摘要:本文結(jié)合筆者多年基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工實(shí)踐的總結(jié),對(duì)土釘支護(hù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)在軟土地區(qū)基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行比較與分析,謹(jǐn)供大家作參考之用。
引言
土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)輕型,柔性大,施工簡(jiǎn)單方便,施工速度快,經(jīng)濟(jì)效益顯著,發(fā)展速度較快,但是由于其受制于場(chǎng)地水文地質(zhì)條件、基坑周邊建筑物和地下管線復(fù)雜等因素,因此,土釘支護(hù)在設(shè)計(jì)施工方法必須因地制宜。
1土釘支護(hù)的作用機(jī)理
土釘墻是由在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和密度的土釘體構(gòu)成的。土釘與土共同工作,形成了能大大提高原狀土強(qiáng)度和剛度的復(fù)合土體,土釘?shù)淖饔檬腔谶@種主動(dòng)加固的機(jī)制。土釘與土的相互作用,還能改變土坡的變形與破壞形態(tài),顯著提高了土坡的整體穩(wěn)定性。
土釘墻在受荷載過程中推遲了土質(zhì)邊坡塑性變形發(fā)展的階段,而且明顯地呈現(xiàn)出漸進(jìn)變形與開裂破壞并存且逐步擴(kuò)展的現(xiàn)象,直至喪失承受更大荷載的能力,仍不會(huì)發(fā)生整體性塌滑,且土釘墻在受荷載過程中不會(huì)發(fā)生素土邊坡那樣突發(fā)性的塌滑。
潛在滑裂面將支護(hù)結(jié)構(gòu)分成主動(dòng)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)兩個(gè)區(qū)域,主動(dòng)區(qū)產(chǎn)生的水平推力通過與土釘?shù)南嗷プ饔枚c面層一起在土釘中形成拉力,有將土釘從穩(wěn)定區(qū)中拔出的趨勢(shì),穩(wěn)定區(qū)土體與土釘?shù)哪Σ亮s阻止土釘拔出。當(dāng)主動(dòng)區(qū)土體的水平推力平衡于穩(wěn)定區(qū)土釘之間的摩擦阻力,則達(dá)到土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定性。
2土釘支護(hù)技術(shù)的工作性能
2.1土釘支護(hù)的受力性能①土釘置入現(xiàn)場(chǎng)土體后,如果土體不變形,土釘就不會(huì)受力。土地強(qiáng)度的發(fā)揮是以土體變形為代價(jià)的,而變形的積累發(fā)展過程實(shí)質(zhì)上就是強(qiáng)度削弱和破壞發(fā)生的過程。②土釘?shù)睦ρ仄溟L(zhǎng)度變化,最大拉力部位隨著向下開挖從開始時(shí)靠近面層的端部漸漸向里轉(zhuǎn)移,一般發(fā)生在可能的失穩(wěn)破壞面上。當(dāng)土釘長(zhǎng)度較短時(shí),土體破壞面可能移出上部土釘之外,這些釘中的最大拉力一般發(fā)生在土釘中部。③同深度位置上的土釘,其受到的最大拉力有很大的差別。最大拉力在基坑的中部最大,上部、下部的最大拉力較小。土釘受力并不是與水平位移大小成正比,而是與基坑邊坡潛在的滑動(dòng)趨勢(shì)有關(guān)。臨近破壞時(shí),底部土釘?shù)睦︼@著增長(zhǎng),所以,底部的土釘應(yīng)該加密布置。④土釘拉力伴隨施工與使用階段而變化,安裝施工階段,土釘拉力緩慢增加,開挖施工階段,土釘拉力產(chǎn)生突變,即土釘?shù)氖芰Ξa(chǎn)生突變,即土釘?shù)氖芰哂虚_挖效應(yīng)。使用階段,土釘拉力既有損失現(xiàn)象,也有增加現(xiàn)象。⑤支護(hù)混凝土面層背后的側(cè)土壓力,沿其高度分布也為中間大,上、下小,接近梯形,而不是三角形,壓力的合力值比擋土墻理論給出的計(jì)算值(朗肯土壓力)要小得多。這表明土釘支護(hù)的面層完全不同于一般的擋土墻,支護(hù)面層所受的土壓力合力遠(yuǎn)小于土釘所受到的最大拉力之和。
2.2土釘支護(hù)的變形性能①在開挖過程中,土釘支護(hù)的水平位移隨施工的日期的延續(xù)而增加,基坑開挖完成后區(qū)域問底,位移在支護(hù)頂面最大,隨深度的增加減小,開挖面以下的土體也會(huì)受到影響而發(fā)生較小位移。②在勻質(zhì)土中,支護(hù)面的位移沿高度大體呈線性變化,繞趾部向外轉(zhuǎn)動(dòng)。但在非勻質(zhì)土中,或地表為斜坡,或受重載時(shí),最大水平位移點(diǎn)的位置可能移向下部。③支護(hù)的最大水平位移一般不大于坑深或支護(hù)高度H的0.35%。土釘長(zhǎng)度對(duì)水平位移有明顯影響,適當(dāng)?shù)卦黾油玲旈L(zhǎng)度可以減小基坑的變形。④大量研究表明,水平設(shè)置土釘能最有效地約束土體側(cè)向變形,土釘向下傾斜會(huì)使水平位移增加。而且,剛性較大的土釘可明顯減少土體的最大位移。⑤土釘?shù)哪M試驗(yàn)表明,相比素土體邊坡,土釘支護(hù)的邊坡的破壞狀態(tài)明顯不同。前者有明顯滑裂面,會(huì)突然滑坡,屬脆性破壞,而后者從產(chǎn)生裂縫到最終破壞需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,且無明顯破壞面,屬于漸進(jìn)性變形破壞。此外,土釘支護(hù)在施工結(jié)束一年后沒有額外的移動(dòng)變形,因此有著相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)期穩(wěn)定性。
3土釘支護(hù)的特點(diǎn)與局限性
3.1土釘墻具有的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)①工作性能可靠,能合理利用土體的自承能力,將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)不可分割的部分,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表現(xiàn),土釘墻的位移量小,一般不超過其它常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)方法。②結(jié)構(gòu)輕型,柔性大,有良好的抗震性和延性。土釘?shù)臄?shù)量眾多并能起群體作用,個(gè)別土釘出現(xiàn)問題或失效對(duì)整體影響不大。③施工設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方法簡(jiǎn)便,易于推廣,土釘?shù)闹谱髋c成孔不需復(fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)具,注漿工藝也比較簡(jiǎn)單,靈活性大,因此土釘墻非常易于推廣,土釘施工的所有作業(yè)對(duì)周圍環(huán)境干擾小。④施工不需要單獨(dú)占用場(chǎng)地,對(duì)于施工場(chǎng)地狹小,放坡困難,有相鄰低層建筑或堆放材料,大型護(hù)坡施工設(shè)備不能進(jìn)場(chǎng),該技術(shù)顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。⑤工程量少,施工速度快、噪聲低,對(duì)鄰近建筑物影響小。⑥有利于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的變形資料,及時(shí)調(diào)整土釘長(zhǎng)度和間距。一旦發(fā)現(xiàn)異常不良情況,能立即采取相應(yīng)加固措施,避免出現(xiàn)大的事故,因此能提高工程的安全可靠性。⑦防腐性能好。土釘由低強(qiáng)度鋼材制作,與永久性錨桿相比,大大地減少了防腐的麻煩。
3.2軟土地區(qū)普通土釘墻技術(shù)的局限性①施工現(xiàn)場(chǎng)要有設(shè)置土釘?shù)牡叵驴臻g。②在高水位,軟弱土層中開挖基坑常遇到以下問題:a.基坑開挖引起地下水位的變化。在開挖過程中,有大量的地下水滲入基坑內(nèi),給圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工和使用,基坑的開挖,結(jié)構(gòu)的施工帶來困難。因此止水帷幕在支護(hù)結(jié)構(gòu)中變得很有必要。b.軟弱土層自立性很差,在基坑開挖過程中,易造成邊坡塌方,因此有必要進(jìn)行超前支護(hù)。c.當(dāng)基坑開挖到一定深度時(shí),在動(dòng)水壓力作用下,坑底會(huì)出現(xiàn)涌砂、隆起等現(xiàn)象,解決方法是將止水帷幕插入到一定深度,增長(zhǎng)地下水的滲流路徑或完全杜絕滲流。③由于土釘墻對(duì)地層的依賴性很大,通常僅適用于地下水位低、自立性好的土層。在高水位的軟土土層中,因其自立性差,易產(chǎn)生流砂和管涌的可能。在普通的土釘墻不能滿足基坑支護(hù)安全性時(shí),提高和完善土釘墻支護(hù)技術(shù),擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,以獲取更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益是工程實(shí)踐提出的研究新型土釘支護(hù)的客觀要求。
4結(jié)語
綜合上述,鑒于土釘墻支護(hù)技術(shù)的作用機(jī)理、工作性能及特點(diǎn)分析,故土釘支護(hù)能作為土體開挖的臨時(shí)支護(hù),用于高層建筑、地下結(jié)構(gòu)等深基坑開挖,土坡開挖等;能作為永久性擋土結(jié)構(gòu),一般與施工開挖時(shí)的臨時(shí)支護(hù)相結(jié)合;能用于現(xiàn)有擋土墻的修理加固和各類臨時(shí)支護(hù)發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的搶險(xiǎn)加固等等。
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