张莹
内蒙古科技大学土木工程学院

摘要：边坡防护工程中，在边坡土体内部设置一定长度和分布密度的土钉，钉与边坡土体共同作用形成土钉墙防护体，能够弥补边坡土体自身强度不足，达到高陡边坡治理的目的。针对土钉墙的局限性，可采用微型钢管桩复合土钉墙提高该技术的适应范围。

关键词：边坡防护；土钉墙；复合土钉墙；地灾防护

土钉墙边坡支护技术是一种新型的高陡边坡防止土体滑坡的支挡技术，具有施工简便、质量可靠、节能环保以及成本较低等优点，目前已广泛应用于煤矿边坡支护、高速公路穿越山区山体滑坡段边坡加固、民用建筑大型基坑边坡加固以及水利工程岸线护坡等高陡边坡治理工程，取得了比较好的效果。

1  土钉墙支护结构

土钉墙的整体形式主要表现为在原状土体中打孔，然后在预制孔中布置预先设定好的钢筋后进行混凝土注浆，并经过养护使其形成一个完整且与周围岩土体有很好粘结力的结构（图 1）。同时，在边坡表面铺设细小直径的钢筋网片，并喷射低强度混凝土来保护面层，既可以防止土体洒落，也具有一定美化效果。

图 1 土钉墙结构图

2  土钉墙支护使用范围

土钉墙吸取了锚杆和加筋土的优点，常用于基坑的开挖回填以及自然形成或者人工改造所形成的边坡防护。相比其它支护结构，具有许多独特的优势。土钉墙的施工简单灵活、施工过程安全指数较高，土钉设计方案能够根据施工现场的各类建设数据和突发状况进行动态调整。同时，土钉的制作过程简便快捷，成孔容易且可用率高。此外，土钉墙巧妙地将边坡土体的自身承重能力与建设工程的边坡支护结构融为一体，在很大程度上增强了支护刚度。与其他土木工程边坡支护技术相比，土钉墙支护效果更为牢固。同时，土钉墙支护结构轻巧且具有良好的柔韧性，有效增强了边坡支护结构本体的延展性和抗震性能。对于场地有限、放坡困难或附近有其他相邻建筑阻挡的工程，大体积的护坡措施不占优势，相比之下土钉墙的支护结构优势就更加明显。

3  土钉墙与土体稳定性计算

边坡土体稳定性由抗滑力矩和滑动力矩两个因素决定，因此土体边坡的安全系数（FS）可以通过以下公式计算：

FS＝抗滑力矩（Mr）/滑动力矩（Ms）

根据瑞典圆弧条分法，可以计算土钉墙内部土体稳定性。土钉墙的圆弧滑动面示意图如图 2所示。假设共m排土钉，且所有土钉的倾角相同，各个土钉之间竖直和水平间距分别为Sv和Sh。如图 3所示，将滑动土体沿宽度等分为n个土条块，取典型土条块i进行受力分析，由整个滑动体的抗滑力矩（Mr）和滑动力矩（Ms）之间的平衡可得 ：

式中，FS为滑动面的安全系数，n为土条数，Ci为第 i 条块的粘聚力，ψi 为第 i 条块的内摩擦角，bi为第 i 条块底面水平方向上宽度，βi为第 i 条块底面与水平面间的夹角，Wi为第 i 条块重力，Li为条块底面长，Sh为土钉的横向间距，δj为第 j 排土钉与水平面间的夹角，Pj为第 j 排土钉提供的抗拔力，（j =1，2，...，n），Ψj 为第 j 排土钉与滑动面切线间的倾角，Ψj  =ψi+δj 。

图 2 圆弧滑动面示意图

图 3 i 条块受力分析

通过对土钉墙内部土体稳定性的计算，证实了边坡防护的有效性，降低了边坡滑坡及塌陷风险。

4  土钉墙的局限性

受工程所处地形与地质条件限制，土钉墙在边坡防护工程中的应用也面临一些挑战。比如，土钉墙的支护作用机理是被动支护，只有在承重的土体发生变形以后才会将其本身所受的力全部转移到土钉支护结构上。这就需要防护边坡发生较大的位移和变形。然而，相对于高陡边坡以及变形有严格规定的工程项目，土钉墙的单一支护结构是无法满足防护需要的。    

同时，土钉墙支护适用于水位较低、胶结、弱胶结土等地质环境。一旦遇到较高水位施工地质条件，其边坡支护效果将会大打折扣。针对上述问题，结合新的施工技术与工艺，开发了新型的复合边坡支护结构——微型钢管桩复合土钉墙。

5  微型钢管桩复合土钉墙

为打破土钉墙单一使用的局限性，提升土钉抗拔性能，将土钉墙支护技术与微型钢管桩相结合，形成微型钢管桩复合土钉墙技术。微型钢管桩复合土钉墙支护体系是在土钉钻孔施工完毕后，在斜坡顶部土钉空中间部位垂直置入钢管，接着向钢管内利用高压灌注水泥浆，沿边坡顶部形成一定间距分布的一排微型钢管桩。然后设置土钉和喷射混凝土面层，并与微型钢管桩连成一个整体（图 4）。

图 4 某工程微型钢管桩复合土钉墙支护结构示意图

微型钢管桩复合土钉墙在保证边坡防护工程施工质量和支护效果的同时，最大限度的用微型桩对坡面上部的变形问题进行限制，同时以压力注浆解决土体加固与土钉抗拔问题。土钉墙利用自身的喷锚进一步增强了土体的强度和稳定性，与钢管桩形成一种主动支护与被动支护相结合的结构。微型钢管桩复合土钉墙防护技术在地质环境复杂区域具有广泛的应用前景。

6  结语

土钉墙和微型钢管桩复合土钉墙支护能够强化边坡防护体系整体结构，有效提升高陡边坡工程支护效果，具有成本低、施工周期短、技术要求低等优势，是一项比较成熟的技术。建议将土钉墙技术推广应用于管道地灾防护工程的高陡边坡防护中，有效提升地灾易发区土体稳定性，从而保障管道安全平稳运行。

作者简介：张莹，1987年生，硕士研究生，工程师，主要从事管道地质灾害监测与土木工程防治研究。联系方式：13995033587，395137802@qq.com。