土钉墙支护结构设计、施工与监测宜由一家有专业承包企业资质的地基与基础工程施工单位负责，以便于及时根据现场测试与监控结果进行反馈设计。

（一）土钉墙的构造要求

（1）土钉墙、预应力锚杆复合土钉墙的坡度不宜大于1∶0.2；当基坑较深、土的抗剪强度较低时，宜取较小坡度。

（2）土钉墙宜采用洛阳铲成孔的钢筋土钉。成孔注浆型钢筋土钉的构造应符合下列要求：

1）成孔直径宜取70～120 mm；土钉水平间距和竖向间距宜为1～2 m；土钉倾角宜为5°～20°，其夹角应根据土性和施工条件确定。

2）土钉钢筋宜采用HRB400、HRB500级钢筋，钢筋直径应根据土钉抗拔承载力设计要求确定，且宜取16～32 mm。

3）应沿土钉全长设置对中定位支架，其间距宜取1.5～2.5 m，土钉钢筋保护层厚度不宜小于20 mm。

4）土钉孔注浆材料可采用水泥浆或水泥砂浆，其强度不宜低于20 MPa。

（3）喷射混凝土面层的构造要求应符合下列规定：

1）喷射混凝土面层厚度宜取80～100 mm。

2）喷射混凝土设计强度等级不宜低于C20。

3）喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋，钢筋网宜采用HPB300级钢筋，钢筋直径宜取6～10 mm，钢筋网间距宜取150～250 mm；钢筋网间的搭接长度应大于300 mm；加强钢筋的直径宜取14～20 mm。

（4）土钉与加强钢筋宜采用焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求。

（5）当土钉墙墙后存在滞水时，应在含水土层部位的墙面设置泄水孔或其他疏水措施。

（二）土钉墙支护结构设计

土钉墙支护结构可依据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）进行设计。

1.设计内容

土钉墙支护设计，一般包括下列内容：

（1）根据工程情况和土钉墙构造要求，初选支护各部件的尺寸和参数。

（2）分析计算，主要计算内容有以下几个方面：

1）土钉抗拉承载力计算；

2）土钉墙稳定性验算；

3）喷射混凝土面层的设计计算，以及土钉与面层的连接计算。

通过上述计算，对各部件初选尺寸和参数进行修改和调整，绘出施工图。对重要的工程宜采用有限元法对支护的内力和变形进行分析。

（3）根据施工过程中获得的量测和监控数据以及发现的问题，进行反馈设计。

2.土钉抗拉承载力计算

（1）单根土钉抗拉承载力应满足下式要求：

式中　Kt——土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Kt分别不应小于1.6、1.4；

Nk，j——第j层土钉的轴向拉力标准值（kN），按式（2-2）计算；

Rk，j——第j层土钉的极限抗拔承载力标准值（kN），按式（2-3）计算。

（2）单根土钉受拉荷载标准值，按下式计算：

式中　Nk，j——第j层土钉的轴向拉力标准值（kN）；

αj——第j层土钉的倾角（°）；

ηj——第j层土钉轴向拉力调整系数；

pak，j——第j层土钉处的主动土压力强度标准值（k Pa）；

sx，j、sz，j——第j根土钉与相邻土钉的水平间距、垂直间距；

ξ——荷载折减系数，按下式计算：(www.daowen.com)

式中　β——土钉墙坡面与水平面的夹角（°）；

φm——基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值（°）。

（3）土钉的极限抗拔承载力标准值。单根土钉的极限抗拔承载力标准值Rk，j可按下式估算，应通过试验进行验证，如图2-3所示。

图2-3　土钉抗拔承载力计算

1—土钉；2—喷射混凝土面层；3—滑动面

式中　Rk，j——第j层土钉的极限抗拔承载力标准值（kN）；

dj——第j层土钉的锚固体直径（m）；

qsk，i——第j层土钉在第i层土的极限粘结强度标准值（k Pa）。应由土钉抗拔试验确定，如无试验资料，可查表确定；

li——第j层土钉在滑动面外第i土层中的长度（m），直线滑动面与水平面的夹角取。

3.土钉墙整体稳定性验算

土钉计算除满足设计抗拉承载力的要求外，还应满足土钉墙内部整体稳定性的需要，即土钉墙整体稳定性验算。土钉墙整体稳定性验算是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉。

土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面，整体滑动稳定性可采用圆弧滑动条分法进行验算，如图2-4所示。

式中　Ks——圆弧滑动整体稳定安全系数；安全等级为二级、三级的土钉墙，Ks分别不应小于1.3、1.25；

Ks，i——第i个滑动圆弧的抗滑力矩与滑动力矩的比值；抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值宜通过搜索不同圆心及半径的所有潜在滑动圆弧确定；

cj、φj——第j土条滑弧面处土的粘聚力（k Pa）、内摩擦角（°）；

bj——第j土条的宽度（m）；

qj——作用在第j土条上的附加分布荷载标准值（k Pa）；

ΔGj——第j土条的自重（kN），按天然重度计算；

θj——第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（°）；

lj——第j土条的滑弧长度（m），取lj=bj/cos Qj；

R′k，k——第k层土钉对圆弧滑动体的极限拉力值（kN）；

αk——第k层土钉或锚杆的倾角（°）；

θk——滑弧面在第k层土钉处的法线与垂直面的夹角（°）；

sx，k——第k层土钉或锚杆的水平间距（m）；

ψv——计算系数。

图2-4　土钉墙整体滑动稳定性验算

1—滑动面；2—土钉；3—喷射混凝土面层

4.土钉墙外部整体稳定性分析

土钉支护的外部整体稳定性分析，可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙，参照《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）中的计算公式分别验算。

（1）整个支护沿底面水平滑动[图2-5（a）]。

（2）整个支护绕基坑底角倾覆，并验算此时支护底面的地基承载力[图2-5（b）]。

（3）整个支护连同外部土体沿深部的圆弧破坏面失稳[图2-5（c）]。

图2-5　土钉墙外部整体稳定性分析

（a）沿底面水平滑动；（b）绕基坑底角倾覆；（c）沿深部的圆弧破坏面失稳

5.喷射混凝土面层计算

喷射混凝土面层按以土钉为支座的连续板进行强度验算，作用于面层上的侧压力，在同一间距内可按均布考虑，其反力作为土钉的端部拉力。验算内容包括板跨中弯矩、支座负弯矩、支座剪力等。