土釘牆（Soil Nail Wall）是一種原位土體加筋技術。將基坑邊坡通過由鋼筋製成的土釘進行加固，邊坡表面鋪設一道鋼筋網再噴射一層砼面層和土方邊坡相結合的邊坡加固型支護施工方法。其構造為設定在坡體中的加筋桿件（即土釘或錨桿）與其周圍土體牢固粘結形成的複合體，以及面層所構成的類似重力擋土牆的支護結構。
基本介紹
- 中文名：土釘牆
- 外文名：Soil Nail Wall
- 適用地段：粘土、粉土、雜填土、碎石土等
- 構成：土釘、混凝土面
歷史發展,國外起源,國內起源,作用原理,主要特點,常見類型,鑽孔注漿型,直接打入型,打入注漿型,套用領域,構造要求,施工要求,
歷史發展
國外起源
一是20世紀50年代形成的新奧地利隧道開挖方法（New Austrian Tunnelling Method），簡稱新奧法（NATM）；二是20世紀60年代初期最早在法國發展起來的加筋土技術。70 年代，德國、法國、美國、西班牙、巴西、匈牙利、日本等國家幾乎在同一時期各自獨立開始了現代土釘牆技術的研究與套用。
國際上有詳細記載的第一個土釘牆工程是1972 年法國在凡爾塞附近的一處鐵路路塹的邊坡支護工程，德國1979 年在斯圖加特建造了第一個永久性土釘牆工程，美國有詳細記載的一個工程是1976 年在俄勒岡州波特蘭市一所醫院擴建工程的基礎開挖。1979 年巴黎地基加固國際會議之後，由於各國信息交流，改變了以前各自獨立研究狀態，使得土釘牆技術得到迅速發展和套用，1990 年在美國召開的擋土結構國際學術會議上，土釘牆作為一個獨立的專題與其它支擋形式並列，成為了一個獨立的地基加固學科分支。
國內起源
一是國外的土釘牆技術，二是在國內地下工程中套用廣泛的噴錨技術。有記載的首例工程是山西太原煤礦設計院王步雲1980 年將土釘牆用於山西柳灣煤礦的邊坡支護。
90 年代以後國內深基坑工程大規模興起，有學者嘗試著將土釘牆技術用於基坑，了解到的首例工程為1991 年胡建林等人完成的金安大廈基坑，位於深圳市羅湖區文錦南路，周長約100m，開挖深度6~7m。半年後（1992 年）開挖深度達12.5m的深圳發展銀行大廈基坑採用土釘牆獲得成功，引起了岩土工程界的極大興趣與廣泛重視。之后土釘牆技術異軍突起，得到了廣泛而迅猛的套用與研究。90 年代中期以後，多個國家、行業及地方規範標準的相繼出台，使土釘牆技術得到了進一步的普及與提高。
作用原理
土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結構整體性，在基坑開挖時，可存在使邊坡保持直立的臨界高度，但在超過這個深度或有地面超載時將會發生突發性的整體破壞。一般護坡措施均基於支擋護坡的被動制約機制，以擋土結構承受其後的土體側壓力，防止土體整體穩定性破壞。土釘牆技術則是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩定性的主動制約機制為基礎的複合土體。不僅效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結構強度潛力得到充分發揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩定性，更重要的是土釘牆受荷載過程中不會發生素土邊坡那樣的突發性塌滑，土釘牆不僅延遲塑性變形發展階段，而且具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，不會發生整體性塌滑。
主要特點
(1)合理利用土體的自穩能力，將土體作為支護結構不可分割的部分，結構合理；
(2)結構輕型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破壞前有變形發展過程。1989 年美國加州7.1 級地震中，震區內有8 個土釘牆結構估計遭到約0.4g 水平地震加速度作用，均未出現任何損害跡象，其中3 個位於震中33km 範圍內。2008 年5 月12 日四川汶川8.0 級大地震中，據調查發現，路塹或路堤採用土釘或錨桿結構支護的道路尚保持通車能力，土釘或錨桿支護結構基本沒有破壞或輕微破壞，其抗震性能遠遠高於其它支護結構；
(3)密封性好，完全將土坡表面覆蓋，沒有裸露土方，阻止或限制了地下水從邊坡表面滲出，防止了水土流失及雨水、地下水對邊坡的沖刷侵蝕；
(4)土釘數量眾多靠群體作用，即便個別土釘有質量問題或失效對整體影響不大。有研究表明：當某條土釘失效時，其周邊土釘中，上排及同排的土釘分擔了較大的荷載；
(5)施工所需場地小，移動靈活，支護結構基本不單獨占用空間，能貼近已有建築物開挖，這是樁、牆等支護難以做到的，故在施工場地狹小、建築距離近、大型護坡施工設備沒有足夠工作面等情況下，顯示出獨特的優越性；
(6)施工速度快。土釘牆隨土方開挖施工，分層分段進行，與土方開挖基本能同步，不需養護或單獨占用施工工期，故多數情況下施工速度較其它支護結構快；
(7)施工設備及工藝簡單，不需要複雜的技術和大型機具，施工對周圍環境干擾小；
(8)由於孔徑小，與樁等施工方法相比，穿透卵石、漂石及填石層的能力更強一些；且施工方便靈活，開挖面形狀不規則、坡面傾斜等情況下施工不受影響；
(9)邊開挖邊支護便於信息化施工，能夠根據現場監測數據及開挖暴露的地質條件及時調整土釘參數，一旦發現異常或實際地質條件與原勘察報告不符時能及時相應調整設計參數，避免出現大的事故，從而提高了工程的安全可靠性；
(10)材料用量及工程量較少，工程造價較低。據國內外資料分析，土釘牆工程造價比其它類型支擋結構一般低1/3～1/5。
常見類型
鑽孔注漿型
先用鑽機等機械設備在土體中鑽孔，成孔後置入桿體（一般採用HRB335 帶肋鋼筋製作），然後沿全長注水泥漿。鑽孔注漿釘幾乎適用於各種土層，抗拔力較高，質量較可靠，造價較低，是最常用的土釘類型。
直接打入型
在土體中直接打入鋼管、角鋼等型鋼、鋼筋、毛竹、圓木等，不再注漿。由於打入式土釘直徑小，與土體間的粘結摩阻強度低，承載力低，釘長又受限制，所以布置較密，可用人力或振動衝擊鑽、液壓錘等機具打入。直接打入土釘的優點是不需預先鑽孔，對原位土的擾動較小，施工速度快，但在堅硬粘性土中很難打入，不適用於服務年限大於2 年的永久支護工程，桿體採用金屬材料時造價稍高，國內套用很少。
打入注漿型
在鋼管中部及尾部設定注漿孔成為鋼花管，直接打入土中後壓灌水泥漿形成土釘。鋼花管注漿土釘具有直接打入釘的優點且抗拔力較高，特別適合於成孔困難的淤泥、淤泥質土等軟弱土層、各種填土及砂土，套用較為廣泛，缺點是造價比鑽孔注漿土釘略高，防腐性能較差不適用於永久性工程。
套用領域
土釘牆不僅套用於臨時支護結構，而且也套用於永久性構築物，當套用於永久性構築物時，宜增加噴射砼面層的厚度並適當考慮其美觀，土釘牆的套用領域主要有：
（1） 托換基礎；
（2） 基坑支擋或豎井 ；
（3） 斜坡面的擋土牆 ；
（4） 斜坡面的穩定；
（5） 與錨桿擋牆結合作斜面的防護。
鑽孔注漿型土釘牆系逐層向下開挖方式，每一台階高度為1～2米，在施工土釘桿、面層噴射砼期間，坡段處無支撐狀態下需能保持自立穩定，因此主要適用於：
（1） 有一定粘結性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結的砂土邊坡。
（2） 適用於地下水位低於開挖層或經過降水使地下水位低於開挖標高的情況。
（3） 對於標準貫入擊數（N）低於10擊的砂土邊坡採用土釘法一般不經濟。
（4） 對於朔性指數Ip>20的土，必須注意仔細評價其蠕變特性後方可採用。
（5） 對於含水豐富的粉細砂層，砂卵石層土釘法是不行的。
（6） 不適用於沒有臨時自穩能力的淤泥土層，流朔狀態的軟粘土保持成孔時的孔壁的穩定比較困難且界面摩阻力很低，技術經濟效益不理想，因此也不宜採用。
（7） 土釘不適宜在腐蝕性土如煤渣、煤灰、爐渣、酸性礦物廢料等土質作永久性支擋結構。
構造要求
（1）基坑支護技術規程規定土釘牆牆面坡度不宜大於1:0.1
（2）土釘必須和面層有效連線，應設定承壓板或加強鋼筋等構造措施，承壓板或加強鋼筋應與土釘螺栓連線或鋼筋焊接連線；
（3）土釘的長度宜為開挖深度的0.5~1.2倍，間距宜為1~2m，與水平面夾角宜為5度~20度；
（4）土釘鋼筋宜採用HRB335、HRB400級鋼筋，鋼筋直徑宜為16~32mm，鑽孔直徑宜為70~120mm；
（5）土釘牆注漿材料宜採用水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低於M20；
（6）土釘牆噴射混凝土面層宜配置鋼筋網，鋼筋直徑宜為6~10mm，間距宜為150~300mm，噴射混凝土強度等級不宜低於C20，面層厚度不宜小於80mm；
（7）土釘牆坡面上下段鋼筋網搭接長度應大於300mm。
土釘牆基坑側壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地，基坑深度一般是在15米以內；當地下水位高於基坑底面時，應採取降水或截水措施；土釘牆牆頂應採用砂漿或混凝土護面，坡頂和坡腳應設排水措施，坡面上可根據具體情況設定泄水孔。
土釘牆圍護結構
結構特徵：由土釘與噴錨混凝土面板兩部分組成；
支撐材料：由土釘及鋼筋混凝土面板構成支撐；
受力特徵：由土釘構成支撐體系，噴錨混凝土面板構成擋土體系；
適用條件：地下水位以上或降水後的粘土、粉土、雜填土及非鬆散砂土、碎石土。
施工要求
1 土釘牆施工前應先檢測路塹橫斷面，淨空合格後方能進行土釘牆施工。
2 土釘牆應按“自上而下，分層開挖，分層錨固，分層噴護”的原則組織施工，並及時掛網噴護，不得使坡面長期暴露風化失穩。
3 施工前應按設計要求進行注漿工藝試驗、土釘抗拉拔試驗，驗證設計參數，確定施工工藝參數。
4 土釘鑽孔時，嚴禁灌水。釘孔注漿應採用孔底注漿法，確保注漿飽滿，注漿壓力宜為0.2MPa。
5 土釘牆施工時應按設計要求製作支撐架。
6 掛網材料為土工合成材料時，應採取妥善的防曬措施，防止土工合成材料老化。掛網前應清除坡面鬆散土石。
7 坡腳牆基坑施工應儘快完成，同時應採取措施防止基坑被水浸泡。
8 噴射混凝土前應進行現場噴射試驗，確定施工工藝參數。
9 噴射作業應自下而上進行，噴層厚度大於7cm時，應分兩層噴射。噴射過程中應採取有效措施保證泄水孔不被堵塞。
10 土釘牆所用砂、石料、水泥、粉煤灰、礦物摻和料、外加劑、鋼筋應符合本標準第10.1.14條的規定。
11 土釘牆所用的土工合成材料的品種、規格、質量應符合設計要求。進場時應進行現場驗收，並對其技術性能進行檢驗。
12 土釘孔的布置形式、土釘長度應符合設計要求。土釘牆鑽孔施工時，嚴禁灌水。
13 土釘孔錨固砂漿強度等級應符合設計要求。釘孔注漿應採用孔底注漿法，確保注漿飽滿。注漿壓力宜為0.2MPa。
14 網的規格尺寸、網與土釘的連線應符合設計要求。
15 噴射混凝土強度等級應符合設計要求。
16 噴射混凝土面層厚度在每個斷面上60﹪以上不應小於設計厚度，且厚度最小值不應小於設計厚度的一半；同時，所有檢查孔的厚度平均值，不應小於設計厚度值。
17 泄水孔施工質量、牆後反濾層構造、牆基坑開挖、牆身混凝土強度、腳牆模板、沉降縫（伸縮縫）預留與塞封應符規定。
