土钉墙在城市道路路基中的应用

1引言

土钉墙支护具有占地少、施工灵活、工艺简单和费用低等优势，该技术被广泛应用于基坑支护、边坡加固等工程项目中。但由于土钉墙部分理论尚有争议，且在基坑支护工程应用中的事故也时有发生，因此，该技术在道路路基永久支挡结构中应用较少，相关规范中也并未将其作为推荐的挡土墙结构。本文将在理论分析的基础上结合工程实例，探讨土钉墙在城市道路路基支挡中的应用。

2土钉墙相关特性

2.1土钉墙作用机理

土钉墙的作用机理：（1）土钉墙通过在土体内设置一定长度和密度的土钉，与土共同作用，将最危险滑移面内的主动区的土体改良为具有一定稳定性的复合土体。土钉可视为改良土体的拉筋，使得复合土体的抗拉和抗剪强度较原状土均大幅提高，增强边坡稳定能力。（2）将主动区内的复合土体作为荷载，通过土钉传递到最危险滑移面后的稳定土层内以获得安全储备，使土钉长度范围内的复合土体具有足够的自稳能力及抵抗附加荷载的能力[1]。当土钉墙外部荷载或者由土体自重产生的荷载造成主动区内的复合土体产生滑移时，土体与土钉之间就产生相对位移，土钉将产生阻止其位移的界面剪力；界面剪力的方向向着土体内部，使土钉的拉力从端部起逐渐增加，并在滑移面处达到最大值。由于土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移，延缓了复合土体塑性区的开展及渐近开裂面的出现；当土体开裂时，土钉分担作用更加突出，此时土钉内会出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体内的浆体碎裂、钢筋屈服，造成最终的破坏。

2.2土钉墙三要素及其作用

土钉墙三要素包括：（1）“土”：土钉墙适用于一般地区土质及破碎软弱岩质地段，不宜用于腐蚀性地层、膨胀土及地下水较发育或土质松散地段；（2）“钉”：即土钉，是土钉墙最重要的组成部分，主要起到加固土体、承担荷载、传递应力的作用；（3）“墙”：即面层，主要起到连接土钉加强整体性、约束坡面变形和防止雨水冲刷的作用。

2.3土钉墙与锚杆墙的区别

土钉墙与锚杆墙有一定的相似性，但两者的工作机理不同，造成了受力形式、构造尺寸及施工工艺等方面的差异。

3土钉墙结构设计验算内容及其构造要求

3.1相关规范综述

3.1.1道路相关规范

CJJ194—2013《城市道路路基设计规范》中并未对路基支挡形式提出明确要求，其中6.4.4条提出结合多方面要素合理选择路基边坡支挡与加固措施，6.4.8条明确支挡结构和加固结构的设计计算及构造要求应符合现行行业标准JTGD30—2015《公路路基设计规范》。JTGD30—2015《公路路基设计规范》中5.6“土钉支护”的内容延续了JTGD30—2004《公路路基设计规范》，并未做太多修订。该土钉支护主要针对道路边坡防护，规定其结构计算内容包括以下几个方面：内部整体稳定性验算、外部整体稳定性验算和坡面构件以及坡面构件与土钉的连接计算。该规范仅列出需计算验算的内容，并没有详细的计算过程，尤其是对土钉承载力计算交待不是很清楚。

3.1.2建筑相关规范

JGJ120—2012《建筑基坑支护技术规程》第5章“土钉墙”与GB50793—2011《复合土钉墙基坑支护技术规程》相关内容基本一致，其计算内容主要包括稳定性验算和土钉承载力验算2个方面，并对其构造、施工和检测等方面做了详细的规定。

3.1.3铁路相关规范

TB10025—2006《铁路路基支挡结构设计规范》第9章“土钉墙”，内部稳定性计算即土钉承载力计算与建筑相关规范基本一致，9.2.8中明确了外部稳定性验算时可将土钉及其加固土体视为重力式挡土墙，进行抗倾覆、抗滑动及基底承载力验算；对于土质边坡、碎石土状软岩边坡，还应进行圆弧稳定性验算。

3.2土钉墙结构设计验算内容

综上所述，各规范中土钉墙结构计算主要有以下2个内容：内部稳定性计算即土钉承载力计算，包括土钉钉材抗拉力计算、土钉钉材与砂浆黏结强度计算、土钉与土体抗剪强度计算等；外部稳定性计算即边坡稳定计算，包括按照常规的圆弧滑动法进行边坡稳定计算和将土钉墙及其加固土体视为重力式挡土墙，进行抗倾覆、抗滑动及基底承载力等验算。关于面层结构以及与土钉连接等计算，道路规范中有明确规定，而建筑、铁路相关规范中并未要求，仅给出了一般构造规定。根据土钉拉力中间大、两头小的特征，以及面层受力理论尚不清晰等因素考虑，笔者认为一般情况下面层结构满足构造规定即可。

3.3土钉墙构造要求

从表1可以看出，除面层构造以外，其余各项规定基本接近，可根据实际情况选用。道路及建筑相关规范中土钉墙主要用于边坡防护以及基坑支护等；当土钉墙作为城市道路路基挡土结构时，构造尺寸等可适当参照铁路相关规范。

4工程案例

4.1工程概况

某城市道路东侧为现状小区，小区与道路高程约2~2.5m，小区围墙内为内部道路，围墙距小区建筑约6.5m。若采用重力式挡墙或悬臂挡墙等，势必会破坏小区内道路、绿化等，社会影响较大。综合考虑各方面因素，最终选用了土钉墙方案，不仅避免了用地限制的矛盾，而且也节约了工程造价。

4.2土钉墙构造与设计

土钉墙拟定构造尺寸：土钉直径10cm，土钉钢筋C20，土钉间距1m，倾斜角度20°，长度6.0m，土钉砂浆强度M20；面层分2次浇筑，内层为喷射10cmC30混凝土，外层为后浇20cmC30混凝土，设双层双向钢筋网片准10mm@150mm。对该土钉墙分别进行内部稳定性和外部稳定性计算，计算结果均满足规范要求，设计方案可行。

4.3案例评价

经过几年的运营使用和观测，该工程土钉墙墙面未发现明显变形，小区内道路也未发生沉降、路面没有新增裂缝，路基支挡效果良好，取得了一定的经济效益和社会效益。本工程实例城市道路建设中具有一定的代表性，类似情况下，土钉墙则可作为推荐挡土墙方案实施。

【参考文献】

【1】刘国彬,王卫东.基坑工程手册[K].北京:中国工业出版社,2013.

作者:成鑫 单位:镇江市规划设计研究院