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　　基坑工程是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，且大部分都是臨時(shí)結(jié)構(gòu)。地下工程施工完后就不再需要。其具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

 

　　1）安全儲(chǔ)備小，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槭桥R時(shí)結(jié)構(gòu)體系，與永久結(jié)構(gòu)體系相比，其安全儲(chǔ)備要求較小，所以具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。施工過程中應(yīng)加以監(jiān)測(cè)，并有應(yīng)急措施。

 

　　2）單件性強(qiáng)，區(qū)域性強(qiáng)。由于工程地質(zhì)、水文條件和工程地點(diǎn)的不同，導(dǎo)致基坑工程的差異性很大，同時(shí)受周圍場(chǎng)地環(huán)境影響大。其設(shè)計(jì)要因地制宜。

 

　　3）綜合性強(qiáng)?；庸こ痰脑O(shè)計(jì)與施工需要多方面專業(yè)人員的配合協(xié)同進(jìn)行。

 

　　4）較強(qiáng)的時(shí)效性。由于土體是蠕變體，特別是軟黏土，具有較強(qiáng)蠕變性。基坑開挖同時(shí)會(huì)導(dǎo)致周圍地下水位和應(yīng)力場(chǎng)的變化。隨著土壓力和土體環(huán)境的改變，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變化將影響其穩(wěn)定性。

 

 

　　土釘支護(hù)由于其施工機(jī)具輕便靈巧，適用多種地層、工藝簡(jiǎn)單，占地小，時(shí)間短、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，受到廣泛重視，并得以迅速推廣與應(yīng)用。

 

　　“土釘”就是用來加固或同時(shí)錨固現(xiàn)場(chǎng)原位土體的細(xì)長(zhǎng)桿件。通常采取土中鉆孔置入鋼筋，沿孔全長(zhǎng)注漿的方法做成土釘。依靠與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(dòng)受力并主要承受拉力作用。土釘也可用鋼管角鋼等作為釘體，采用直接擊入的方法置入土中。

 

 

　　與其他擋土技術(shù)或類型相比，土釘支護(hù)其有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

 

　　1）材料用量少、工程量少、施工速度快。土釘支護(hù)土方開挖量、砼用量、用鋼量比樁和連續(xù)墻節(jié)省很多。部分施工工期可縮短一半。

 

　　2）施工設(shè)備輕便，操作簡(jiǎn)單。

 

　　3）適應(yīng)性較強(qiáng)。適合于一定粘性的砂土、粉土、硬塑與干硬黏土，局部有軟塑性粘土層，采取一定措施后也可采用。

 

　　4）結(jié)構(gòu)輕巧，柔性大，延性較好。土釘支護(hù)自重小，無需專門基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并有良好的抗震能力。破壞時(shí)有明顯變形發(fā)展過程，不會(huì)徹底倒塌。

 

　　5）施工場(chǎng)地小。土釘支護(hù)系統(tǒng)在受地面場(chǎng)地限制時(shí)，甚至可以做成向里傾斜。

 

　　6）安全可靠。土釘支護(hù)采用邊挖邊支護(hù)的作業(yè)方式，根據(jù)場(chǎng)地開挖出現(xiàn)的土質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的土體變形數(shù)據(jù)，可隨時(shí)修改土釘間距及長(zhǎng)度，采取及時(shí)加固，避免事故發(fā)生。

 

　　7）經(jīng)濟(jì)。據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，土釘支護(hù)比一般錨桿支護(hù)節(jié)約總造價(jià)10~30%，工時(shí)縮短50~30%。國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)表明，土釘支護(hù)比灌注樁等支護(hù)節(jié)約造價(jià)1/3~2/3。

 

　　土釘支護(hù)也有其缺點(diǎn)和局限性。

 

　　1）需有允許設(shè)置土釘支護(hù)的地下空間。倘若為永久性土釘，需長(zhǎng)期占用這些地下空間，當(dāng)基坑附近有地下管線或建筑物基礎(chǔ)時(shí)，施工時(shí)有產(chǎn)生相互干擾的可能。

 

　　2）在松散砂土、軟塑、流塑粘土及豐富地下水的情況下不能單獨(dú)使用，必須與其他支護(hù)方式組合。

 

 

　　在物質(zhì)世界中普遍存在無連續(xù)和突變現(xiàn)象，如地震、滑坡等對(duì)工程建設(shè)的穩(wěn)定性造成巨大影響。類似的突變對(duì)土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)同樣產(chǎn)生破壞性影響。

 

　　以保護(hù)基坑安全施工為目的，針對(duì)土釘支護(hù)，將突變理論數(shù)學(xué)模型[3]引入該支護(hù)體系中，以土彈塑性力學(xué)和突變理論為分析工具，揭示基坑開挖過程中位移和穩(wěn)定性之間的關(guān)系，以期為土釘支護(hù)體系的設(shè)計(jì)與施工提供必要的理論依據(jù)。

 

 

　　突變理論在邊坡工程中的應(yīng)用大部分局限于巖石突變分析，在土的應(yīng)用上較少，具體到土釘支護(hù)方面的就更為稀少。

 

　　土釘支護(hù)體系的土體穩(wěn)定破壞分為兩個(gè)方面：體外破壞和體內(nèi)破壞。

 

　　1）體外破壞。支護(hù)發(fā)生剛體失穩(wěn)。其破壞方式與重力式擋土墻在主動(dòng)土壓力作用下失穩(wěn)類同，可參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ7-1989相關(guān)規(guī)定計(jì)算。

 

　　2）體內(nèi)破壞。體內(nèi)破壞是土釘支護(hù)體系破壞的一般形式。分為土體破壞和土釘與土體之間粘結(jié)摩擦力破壞。

 

　　土體破壞表現(xiàn)為土體破壞面全部或部分穿過加固土體內(nèi)部。如德國(guó)的Stocker和Gasler法只取可能發(fā)生的破壞面由兩部分組成，土體上部分破壞發(fā)生在支護(hù)背面，受背后破壞土體楔塊的主動(dòng)土壓力作用，下部穿過部分土釘并與趾部相連。

 

　　土釘與土體之間依靠界面間的粘結(jié)摩擦力共同作用。雙方在變形條件下由于材料特性不同而產(chǎn)生的粘結(jié)摩擦力的失效標(biāo)志著土釘支護(hù)體系作用喪失，體系失去其原有的穩(wěn)定性，土釘與土體之間粘結(jié)摩擦力的失效，土釘被拔出。

 

　　除此之外，土釘與面層的破壞也是支護(hù)體系發(fā)生破壞的原因之一。

 

 

　　土的抗剪強(qiáng)度很低，抗拉強(qiáng)度可忽略，基坑開挖時(shí)土體存在著在一定邊坡范圍內(nèi)保持土體直立的臨界高度。當(dāng)超過這一臨界深度或發(fā)生地面超載等其他因素將導(dǎo)致土體發(fā)生突發(fā)性整體破壞。土釘與土體的共同作用，使原狀土形成了強(qiáng)度和剛度大大提高的復(fù)合土體，改變了土坡的變形與破壞形態(tài)，通過土釘在復(fù)合土體的箍束骨架作用、分擔(dān)作用和應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用顯著提高了土體整體穩(wěn)定性。

 

　　通過對(duì)土釘支護(hù)體系變形及受力特點(diǎn)的分析，支護(hù)體系中土體變形張量的分析，土釘、土體的應(yīng)變與受力分析，計(jì)算土釘支護(hù)體系穩(wěn)定與否的臨界條件，以此來確定體系中土體發(fā)生突變的臨界位移。在此基礎(chǔ)上，利用極限平衡的方法提出土釘支護(hù)體系的安全系數(shù)，為判定土釘支護(hù)體系的安全提供了一定依據(jù)。

 

 

　　廣州廣場(chǎng)，占地面積2700m2，地上12層，地下一層?；又車h(huán)境復(fù)雜，相鄰建筑物最近處不足1m。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)資料，基坑采用垂直開挖，土釘支護(hù)。依據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、面層土壓力及土層在土釘范圍內(nèi)的分布，分析土釘工作范圍內(nèi)的土性及土釘，借助支護(hù)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算邊坡潛在滑裂面位置及每一道土釘臨界位移值和粘結(jié)摩擦臨界位移量。分析結(jié)果表明土釘支護(hù)體系的體內(nèi)破壞屬于土體失穩(wěn)破壞。以此可見，運(yùn)用突變理論對(duì)土釘支護(hù)體系進(jìn)行分析，并以結(jié)果來指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)是可行的。