摘要：本文對土釘墻的概念、作用機(jī)理、破壞形式、設(shè)計方法、構(gòu)造措施進(jìn)行了系統(tǒng)的探討。同時討論了土釘墻在深基坑施工中的注意事項，最后本文就土釘墻目前存在的問題進(jìn)行了相應(yīng)的探討。
前言
土釘墻作為一種擋土技術(shù)，是在20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)的。在國外，較早研究土釘墻技術(shù)的是法國。1972年，法國承包商Bouygues提出了新奧法原理能夠用于土質(zhì)邊坡和軟巖的臨時支護(hù)，并在法國Versailles附近的一條鐵路邊坡開挖工程中進(jìn)行了成功的實踐。該邊坡最大坡高21.6m，長96.5m，坡度70°，總加固面積12000m2，使用25200根鉆孔注漿錨桿，這是土釘墻有詳細(xì)記載的首次應(yīng)用。
一、土釘墻的概念
土釘是用來加固或同時錨固現(xiàn)場原位土體的細(xì)長桿件。它依靠于土體之間的界面粘結(jié)力或摩擦力，在土體發(fā)生變形的條件下被動受力，并主要承受拉力作用，以彌補(bǔ)土體抗拉、抗剪強(qiáng)度不足的缺點。土釘墻是以土釘作為主要受力構(gòu)件的邊坡支護(hù)技術(shù)，由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴混凝土面層和必要的防水系統(tǒng)組成。如右圖所示，其主要是利用土釘將天然土就地進(jìn)行加固，并與噴射混凝土護(hù)面相結(jié)合，產(chǎn)生主動制約機(jī)制，形成一個類似重力式擋土墻的“土釘墻”復(fù)合體，從而使土坡穩(wěn)定的方法。該法以其獨特的受力性能和良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果而在深基坑開挖、邊坡加固中得到廣泛應(yīng)用。
二、土釘墻的作用機(jī)理
土釘是指通過鉆孔、插筋和注漿等施工工藝放置于原位土體中的細(xì)長金屬桿件，其沿通長與周圍土體接觸，依靠接觸界面上的粘結(jié)摩阻力，與周圍土體形成復(fù)合土體。因此，土釘只有在周圍土體發(fā)生變形時，才因土釘與周圍土體的變形不協(xié)調(diào)而受力，屬于被動受力。這種變形不協(xié)調(diào)，在土釘與土體接觸面產(chǎn)生的作用于土體的剪力的方向與土體位移方向相反，土釘對周圍土體的加固正是通過這種剪力來實現(xiàn)的。
土體發(fā)生變形時，土體內(nèi)沿土釘長度方向各點的變形速率和變形量不完全相同，致使土體的變形與土釘?shù)淖冃尾粎f(xié)調(diào)，在其界面產(chǎn)生相互的剪阻力，限制土體的進(jìn)一步變形。另外，土體是三相體系，土體變形是土體固相顆粒發(fā)生重新排列、定向的宏觀體現(xiàn)，固相顆粒位移引起孔隙壓力的消散與土的性質(zhì)有關(guān)。土釘?shù)拈L度、密度、傾角等對支護(hù)邊坡的位移和土釘?shù)氖芰杏绊憽?/div>
三、土釘墻的構(gòu)造及適用范圍
1.土釘墻的構(gòu)造
土釘墻結(jié)構(gòu)由土釘和面層兩部分構(gòu)成，土釘主要包括：鉆孔注漿土釘和打入式土釘兩種形式。鉆孔注漿土釘為最常用的土釘，一般采Φ6mm-Φ32mm的HRB335，HRB400鋼筋，置于Φ70-Φ120mm鉆孔中。漿液一般采用強(qiáng)度等級不低于M10的水泥漿或水泥砂漿。水泥漿水灰比般為0.5左右，水泥砂漿配合比一般介于1：1～1：2之間，水灰比介于0.38～0.45。注漿土釘設(shè)定位支架以使鋼筋居中，孔口宜設(shè)置止?jié){來及排氣管。打入式土釘一般采用鋼管打入土中形成。打入式土釘一般釘長較短施工簡單快速，但不易用于密實膠結(jié)土中。
2.土釘墻的適用范圍
土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種原位土體加固技術(shù)，它是將土釘安設(shè)或打人基坑邊坡土體內(nèi)，將土體加固成能自穩(wěn)的擋土結(jié)構(gòu)。土釘墻的支護(hù)作用為：沿通長與周圍土體接觸，以群體與土體接觸界面上的粘聚力或摩擦力，使土釘被動受拉給土體以約束，使其達(dá)到穩(wěn)定邊坡的作用。土釘必須和面層有效邊接，應(yīng)設(shè)置承壓板或加強(qiáng)鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接。土釘墻基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地，基坑深度不宜大于12米。當(dāng)直截了當(dāng)下水位高于基坑底面時，應(yīng)采取降水或截水措施。土釘墻屬于重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)。
四、土釘?shù)钠茐男问?/strong>
1.土釘結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度破壞
土釘有6種可能的破壞形式：1）土釘桿材屈服破壞；2）土釘與注漿體滑移破壞；3）土釘錨固體從土體中拔出；4）土釘錨固體周圍土體剪切破壞；5）面板節(jié)點破壞如焊接脫離或者出現(xiàn)環(huán)狀剪切破裂面等；6）土釘被剪斷。
2.土釘結(jié)構(gòu)的蠕變破壞
由于軟土具有很強(qiáng)的流變特性，土釘試驗得到的拉拔曲線很難達(dá)到收斂狀態(tài)。因此如在軟土中采用土釘，則應(yīng)提高安全系數(shù)，達(dá)到1.6以上或者基礎(chǔ)施工中加快速度。
五、土釘墻的設(shè)計及驗算
基坑土釘墻的設(shè)計內(nèi)容主要包括土釘長度、布置間距、土釘鋼筋直徑及坡面噴射混凝土布網(wǎng)和厚度的選擇。其驗算包括土釘墻整體穩(wěn)定性分析、土釘墻局部穩(wěn)定性驗算、基坑底的抗隆起驗算。與土釘墻穩(wěn)定性分析有重要關(guān)系的設(shè)計參數(shù)主要有土的強(qiáng)度參數(shù)與、土釘?shù)拈L度以及土釘?shù)拿芏鹊取?/div>
六、土釘墻支護(hù)技術(shù)在深基坑中的注意事項
?。?）施工前應(yīng)徹底熟悉、掌握工程地質(zhì)勘察情況、地下障礙物分布、埋深情況，地下洞穴、地下管線、滲水井的分布埋深情況。（2）要掌握地下排水管線的材質(zhì)、距離、使用壽命、管徑、排量、充滿情況、是否滲漏，有無損壞等。（3）要掌握地下水分布情況，及時掌握豐水期施工地下水變化情況，并及時調(diào)整土釘分布數(shù)量。（4）基坑開挖時，要及時掌握地基土變化情況，出現(xiàn)砂類土要調(diào)整放坡，出現(xiàn)飽合土要查明原因，調(diào)整施工方案，制定相應(yīng)措施。
七、土釘—土體相互作用的研究
土釘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性主要取決于對土釘?shù)墓ぷ餍阅芤约芭c土體相互作用的認(rèn)識。1）為了確保護(hù)壁的穩(wěn)定，設(shè)計人員往往人為加大土釘長度。據(jù)現(xiàn)場觀察，土釘?shù)臉O限抗拔力不一定與釘長成正比，超過一定長度后，土釘?shù)臉O限抗拔力提高得很少。2）土釘內(nèi)力的確定。就注漿釘來說，目前其界面粘結(jié)力主要參考無預(yù)應(yīng)力注漿錨桿。而土釘?shù)墓ぷ餍阅芘c土層錨桿的受力方式不同，土釘?shù)目拱瘟Σ粌H由穩(wěn)定區(qū)受力狀態(tài)決定，而且與滑動區(qū)土釘?shù)氖芰顟B(tài)以及土釘材料的抗拉能力等有關(guān)。
八、復(fù)雜地層土釘墻的研究
一般來說，土釘墻只適用于有一定粘性的砂土和硬黏土，或有一定自承能力的土體，對于松散砂土、軟黏土以及地下水豐富地區(qū)等使用土釘墻技術(shù)時，存在以下幾個問題：1）由于土體松散其抗剪強(qiáng)度低，不能給土釘以足夠的抗拔。2）由于土體松軟和含水量高，土體不僅自承能力差，而坑或邊坡的噴射面層難以形成。要保證基坑的穩(wěn)定必須采用土體超前加固和與其他輔護(hù)方法相結(jié)合的方法。目前在富水地區(qū)及軟土地區(qū)土釘墻研究已取得了一定的進(jìn)展。對其機(jī)理做更深入的研究，必將其應(yīng)用范圍，促進(jìn)土釘墻技術(shù)在基坑支護(hù)中的應(yīng)用和發(fā)展。
九、結(jié)束語
深基坑土釘支護(hù)具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果，但迄今為止還存在著一些難以解決的問題，例如：土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、面層土壓力與土釘密度、長度間的關(guān)系，最佳土釘間距的確定等，對土釘支護(hù)的機(jī)理也尚未完全清楚，因此有待于進(jìn)一步研究。
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