深基坑土钉支护方式的探讨

２６８研究探讨Ｒｅｓｅａｒｃｈ　深基坑土钉支护方式的探讨　郭少华李振中王强　ｆ山东科技大学　土木工程与建筑学院　山东　青岛２６６５９０）　中图分类号：Ｇ３２２文献标识码：Ｂ　文章编号１００７—６３４４（２０１　７）０２—０２６８一们　摘要：目前在深基坑支护结构的主要类型中，土钉墙支护结构形式仍为淄博市类似深基坑工程中首选的支护形式。本章首先对土　钉支护技术进行简要概述，而后对土钉支护作用机理进行分析，包括变形特征和支护结构的稳定性分析，然后简述了支护参数的设计，　最后主要依据淄博市典型地质条件分类，对淄博市舒香苑小区住宅楼工程中的土钉墙支护形式进行分析，结合实际工程进行比较分析　最终得出土钉墙设计时需要考虑的影响因素，对淄博市土钉墙支护的深基坑工程的设计施工提出有针对性的建议。　行支护时。同时，在边坡整体稳定性分析时，必须考虑施工期间，在不同开挖深度或　基坑底面之下可能的滑动面，通常采用圆弧简单条分法进行计算。　１引言　土钉支护技术一般情况下是将土体加筋的一种技术。在天然边坡或人工边坡　中，通过在水平方向设置杆件或面板结构构成整体体系，从而起到改变土体性质的　效果同时与原土层一起作用，形成重力式挡土墙的结构，抵消加固结构的侧向土压　力以及荷载，形成较强的整体稳定性。　３土体支护参数的设计　在基坑支护方案设计时，首先根据基坑实际工程条件同时结合现场地质勘察资　料，考虑支护方式能否使用土钉支护结构。建设可以使用土钉支护形式，则需要计　算支护结构的尺寸大小，之后考虑工程实况以及工程地质情况，进行土钉主要参　数（土钉尺寸、土钉之间间距、土钉分布情况等）的优化。　３．１土钉长度选择　２土钉支护作用机理分析　２．１土钉的作用机理　在土钉支护形式结构中，支护形式的核心是土钉支护，其在支护过程中发挥　着举足轻重的地位，主要表现为以下几个方面：　（１）箍束骨架作用。在土体结构的内部，土钉群分布形式按照三维空间结构分布，　同时形成空间，其骨架结构具有一定刚度的，其主要作用是承受承受着拉、弯和　剪切力，减少土体本身的内力，抑制土体发生剪胀以及拉伸变形，减少应力集中现象，　抑制剪切滑裂面的形成。土钉的强度、刚度以及分布情况，具有抑制土体变形、增　加土体整体性与稳定性的作用。　（２）分担荷载作用。在基坑复合土体中，土体中的荷载主要有土钉和土体之间　的相互作用共同承担。由于土钉的抗拉强度、抗剪强度以及抗弯刚度较土体结构来说　较高。土体进入塑性状态后，土钉承担主要应力。当土体完全开裂后，土钉完全承担拉　剪、弯剪等作用力，使得土钉孔径内的混凝土破碎，土钉产生屈服，因此，土体表现为　塑变延迟、渐进性开裂的特点。在复合土体内，基坑局部出现明显的剪切面和拉裂缝，　通常荷载的增加其现象更加明显，但是土体仍然持续很长时间才能够滑塌。　（３）应力传递与扩散作用。土钉进入土体后，土体的变形使得土钉变形，但土钉　的弹性模量Ｅ明显高于土体弹性模量，故二者的变形主要由土钉控制，土钉的应力　从潜在滑移面处分别向活动区和抵抗区两侧传递和扩散，并随着开挖深度的增加通　过应力传递与扩散作用将潜在滑移面向后转移，充分调动抵抗区内土钉的锚固力，　从而提高了边坡的整体稳定性。　（４）坡面的约束作用。基坑的开挖、侧向土的位移变化、塑性区变化、基坑周　围的裂缝必然导致坡面鼓胀变形，而土钉与面层的连接一定程度上可以使得土钉受　力协调，可以降低土钉不均匀受力的程度，另一方面可以限制坡体侧向鼓胀变形和　局部塌落，保持边坡完整，提高整体的稳定性，并避免雨水对边坡的冲刷。　２．２支护结构稳定性分析　土钉的支护设计中，土钉长度的选择主要遵循以下原则：影响土钉的布置方式　的因素为相邻土层的力学性质及位置，同时根据实际工程的情况设置。结果表明：　不同深度的土钉，在使用状态时，其内力分布形式大致相同，但数值上差别较多，通常　情况下，土钉最大压力发生在基坑开挖面中部，基坑开挖面上部和下部应力比较小。　当要求地面变形很少时，需要通过增加顶层土钉的长度来控制地面裂缝现象的发　生。当上部土层的土钉被物理力学性质差的土覆盖时，可以考虑减小土钉的长度，　仅仅维持局部稳定即可，同时在物理性质很好地土层中，可以增加土钉的长度，以此　来提高结构的稳定性系数。考虑非饱和土时，控制土钉长度Ｌ与基坑垂直深度Ｈ之　比范围在０．６一１．０之间，在软塑粘性土中，土钉长度Ｌ与基坑垂直深度Ｈ之比不应小　于１．０。　３．２土钉孔径选择及间距布置　土钉孔径大小受成孔方法影响。人工成孔时孔径取值为６０ｍｍ～１２０ｒａｍ；机械　成ＴＬＴＬ径取值为ｌＯＯｍｍ一１５０ｍｍ。　３．３土钉直径的选择　在基坑土钉支护工程中，钢筋一般选二级钢筋或三级钢筋，其主要优点包括：增　强钢筋、提高砂浆的握裹力以及抗拉强度。钢筋直径选用范围为（ｂ　１６　３２ｒａｍ之　间，在实际工程中常采用的钢筋直径范围为（ｂ　２２　（ｂ　２５ｒｎｍ。　３．４土钉倾角　根据注浆方法和土层的特性，可以确定土钉倾角范围在５。～２０。之间。在成孔　稳定性较差地层中，可以将邻近层顶的那排土钉倾角降低，这样土钉就能够在上部　稳定性较好土层中。通过在软弱地层处放缓坡度，使得土钉能够维持边坡局部的稳　定性。　３．５喷射混凝土面层　土钉支护混凝土喷射面的厚度范围为５０ｒａｍ～１５０ｒａｍ，实际工程中取值一般为　ｌＯＯｍｍ，混凝土强度等级在Ｃ２０以上。基坑周边钢筋网尺寸在１５０ｍｍ～３００ｍｍ之间。　设计规范主要采用构造配筋，对其理论尚缺乏统一理论。　３．６临界高度的确定　分层分段进行施工是进行土钉支护的主要施工方法，在保证稳定的情况下，土　体的最大高度等于这层土体开挖的最大高度。开挖砂土时，每层土的开挖深度范　围Ｏ．５ｍ一２．Ｏｍ；在粘性土中，开挖深度可能增大一些。开挖高度受到土钉的竖向间　距控制，其范围在１．Ｏｍ～１．５ｍ之间。　稳定分析是根据岩土工程地质条件、荷载条件及支护隋况，依照基坑的破坏形态　和破坏机理，对实际基坑工程的稳定性进行定量的受力平衡分析。依椟眭是进行稳定分　析的最大特点。在一定程度上，基坑破坏模式能够展示基坑破坏形态与机理因此深基　坑土钉支护分析中的重要内容之一是分析深基坑稳定性。根据不同的定义安全系数、　滑动面的形状、支护结构受力形式的不相同，其基坑的计算方法就各不相同。由于理论　和技术之间存在很大的差异，因此在一定程度上限制新技术的发展，相对于设计施工单　位来说，支护结构中需要一种科学合理且简单易行的分析方法。　２．２．１外部稳定性分析　基坑发生外部失稳时，主要表现在基坑的支护结构作为一个整体沿着滑移面发　生大的位移，即其下滑力大于其承载力，使得土体稳定性遭到破坏，发生塑性滑　动的现象。在土钉支护形式的实际工程中，极少发生整体失稳的现象。在实际工程　中，能够提供一种关于支护的技术理论还是很有必要的。　２．２．２内部稳定性分析　目前，极限平衡法是定性分析土钉支护内部稳定性的方法。极限平衡理论主要　应用于分析土体处于理想塑性状态时的应力分布以及滑移面轨迹。极限平衡法的　主要目的是找出临界滑移面的具体位置，根据滑动面的位置计算相应的安全系数。　在边坡稳定性分析中，极限平衡法的优点是计算方便简单。极限平衡法的前提是，　假设作用被动土压力和主动土压力在基坑结构中的达到极限平衡状态，然后再利用　该原理，推算出不同滑动面上各点的安全系数，同时计算整个滑动面滑动破坏的　安全系数。　支护结构的施工形式是由下而上，开挖一层后能够形成新的控制滑移面，所以　在基坑开挖过程中各阶段的稳定性显得非常重要，特别在某层开挖完成时，在未进　４结论　影响土钉支护形式主要因素包括：孔径尺寸，间距，长度等等。由于多种参　数的优化制约着土钉的设计，因此进行土钉设计时要考虑全面，使的设计不仅仅　根据安全性、可行性和经济性，还考虑施工过程的方便性。　参考文献　［１］孙铁成，张明聚，杨茜深基坑复合土钉支护模型试验研究ｆ　Ｊ１ｌ岩石力学与工　程学报．２００４，１５：２５８５—２５９２．　［２１董诚，郑颖人，陈新颖，唐晓松．深基坑土钉和预应力锚杆复合支护方式的探　讨ｆ　Ｊ１ｌ岩土力学，２００９，１２：３７９３—３７９６＋３８０２．　【３］昊忠诚，汤连生，廖志强，刘晓纲，颜波．深基坑复合土钉墙支护ＦＬＡＣ一３Ｄ模拟　及大型现场原位测试研究【ＪＩ．岩土工程学报，２００６，Ｓｈ１４６０—１４６５．　【４］吴志敏，屠毓敏．土钉基坑支护的空间效应研究　．岩土力　学，２００７，１０：２１７８—２１８２．