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【摘 要】结合某实例工程边坡支护的处理, 详细介绍土钉墙法支护的过程, 该方法适合在类似地质条件下的工程边坡支护中应用。
【关键词】边坡支护；土钉墙；应用
1、工程概况
某住宅小区，由7幢7层房屋组成。小区西侧为公园，紧邻该小区山体坡度约为40°。由于小区消防通道布置的要求，需对山体开挖，留6m宽的消防通道，开挖完成后由于边坡变陡，坡度达75°，山体出现滑坡。原山体上树木由于边坡失稳出现倾倒，为了保证住宅小区的安全，需对边坡进行支护。
2、边坡支护设计
考虑到边坡处为粘土、顶部无放坡余地、边坡高度较高等因素, 采用土钉墙支护方案。
土钉墙支护是用于土体开挖和边坡稳定的挡土技术，所谓“土钉”就是置入现场原位土体中以一定间距排列的细长杆件(如钢筋或钢管等)，外裹水泥砂浆。土钉的特点是沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成1个组合体。在土体发生变形的作用下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。具体支护形式如下：
边坡顶高程为28.0m，地面高程为5.0m，边坡高度为23.0m，土质边坡。土质边坡支护高度为23m，其中7-11号土钉长度为20m，5-6号土钉长度为18m，1-4(号土钉长度为14m。边坡采用土钉+混凝土梁格+喷钢筋混凝土面层支护，C20混凝土梁格纵横间距为2m×2m，C20喷混凝土厚度为200mm。为保证土钉的锚固效果，土钉位于纵横梁交叉处，土钉布置间距为2m×2m支护断面及立面。
2.1土钉长度确定
1) 经验公式法
土钉长度按以下经验公式初估，并结合地质情况确定。
L=mH+So
式中，m为经验系数；H为土坡垂直高度；So为止浆器长度。
根据上式计算土钉长度为19.25m，具体长度以计算为准。
2) 根据土钉受力确定
土钉墙复合体破裂面采用简化双折线滑裂面形式，滑动面以内土钉长度为土钉有效锚固长度，土钉总长度应为土钉有效锚固长度同滑裂面以外长度之和。
根据滑裂面及土钉布置剖面图，计算各编号土钉滑裂面之外土钉长度及有效锚固长度，从而求得土钉总长度(见表1)。
2.2土钉间距布置
土钉间距选定的原则是以每个土钉注浆时其周围土的影响区与相邻孔的影响区相重叠为准，按(6-8)dh选定土钉行距和列距，且同时应满足：
Sx.Sy=k1dh.L
式中,Sx.Sy为土钉布置中的行距和列距；dh为土钉孔孔径，一般取120-200mm，本工程取120mm，k1取2.0。
根据以上2个条件取Sx=Sy=2.0m土钉杆直径一般取18-32mm,本工程取28mm。
2.3稳定分析
土钉墙稳定分析包括内部稳定分析、外部稳定分析。内部稳定分析分抗拉断裂极限状态及锚固力极限状态2种。
1) 内部稳定分析
抗拉断裂极限状态土压力计算:
式中，me为工作条件系数；k为土压力系数，(ko+ka)(其中ko、ka 分别为静止、主动土压力系数) 。
抗拉断裂极限状态计算公式如下:
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值；Ei为第i列单根土钉支承范围内面积上的土压力；db为土钉直径。
锚固力极限状态
在面层压力作用下，土钉内部潜在滑裂面后有效锚固段应具有足够的界面摩阻力而不被拔出，应满足下式:
式中，Fi为第i根土钉的有效锚固力；A为安全系数，取1.3。
式中，为界面摩阻力，粉质粘土取65kPa;Lei为有效锚固长度。
计算结果:抗拉断裂极限状态安全系数。根据前述公式计算最下排土钉安全系数最小，为2.02，大于1.5，满足要求。
锚固力极限状态安全系数。根据前述公式,计算出不同高程1-11排土钉安全系数为1.38-10.3，均大于1.3，满足要求。
2) 外部稳定性分析
在原位土钉墙复合体的自身稳定与粘结整体作用得到保证的条件下, 复合体作用类似于重力式挡墙,它必须能承受其后部土体的推力和上部传来的荷载,因此应验算土钉支挡体系的抗倾覆稳定和抗滑稳定。
抗滑稳定
将土钉及土体作为1个整体滑动体，土压力为滑动力，重力为阻滑力，计算抗滑稳定安全系数,经计算抗滑稳定安全系数为2.32，大于1.3，满足要求。
抗倾覆稳定
抗倾覆安全系数为重力与土压力竖向分力之差所产生的阻滑力矩与土压力水平分力所产生的滑动力矩之比。经计算，抗倾稳定安全系数为8.4，大于1.6，满足规范要求。
3、结构设计
结构设计主要包括坡面土钉、喷混凝土面板、梁格及排水设计。
1) 土钉设计
采用钻机钻孔，钻孔同水平方向夹角为15°，略向下，钻孔直径0.12m，孔内放置￠28钢筋，在孔口处设置止浆塞，灌注水灰比为0.45 的水泥砂浆，注浆压力为0.4MPa，注浆完毕后，用水泥砂浆封孔。
2) 喷混凝土面板
喷混凝土强度为C20，面层分2层，第1层厚度为100mm，在该混凝土面上采用钢垫板及螺母将土钉固定在混凝土面板上，在混凝土面板上铺设￠8@250×250钢筋网，然后再喷射100mm厚C20混凝土。
3) 坡面梁格设计
为了加强坡面喷混凝土面板的刚度，在坡面上每2m设置纵横梁格，纵横梁交叉处即为土钉位置。由于坡脚为住宅小区，考虑绿化要求，因此在横向梁格设300mm长挑板以种植倒垂及攀爬植物，为美化立面，每隔4m设1个圆弧形外挑花坛，外挑最大距离为700mm。
4) 排水设计
为了避免面板上作用过量的水压力及土钉加固的土体出现饱和软化，在喷混凝土面层中设置排水管，采用强速软式透水管，管径70 mm，管长3m，纵横间距2m。为了拦截边坡顶部设排水沟，尺寸为500 mm×300mm(宽×高)。各细部结构设计如下(见图2、图3) 。
4、结 语
该小区边坡土钉墙支护工程于09年8月份施工完成，边坡高度达23m，大于一般土钉墙支护适用高度6-16m，证明支护设计是安全可靠的。在较陡土质边坡中，土体自身往往无法维持稳定，当无法放缓边坡时，土钉墙不失为一种较好的支护方式，它具有对场地周围相邻建筑物影响小，施工机具简单，适用范围广和造价相对较低等优点。
【关键词】边坡支护；土钉墙；应用
1、工程概况
某住宅小区，由7幢7层房屋组成。小区西侧为公园，紧邻该小区山体坡度约为40°。由于小区消防通道布置的要求，需对山体开挖，留6m宽的消防通道，开挖完成后由于边坡变陡，坡度达75°，山体出现滑坡。原山体上树木由于边坡失稳出现倾倒，为了保证住宅小区的安全，需对边坡进行支护。
2、边坡支护设计
考虑到边坡处为粘土、顶部无放坡余地、边坡高度较高等因素, 采用土钉墙支护方案。
土钉墙支护是用于土体开挖和边坡稳定的挡土技术，所谓“土钉”就是置入现场原位土体中以一定间距排列的细长杆件(如钢筋或钢管等)，外裹水泥砂浆。土钉的特点是沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成1个组合体。在土体发生变形的作用下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。具体支护形式如下：
边坡顶高程为28.0m，地面高程为5.0m，边坡高度为23.0m，土质边坡。土质边坡支护高度为23m，其中7-11号土钉长度为20m，5-6号土钉长度为18m，1-4(号土钉长度为14m。边坡采用土钉+混凝土梁格+喷钢筋混凝土面层支护，C20混凝土梁格纵横间距为2m×2m，C20喷混凝土厚度为200mm。为保证土钉的锚固效果，土钉位于纵横梁交叉处，土钉布置间距为2m×2m支护断面及立面。
2.1土钉长度确定
1) 经验公式法
土钉长度按以下经验公式初估，并结合地质情况确定。
L=mH+So
式中，m为经验系数；H为土坡垂直高度；So为止浆器长度。
根据上式计算土钉长度为19.25m，具体长度以计算为准。
2) 根据土钉受力确定
土钉墙复合体破裂面采用简化双折线滑裂面形式，滑动面以内土钉长度为土钉有效锚固长度，土钉总长度应为土钉有效锚固长度同滑裂面以外长度之和。
根据滑裂面及土钉布置剖面图，计算各编号土钉滑裂面之外土钉长度及有效锚固长度，从而求得土钉总长度(见表1)。
2.2土钉间距布置
土钉间距选定的原则是以每个土钉注浆时其周围土的影响区与相邻孔的影响区相重叠为准，按(6-8)dh选定土钉行距和列距，且同时应满足：
Sx.Sy=k1dh.L
式中,Sx.Sy为土钉布置中的行距和列距；dh为土钉孔孔径，一般取120-200mm，本工程取120mm，k1取2.0。
根据以上2个条件取Sx=Sy=2.0m土钉杆直径一般取18-32mm,本工程取28mm。
2.3稳定分析
土钉墙稳定分析包括内部稳定分析、外部稳定分析。内部稳定分析分抗拉断裂极限状态及锚固力极限状态2种。
1) 内部稳定分析
抗拉断裂极限状态土压力计算:
式中，me为工作条件系数；k为土压力系数，(ko+ka)(其中ko、ka 分别为静止、主动土压力系数) 。
抗拉断裂极限状态计算公式如下:
式中，fy为钢筋抗拉强度设计值；Ei为第i列单根土钉支承范围内面积上的土压力；db为土钉直径。
锚固力极限状态
在面层压力作用下，土钉内部潜在滑裂面后有效锚固段应具有足够的界面摩阻力而不被拔出，应满足下式:
式中，Fi为第i根土钉的有效锚固力；A为安全系数，取1.3。
式中，为界面摩阻力，粉质粘土取65kPa;Lei为有效锚固长度。
计算结果:抗拉断裂极限状态安全系数。根据前述公式计算最下排土钉安全系数最小，为2.02，大于1.5，满足要求。
锚固力极限状态安全系数。根据前述公式,计算出不同高程1-11排土钉安全系数为1.38-10.3，均大于1.3，满足要求。
2) 外部稳定性分析
在原位土钉墙复合体的自身稳定与粘结整体作用得到保证的条件下, 复合体作用类似于重力式挡墙,它必须能承受其后部土体的推力和上部传来的荷载,因此应验算土钉支挡体系的抗倾覆稳定和抗滑稳定。
抗滑稳定
将土钉及土体作为1个整体滑动体，土压力为滑动力，重力为阻滑力，计算抗滑稳定安全系数,经计算抗滑稳定安全系数为2.32，大于1.3，满足要求。
抗倾覆稳定
抗倾覆安全系数为重力与土压力竖向分力之差所产生的阻滑力矩与土压力水平分力所产生的滑动力矩之比。经计算，抗倾稳定安全系数为8.4，大于1.6，满足规范要求。
3、结构设计
结构设计主要包括坡面土钉、喷混凝土面板、梁格及排水设计。
1) 土钉设计
采用钻机钻孔，钻孔同水平方向夹角为15°，略向下，钻孔直径0.12m，孔内放置￠28钢筋，在孔口处设置止浆塞，灌注水灰比为0.45 的水泥砂浆，注浆压力为0.4MPa，注浆完毕后，用水泥砂浆封孔。
2) 喷混凝土面板
喷混凝土强度为C20，面层分2层，第1层厚度为100mm，在该混凝土面上采用钢垫板及螺母将土钉固定在混凝土面板上，在混凝土面板上铺设￠8@250×250钢筋网，然后再喷射100mm厚C20混凝土。
3) 坡面梁格设计
为了加强坡面喷混凝土面板的刚度，在坡面上每2m设置纵横梁格，纵横梁交叉处即为土钉位置。由于坡脚为住宅小区，考虑绿化要求，因此在横向梁格设300mm长挑板以种植倒垂及攀爬植物，为美化立面，每隔4m设1个圆弧形外挑花坛，外挑最大距离为700mm。
4) 排水设计
为了避免面板上作用过量的水压力及土钉加固的土体出现饱和软化，在喷混凝土面层中设置排水管，采用强速软式透水管，管径70 mm，管长3m，纵横间距2m。为了拦截边坡顶部设排水沟，尺寸为500 mm×300mm(宽×高)。各细部结构设计如下(见图2、图3) 。
4、结 语
该小区边坡土钉墙支护工程于09年8月份施工完成，边坡高度达23m，大于一般土钉墙支护适用高度6-16m，证明支护设计是安全可靠的。在较陡土质边坡中，土体自身往往无法维持稳定，当无法放缓边坡时，土钉墙不失为一种较好的支护方式，它具有对场地周围相邻建筑物影响小，施工机具简单，适用范围广和造价相对较低等优点。