【摘要】土釘墻是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu)。盡管該技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，但其理論研究卻落后于工程實踐。因此，本文通過分析土釘墻支護(hù)的特點，針對土釘墻的作用機(jī)理，從施工材料及機(jī)具的準(zhǔn)備，到施工工藝及質(zhì)量控制的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。
1.前言
土釘墻是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu)。它由被加固土、放置于原位土體中的細(xì)長金屬桿件（土釘）及附著于坡面的混凝土面板組成，形成一個類似重力式墻的擋土墻。以此來抵抗墻后傳來的土壓力和其他作用力，從而使開挖坡面穩(wěn)定。
土釘一般是通過鉆孔、插筋、注漿來設(shè)置的，但也可通過直接打入較粗的鋼筋或型鋼形成土釘。土釘沿通長與周圍土體接觸，依靠接觸界面上的粘結(jié)摩阻力，與其周圍土體形成復(fù)合土體，土釘在土體發(fā)生變形的條件下被動受力，并主要通過其受拉工作對土體進(jìn)行加固。而土釘間土體變形則通過面板予以約束。
2.土釘墻的應(yīng)用領(lǐng)域、適用條件及作用機(jī)理
2.1土釘墻的應(yīng)用領(lǐng)域、土釘墻不僅用于臨時構(gòu)筑物，而且也用于永久構(gòu)筑物。當(dāng)用于永久性構(gòu)筑物時，宜增加噴射混凝土層或敷設(shè)預(yù)制板，并有必要考慮外表的美觀。
目前土釘墻的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：
2.1.1托換基礎(chǔ)；
2.1.2基坑或豎井的支擋；
2.1.3斜坡面的擋土墻；
2.1.4斜坡面的穩(wěn)定；
2.1.5與錨桿相結(jié)合做斜面的防護(hù)。
2.2土釘墻的使用條件。
土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和弱膠結(jié)砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固。
土釘墻宜用于深度不大于12m的基坑支護(hù)或邊坡圍護(hù)，當(dāng)土釘墻與有限放坡、預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合使用時，深度可增加。
土釘墻不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫卵石層和淤泥質(zhì)土。不得用于沒有自穩(wěn)能力的淤泥和飽和軟弱土層。
2.3土釘墻的作用機(jī)理。
土釘墻是由在土體內(nèi)放置一定長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@種主動加固的機(jī)制。土釘與土的相互作用，還能改變土坡的變形和破壞形態(tài)，顯著提高了土坡的整體穩(wěn)定性。
土釘在復(fù)合土體中的作用可概括為以下幾點：
2.3.1箍束骨架作用。
該作用是由土釘本身的剛度和強(qiáng)度以及它在土體內(nèi)的分布空間所決定的。它具有制約土體變形的作用，并使復(fù)合土體構(gòu)成一個整體。
2.3.2分擔(dān)作用。
在復(fù)合土體內(nèi)，土釘與土體共同承擔(dān)外部荷載和土體自重應(yīng)力。由于土釘有較高的抗拉、抗剪強(qiáng)度以及土體無法比擬的抗彎強(qiáng)度，所以當(dāng)土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)土體開裂時，土釘分擔(dān)作用更為突出，這是土釘內(nèi)出現(xiàn)彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力，從而導(dǎo)致土釘體中漿體碎裂，鋼筋屈服。復(fù)合土體塑性變形延遲及漸進(jìn)性開裂變形的出現(xiàn)與土釘分擔(dān)作用密切相關(guān)。
2.3.3應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用。
在同等荷載作用下，由土釘加固的土體內(nèi)的應(yīng)變水平比素土邊坡土體內(nèi)的應(yīng)變水平大大降低，從而推遲了開裂的形成與發(fā)展。
2.3.4坡面變形的約束作用。
在坡面上設(shè)置的與土釘練成一體的鋼筋混凝土面板是發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。坡面鼓脹變形是開挖卸載、土體側(cè)向變位以及塑性變形和開裂發(fā)展的必然結(jié)果，限制坡面鼓脹能起到削弱內(nèi)部塑性變形，加強(qiáng)邊界約束作用，這對土體開裂變形階段尤為重要。
3.土釘墻邊坡支護(hù)的施工材料及機(jī)具
3.1原材料。
土釘鋼筋使用前應(yīng)拉直、除銹、涂油；優(yōu)先選用425號普通硅酸鹽水泥；采用干凈的中粗砂，含泥量小于5％；采用干凈的圓礫，粒徑2～4mm；使用速凝劑，應(yīng)做與水泥相容性試驗及水泥漿凝結(jié)效果試驗。
3.2施工機(jī)具。
土釘成孔機(jī)具根據(jù)土質(zhì)和現(xiàn)場環(huán)境條件選用(沖擊鉆、螺旋鉆、風(fēng)槍或洛陽鏟等)能完成設(shè)計要求的有效機(jī)具；注漿泵選用孔口壓力大于0.1MPa的泥漿泵；混凝土噴射機(jī)應(yīng)密封良好，輸送連續(xù)均勻，輸送水平距離不小于100m，垂直距離不宜小于30m；空壓機(jī)應(yīng)滿足噴射機(jī)工作壓和耗風(fēng)量的要求；攪拌方法采用現(xiàn)場人工拌和或混凝土攪拌機(jī)攪拌。
4.土釘墻邊坡支護(hù)的施工工藝
土釘墻的施工流程為：挖土→整理坡面→初噴→打孔眼→插桿→灌注→掛網(wǎng)→復(fù)噴。
4.1開挖整理坡面。
土釘支護(hù)是分層進(jìn)行的，因此挖土深度不能超過設(shè)計深度，在完成上一層作業(yè)面與噴射混凝土以前，不得進(jìn)行下一層深度的開挖。實際工程中常取基坑每層挖深與土釘豎向間距相等，一般為1.5m。
4.2初噴。
為使挖好的坡面不產(chǎn)生垮塌，凡挖好的坡面需立即進(jìn)行混凝土噴射，以使表層固結(jié)。其混凝土的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15，混凝土土中水泥含量不宜低于400Kg/m?3。噴射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，一般為10mm。
4.3鉆孔。
鉆孔前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求定出孔位并作出標(biāo)記及編號。當(dāng)成孔過程中遇到障礙物需調(diào)整孔位時，不得損害支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計原定的安全程度。采用的機(jī)具應(yīng)符合土層特點，滿足設(shè)計要求，在進(jìn)鉆和抽出鉆桿過程中不得引起土體坍孔。成孔過程中應(yīng)由專人做成孔記錄，按土釘編號逐一記載取出土體的特征、成孔質(zhì)量、事故處理等。
土釘鉆孔的質(zhì)量應(yīng)符合下列規(guī)定：
a.孔位允許偏差：±150mm
b.孔徑允許偏差：+20mm～-5mm
c.孔深允許偏差：+200mm～-50mm
d.傾角允許偏差：±3°
4.4插桿與注漿。
插入土釘鋼筋前要進(jìn)行清孔檢查，若孔內(nèi)出現(xiàn)局部滲水或掉落松土應(yīng)立即處理。放置的鋼筋一般采用Ⅱ級螺紋鋼筋，為保證鋼筋在孔中的位置，在鋼筋上每隔2～3m焊置一個定位架。
在插筋的同時，用加筋桿將注漿管帶進(jìn)離孔底0.3m左右的地方，然后進(jìn)行灌注，注漿材料可采用純水泥漿或水泥砂漿，純水泥漿可采用425號普通硅酸鹽水泥用攪拌裝置按水灰比0.45左右攪拌，水泥砂漿采用1：2～1：3的配合比用砂漿攪拌機(jī)攪拌?？變?nèi)一定要灌滿，不能形成空洞和孔隙。
4.5掛網(wǎng)。
上道工序完工后，按設(shè)計要求，將鋼筋網(wǎng)固定于坡面之上；同時，在危險坡上的土釘之間用金屬件(如槽鋼等)連接在一起，以進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度。
4.6復(fù)噴。
掛網(wǎng)后，整個坡面復(fù)噴混凝土，其噴射厚度達(dá)到設(shè)計要求。
5.土釘墻邊坡支護(hù)的施工質(zhì)量控制
5.1原材料控制。
采購的各種材料必須滿足規(guī)范及設(shè)計要求，必須選擇清潔、堅硬、耐久的材料，禁止使用含有達(dá)到有害量的廢物、泥、鹽類、有機(jī)物等的不合格材料；選擇的混合劑不能對水泥的凝固、水化作用產(chǎn)生有害的影響。
5.2施工工藝控制。
土釘孔眼的位置必須根據(jù)受噴面實際情況和設(shè)計布置。作土釘用的鋼筋，使用前須除銹矯直，安裝位置距孔眼中心，鋼筋插入深度不得小于設(shè)計要求，安裝后不得敲擊、碰撞。灌漿用的砂漿應(yīng)拌和均勻，隨用隨拌，孔眼在灌漿前用風(fēng)吹凈，灌漿時從孔底開始，連續(xù)均勻的進(jìn)行。掛鋼筋網(wǎng)前必須將坡面清理平順使鋼筋網(wǎng)緊靠坡面鋼筋網(wǎng)與土釘?shù)穆?lián)接必須牢固可靠。噴射混凝上的配合比必須經(jīng)試驗確定噴射混凝上宜隨拌隨用。分層噴射混凝土?xí)r后層混凝土應(yīng)在前層混凝土終凝后進(jìn)行，如超終凝1小時以上時，則受噴面必須用水、風(fēng)清洗；噴頭應(yīng)與受噴面垂自其間距以0.6-1.2m為宜。噴頭應(yīng)連續(xù)、緩慢橫向移動噴射厚度應(yīng)均勻。噴射混凝土施工終凝2h后及時進(jìn)行濕潤養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不得少于l4天。
6.結(jié)束語
土釘墻施工成功解決了基坑邊坡的強(qiáng)度及穩(wěn)定性問題，保證了施工的安全。此外，由于土釘墻能充分利用土體的自承能力的特點，與噴錨支護(hù)相比，其造價低，施工方便。因此在條件允許的情況下，采用土釘墻支護(hù)，可以大大節(jié)省投資。土釘墻施工周期短，與挖土同時進(jìn)行，很少占用獨立工期。挖土與土釘支護(hù)都分層分塊施工，充分發(fā)揮土體的空間支護(hù)作用，并在開挖后幾個小時內(nèi)封閉，使邊坡位移和變形及時得到約束限制。
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