土钉式挡土墙又称土钉支护技术,它是在原位土体中布设密集的钢杆或者其他材料杆体(土钉),并在岩土体表面构筑面层结构。土钉依靠与土体接触界面上的黏结力、摩阻力和周围土体形成复合土体,土钉在土体发生变形的条件下被动受力,通过其受拉作用对土体进行加固。通过土钉、面层和原位土体三者共同作用,提高原位岩土体的凝聚力及其强度,使被加固土体形成地层岩性,从而使得挖方坡面稳定。
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优点
与其他挡土墙相比,土钉式挡土墙具有以下优点:
①土钉式挡土墙能合理利用土体的自身能力,将土体作为挡土墙墙体不可分割的一部分;
②用于土钉式挡土墙的施工设备轻便,操作方法简单,施工速度较快,能使挡土墙很快发挥作用;
③结构比较轻巧,柔性较大,有良好的抗震性能和延性;
④土钉式挡土墙施工安排非常简单,只需在加固的地方操作即可,不需要单独另外设置施工场地;
⑤土钉式挡土墙的材料用量和工程量均较少,不仅可节省施工时间,而且还可以降低工程造价。
但是,土钉式挡土墙也具有一定的缺点和局限性,工程实践证明,当在软土、松散砂土的地基中施工难度比较大。
组成
土钉式挡土墙的组成比较简单,除了土体本身外,主要由土钉、面层、防水和排水系统组成。
土钉
路基边坡加固最常用的是钻孔注浆钉,土钉体由土钉钢筋和外裹的注浆体组成。土钉通常选用螺纹钢筋,直径为18~36mm之间,钻孔直径为75~100mm。注浆材料宜采用纯水泥浆或水泥砂浆,其强度不宜低于20MPa,一般采用M30水泥砂浆。当边坡渗水比较严重时,应添加适量的膨胀剂。
土钉按照施工方法不同,可分为钻孔注浆钉、击入钉、注浆击入钉、高压喷射注浆击入钉和气动射击钉等。
(1)钻孔注浆钉
钻孔注浆钉是土钉墙中最常用的一种类型,它是通过钻孔、置入钢筋、注浆、补浆来设置的。整个土钉体是由钢筋和外裹的水泥砂浆等组成,其施工的关键是土钉钢筋与喷射混凝土护面板应连接牢固。
(2)击入钉
击入钉是把作为土钉的角钢、螺纹钢筋、钢管等土钉,用振动冲击钻或液压锤直接击入土中,这种土钉不需要进行灌浆,击入钉的长度一般为6m以下。
(3)注浆击入钉
注浆击入钉是用端部封闭、周面带孔的钢管作为土钉,将钢管击入后从管内注浆,使浆液透过壁孔渗透到周围的土体中,从而使土钉与土体成为整体。
(4)高压喷射注浆击入钉
高压喷射注浆击入钉是利用高频(70Hz)冲击锤将具有中孔的土钉击入土中,同时以一定的压力(20MPa)将水泥浆从土钉端部的喷嘴射出,起润滑作用并渗入周围土体,提高土钉与土体的黏结力。
(5)气动射击钉
气动射击钉是以高压气体为动力,作用于土钉的外部扩大端,直接将土钉射入土中。土钉可以采用圆钢或钢管,直径为25~38mm、长度为3~6m。
面层
土钉墙的护面层(面层)虽不是结构的主要受力构件,但它是传力体系的一个重要部分,也起保证各土钉间土体的局部稳定性、防止土体被侵蚀风化的作用。
土钉的面层结构有两种结构形式:一种是在坡面布设钢筋网现浇或喷射厚50~200mm混凝土,这种面层结构虽然能达到加固边坡的目的,但坡面显得呆板单调,景观效果较差;另一种结构是格构梁,即沿土钉位置纵横布设钢筋混凝土梁结构,在格构内进行绿化,以达到美化环境的目的。
对于特殊性岩土(如膨胀土),为了降低自然力作用对其表层边坡围岩的影响,常在坡面铺设一层防水土工织物,再覆土绿化,常用强度等级为C25混凝土梁进行加固。
排水系统
土钉式挡土墙的排水系统,主要包括坡面排水结构和坡体排水结构。为了降低地下水对面层结构产生压力和侵蚀,以及边坡围岩因水浸泡而软化,防止降低强度和土与土钉之间的黏结力,必须设置良好的排水系统。
坡面排水结构主要是坡顶截水沟和坡脚排水沟,以及坡面相应的急流槽等。深部排水结构主要是在坡体内设置排水滤管,及时将坡体内的滞水排除,降低其潜在下滑力,使土体自然固结。
施工
路基边坡土钉式挡土墙施工分为两种方式。一种是自上而下逆作法,对于岩土地质条件较差的边坡,在边坡开挖完毕后,其变形较大,自稳能力较差,必须及时进行支护。采取自上而下分部开挖和支护,分部高度应根据岩土稳定性确定。另一种是边坡自稳能力相对比较强,短时间内不会产生坍塌,可以采用先将边坡开挖好后,再搭设脚手架自下而上进行施工,这样可以减少交叉施工的干扰。