浅析土钉墙与锚杆在基坑支护中的异同

浅析土钉墙与锚杆在基坑支护中的异同

宁剑锋崔皓

广西城乡规划设计院广西南宁530022

摘要：本文介绍基坑支护的特点和破坏形式，重点分析土钉墙与锚杆支护结构的在基坑中的应用、受力机理以及设计特点，剖析土钉墙与锚杆这两者的相同点与不同点，可供工程设计人员参考。

关键词：土钉墙；锚杆；基坑支护

城市建设中深基坑工程逐渐增多，并且城市用地越来越紧张，一般来说，深基坑周边都有建筑、道路、地下管线等附属设施，环境复杂。土钉墙和锚杆支护技术由于具有一系列优点，在全国各地得到普遍的应用。本文剖析土钉墙与锚杆这两者的异同，对同类工程有一定的参考价值。

1.基坑工程的特点

一般来说，基坑工程具有以下一些特点：（1）基坑为临时结构，与永久结构相比，安全储备小，风险较大。（2）因地层、土性质、地下水等的差异，使基坑工程的区域性和个案性较强。（3）与周边环境关系密切，对其影响较大。（4）理论计算与经验做法同等重要。（5）需重视监测的作用，一般采用动态信息施工方法，开挖的同时做好监测工作。

2.基坑工程的破坏形式

一般来说，基坑工程的破坏形式主要有：（1）土体失稳破坏：开挖坡度过陡、土钉长度不够、桩（墙）入土深度偏浅，无法给土体提供足够的阻力，导致整体失稳破坏。（2）支护结构强度破坏：支护结构强度不够，在土压力作用下发生破坏，进一步导致土体的破坏。（3）土体渗透破坏：因地下水的渗流导致管涌、流砂，承压水导致突涌等导致基坑土层发生破坏。

3.土钉墙与锚杆特点

土钉指植入土中并注浆形成的承受拉力与剪力的杆件，例如钢筋杆件与注浆固结体组成的钢筋土钉，击入土中的钢管土钉。土钉墙指由随着基坑开挖分层设置的、纵横向密布的土钉群、喷射混凝土面层及原位土体所组成的支护结构。土钉墙具有造价低、工期短、设备简单、施工方便的特点，一般来说土钉墙属于临时设施，不用于永久性支护工程。

锚杆指由杆体（钢铰线、预应力螺纹钢筋、普通钢筋或钢管）、注浆固结体、锚具、套管所组成的一端与支护结构构件连接，另一端锚固在稳定岩土体内的受拉杆件。锚杆一般与支护结构（如排桩）组合成锚拉式支护结构，与土钉墙相比，锚杆造价相对较高，施工方法与设备更为复杂，同时比土钉墙适用于更深的基坑，更能控制基坑的变形。

4.土钉墙与锚杆的相同点

锚杆与土钉都是通过打入土中的杆体与注浆土体的摩阻力形成受力构件，从而阻止土体的变形，因此两者具有一些共同性。

（1）两者均不能用于软土层以及地下水位以下的碎石土、砂土层中。由于软土层与杆件的摩阻力很小，采用土钉墙与锚杆都不能为基坑提供很好的“支承力”。

（2）土钉、锚杆的杆体与土体的粘结强度和注浆的工艺、注浆量以及土层的性质有很大的关系。一般来说，二次注浆比一次注浆能够提供更大的粘结强度；土层越密实，杆件与土体的粘结强度值就越大。

（3）土钉与锚杆都需要进行抗拔承载力检验。土钉墙中，土钉群是共同受力、以整体作用考虑的。对单根土钉的要求不像锚杆那样受力明确，各自承担荷载，但土钉仍有必要进行抗拔力检测，只是对其离散性要求可比锚杆略放松。

（4）土钉与锚杆可以同时使用，形成预应力锚杆复合土钉墙支护。与基本型土钉墙相比，可适用于更差的土层和更深的基坑；与其他类型支护相比，仍保持了土钉墙造价低、工期短、设备简单、施工方便的特点。

（5）土钉与锚杆支护均存在时空效应问题。1）时间效应：在应力水平不变的条件下，土的变形随时间逐渐增大，基坑变形及支护结构所受荷载随时间逐渐增大。2）空间效应：基坑形状及尺寸、每步的开挖范围及深度等对基坑受力变形产生影响。

5.土钉墙与锚杆的不同点

土钉与锚杆虽然都是通过打入土中的杆体与注浆土体的摩阻力形成受力构件，从表面上看有类似之处，但二者有着不同的工作机理。

（1）两者受力机理不同。土钉是被动受力，即土体发生一定变形后，土钉才受力，从而阻止土体继续变形；锚杆是主动受力，即通过对锚杆施加预应力，在基坑未开挖前就限制土体发生过大变形。二者的本质区别在于工作机理的不同：土钉是一种土体加筋技术，以密集排列的加筋体作为土体补强手段，提高被加固土体的强度和自稳能力；而锚杆是一种锚固技术

（2）两者受力范围不同。锚杆分自由段和锚固段，土钉是全长粘结的。在锚杆的锚固段，锚杆的轴力随锚固深度逐渐衰减，摩阻力与拉力反向。对土钉来说，在主动区，土体向坑内产生位移，通过摩擦力向土钉施加向坑内方向的拉力，因此土钉拉力随深度逐渐增长，直到滑面位置；进入稳定区后，土体为土钉提供摩阻力，拉力逐渐衰减。故土钉的轴力随深度由小到大，再减小，钉-土之间的摩擦力有正有负。

（3）锚杆一般都在设置时预加拉应力，给土体以主动约束；而土钉一般不加预应力的，土钉只有在土体发生变形以后才能使它被动受力，土钉对土体的约束需要以土体的变形作为补偿，所以不能认为土钉那样的筋体具有约束机制。

（4）锚杆的设置数量通常有限，而土钉则排列较密，在施工精度和质量要求上都没有锚杆那样严格。当然锚杆中也有不加预应力并沿通长注浆和土体粘结的特例，在特定的布置情况下，也就过渡到土钉上了。

（5）锚杆可以应用于永久性支护工程中，土钉一般不使用在永久性支护工程中。土钉墙与锚杆支护相比，一些问题尚未解决或没有成熟、统一的认识。如：1）土钉墙作为一种结构形式，没有完整的实用结构分析方法，工作状况下土钉拉力、面层受力问题没有得到解决，面层设计只能通过构造要求解决。2）土钉墙位移计算问题没有得到根本解决，土钉墙通长做法是土钉不施加预应力，只有在基坑有一定变形后土钉才会达到工作状态下的受力水平，因此，理论上土钉墙位移和沉降较大。

6.结论与建议

根据本文上述的一些探讨，可以得出锚杆与土钉墙一些异同特性：

1)土钉、锚杆的杆体与土体的粘结强度和注浆的工艺、注浆量以及土层的性质息息相关。

2)土钉与锚杆两者的受力机理是不同的，前者为被动受力，后者为主动受力。

3)土钉与锚杆受力范围不同，锚杆分自由段和锚固段，土钉是全长粘结的。

4)锚杆支护既可以用于永久性工程，也可以用于临时性工程；土钉墙支护一般用于临时性工程。

5)锚杆比土钉墙更能控制基坑的变形。

参考文献

[1]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].

[2]GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S].

[3]刘国杉，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社.2009

[4]尉希成，周美玲.支挡结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.2015