200~300mm，鋼筋直徑為6~10，在噴射混凝土面層中配置1~2層。
　　3.排降水措施
　　當地下水位較高時，應采取人工降低地下水措施，一般沿坡頂每隔10m左右設置一個降水井，常采用管井井點降水法，效果比較好。在降水的同時，也要做好坡頂、坡面和坡底的排水.應提前沿坡頂挖設排水溝，并在坡頂一定范圍內用混凝土或砂漿護面以排除地表水。坡面排水可在噴射混凝土面層中設置排水管，一般使用300~500mm長的帶孔塑料管子，向上傾斜5o~10o，排除面層后的積水。在坡底設置排水溝和積水坑，將排入積水坑的水及時抽走。
　　土釘施工包括定位、成孔、置筋、注漿等工序。
　　1．成孔
　　成孔工藝和方法與土層條件、機具裝備和施工單位的手段和經驗有關。當前國內大多數采用螺旋鉆、洛陽鏟等干法成孔設備，也可使用如YTN—87型土錨專用鉆機成孔。由于土釘往往要在腳手架上施工，且鉆孔長度較短，要求使用重量輕、易操作及搬運的鉆機。為滿足土釘鉆孔的要求，可選用KHYD40KBA型巖石電鉆，配置75的麻花鉆桿，每節鉆桿長1.5m，鉆機整機重量40kg，搬運操作非常方便，鉆孔速度0.2~0.5m／min，工效較高，適合于土釘施工。
　　依據土層錨桿的經驗，孔壁“抹光”會降低漿土的粘結作用，當采用回轉或沖擊回轉方法成孔時，不要采用膨潤土或其他懸浮泥漿做鉆進護壁。
　　顯然，在用打入法設置土釘時，不需要進行預先鉆孔。在條件適宜時，安裝速度是很快的。直接打入土釘的辦法對含塊石的土是不適宜的，在松散的弱膠結粒狀土中應用時要謹慎，以免引起土釘周圍土體局部結構破壞，而降低土釘與土體間的粘結力。
　　2．置筋
　　在置筋前，最好采用壓縮空氣將孔內殘留及擾動的廢土清除干凈。土釘的鋼筋一般采用I級螺紋鋼筋，為保證鋼筋在孔中的位置，在鋼筋上每隔2~3m焊置一個定位架。
　　3．注漿
　　土釘注漿可采用注漿泵或砂漿泵灌注，漿液采用純水泥漿或水泥砂漿。純水泥漿可用425號普通硅酸鹽水泥，用攪拌裝置按水灰比0.45左右攪拌，水泥砂漿采用l.2至l.3的配合比，用砂漿攪拌機攪拌，再采用注漿泵或灰漿泵進行常壓或高壓注漿。為保證土釘與周圍土體緊密結合，在孔口處設置止漿塞并旋緊，使其與孔壁緊密貼合。在止漿塞上將注漿管插入注漿口，深入至孔底0.2~0.5m處，注漿管連接注漿泵，邊注漿邊向孔口方向撥管，直至注滿為止，放松止漿塞，將注漿管與止漿塞拔出，用粘性土或水泥砼漿充填孔口。為防止水泥砂漿或水泥漿在硬化過程中產生干縮裂縫，提高其防腐性能，保證漿體與周圍土壁的緊密粘合，可摻入一定量的膨脹劑。具體摻入量由試驗確定，以滿足補償收縮為準。為提高水泥砂漿或水泥漿的早期強度，加速硬化，可摻入速凝刑或早強劑。
　　另外，國外報道了具有高速的土釘施工專利方法——“噴栓”系統。它是利用高達20MPa的高壓力，通過釘尖的小孔進行噴射，將土釘安裝或打入土中，噴出的漿液如同潤滑劑一樣有利于土釘的貫入，在其凝固后還可提供較高的釘土粘結力。
　　土釘防腐:
　　在正常環境條件下，對臨時性支護工程，一般僅由砂漿做銹蝕防護層，有時可在鋼筋表面摻一層防銹涂料；對永久性工程，可在鋼筋外加環狀塑料保護層或涂多層防腐涂料，以提高鋼筋銹蝕防護的能力。
　　邊坡表面處理:
　　對臨時支護的土釘墻工程來說，只要求噴射混凝土同邊坡面很好地粘結在一起就行了，而對永久性工程來說，邊坡表面還必須考慮美觀的要求，有時使用預制的面板或噴涂。
　　質量檢驗與監測:土釘墻工程質量檢驗包括土釘的基本抗撥力試驗、土釘抗拔力檢驗試驗、原材料的進場檢驗、噴射混凝土面層強度和厚度檢驗等。
　　當然，土釘支護也有其缺點和局限性，主要是：
　　（1）現場需有允許設置土釘的地下空間。如為永久性土釘，更需長期占用這些地下空間。當基坑附近有地下管線或建筑物基礎時，則在施工時有相互干擾的可能。
　　（2）土釘支護如果作為永久性結構，需要專門考慮銹蝕等耐久性問題。
　　鑒于土工的現場特點千變萬化，在應用土釘技術時應特別重視以下問題：（1）必順有詳細的工程地質資料。主釘的間距、長度的設計和土釘灌漿量的確定均與各層土的物理力學性質、地層的滲透性密切相關。對于地層變化較大的場地，土釘密度要呈非均勻布置，必要時要采取特殊的補強措施加固薄弱的部位。（2）查清基坑周邊的地下管線和已有建筑物的基礎形式及影響土釘施工的障礙體。（3）設置好基坑周邊地表水體排水系統，防止地表水排入基坑邊坡而影響其穩定性。（4）施工過程必須自始至終與現場的測試監控相結合，通過變形等量測數據和施工過程中不斷發掘的現場地質情況，及時反饋修改設計并指導下一步的施工。（5）設計施工文件中要規定控制支護變形的具體措施。比如：限制每步作業的開挖深度和安排合理的挖土工序；限制邊坡開挖面的裸露時間，盡快加以支護；加快注漿和噴混凝土早期強度的發展等。（6）基于設計與施工的緊密聯系，土釘支護與施工宜統一由支護施工承包單位負責。一般可由發包單位提出設計的初步方案，由施工承包單位完成詳細的初步設計，并交發包單位或第三方審查。完成初步設計所需的地質勘察資料常由發包方提供，但施工單位應對此作必要的復查與補充，并承擔因勘察資料不全或數據有誤而導致工期延誤或損失的責任，這些在合同文件中要有明確規定。
　　縱觀各種支（圍）護方法現狀，本人認為各種支護方法的發展將會出現以下趨勢：
　　（1）隨著國家經濟建設發展，在5~15年時間內，由于房地產開發使基坑支護工程所暴露出的問題也將更多更復雜，各種圍護方法并存局面將繼續維持較長時期。
　　（2）傳統方法的應用范圍和工程應用概率將急劇減少。
　　（3）改良方法在土釘支護法已推廣開來的地區將出現應用范圍及工程采用概率縮小的趨勢，但在未推廣土釘支護法的地區會繼續發展。
　　（4）土釘支護技術將在更大范圍內得到推廣應用，出現逐步取代傳統方法和改良方法的趨勢。盡管人們對該方法尚因不甚了解而持有疑義或異議，還在等待和觀望，盡管該方法本身從設計計算理論到施工工藝及專用設備機具尚有若干需探討、改進和完善之處，理論落后于實踐的情況十分突出，尚需編制相應的可資遵循的設計、施工規范和規定，亟需培訓專業設計、建設及管理工程技術人員和專業施工隊伍，致使其推廣應用的速度和范圍受到一定影響。但隨著采用該方法所建造的工程越來越多，隨著各級政府機關和許多建筑工程界著名專家、學者大力支持和倡導，在經受市場經濟優勝劣汰的選擇和考驗中，土釘支護技術將以更快速度在全國范圍內逐步取代傳統方法和改良方法，這是總的趨勢。