土钉支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中, 并在坡面上喷射钢筋混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作, 形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。
土钉支护技术原理是能够很好利用土体自身强度达到稳定的柔性支护结构, 它允许边坡土体发生变形而不破坏, 并能避免边坡的突发性坍塌事故发生, 故其安全经济且实用性强。土钉墙施工用的机具少、工艺简单、适用性强, 特别对5~8m深的基坑较陡的边坡较为适合。设计的关键是土钉长度的确定, 在挡土墙设计理论里认为, 但土坡倾斜时, 倾斜面使侧向压力降低, 而我们在坡面上安设土钉的长度就能使它比垂直加筋挡墙配筋的长度短, 为此, 常采用土钉的长度约为坡面垂直高度的60%~70%。
土钉支护一般只应用于有一定自立能力和较大摩擦阻力的土层中, 如稠度在可塑状态以上的粘性土、有一定胶结力的粉质土、砂土层等。而对于软土层的基坑支护, 单纯依靠土钉支护难以奏效, 此时将土钉和其它支护形式结合起来的复合土钉支护则显现出它在软土基坑工程中的巨大潜力。最具代表性的有土钉-搅拌桩支护、超前微型桩-土钉支护、锚杆-土钉支护。
在土体内设置一定长度与分布密度的土钉体, 与岩土共同作用, 形成复合土体, 从而提高土体强度, 以弥补土体强度本身的不足, 增强边坡整体稳定性。
由于土钉本身的刚度和强度, 以及它在土体内分布的空间组合, 对土体变形有约束作用。
土钉与土体共同承担外荷载和自重应力, 土钉起分担作用与土体相比, 土钉具有很高的抗拉作用、抗剪及抗弯刚度, 因此在土体进入弹塑性状态后, 应力逐渐向土钉转移, 当将要破坏时, 这种承担作用更加突出。
土钉体通过起应力传递作用, 将滑裂域内部分应力传递到稳定土体中, 并分散在较大范围的土体内, 降低应力集中程度。
土钉与面层一起, 对边坡变形起约束作用。
(1) 根据工程类别和工程经验, 初步选定各部件的尺寸和材料参数。
(2) 进行计算分析, 主要有:
(1) 支护的内部整体稳定性分析和外部整体稳定性分析
按照圆弧破坏面采用条分法对支护作内部稳定性分析。对于外部整体稳定性分析, 将由土钉加固的整个土体视为重力式挡土墙, 按照挡土墙的稳定分析进行抗倾覆、抗滑动、抗隆起和抗管涌验算。
(2) 土钉设计计算包括土钉设计内力的确定, 各层土钉的长度、土钉最大抗力的确定、土钉抗拉断裂极限状态验算和注浆钉包裹体锚固极限状态验算。
(3) 喷混凝土面层的设计计算, 以及土钉与面层的连接计算。通过上述计算对各部件的初步选定参数作出修改和调整, 给出施工图。对重要的工程, 宜采用有限元法对支护的内力与变形进行分析。
(3) 根据4个过程中获得的测量监控数据和发现问题进行反馈设计。
在软土地基中, 必须对常规土钉支护进行改造, 特别是对支护变形有严格要求时, 最好采用土钉支护与其它支护技术相结合的方法, 即形成所谓的“复合型土钉结构”, 以保持和提高土坡稳定性, 达到良好的技术经济效果, 就目前的应用经验来看, 主要可以概括为三类预应力锚杆+土钉支护搅拌桩+土钉支护微型桩+土钉支护。
预应力锚杆+土钉支护方法, 一般用于对边壁变形需要严格控制的场合, 锚杆的预应力使得边坡土体潜在的可能滑动部分受到挤压, 从而提高被加固土体的力学指标。
搅拌桩+土钉支护方法, 主要是利用搅拌桩体良好的抗渗性和一定的强度, 解决基坑开挖后存在临时无支撑条件下的自立稳定问题。
微型桩+土钉支护方法, 一般用于单层自稳时间为零或极短, 即随挖随塌的场合微型桩的作用主要是靠其抗弯刚度来减少施工分层开挖中土体侧向变形, 支撑喷射混凝土面层重量, 改善支护体系的整体稳定性。
在实际工程应用中, 还可以将上述三种基本复合型土钉支护结构再进一步结合使用。常用的复合土钉支护形式如下见图1。
某教学综合楼工程为地下一层, 地上12层框架结构, 建筑面积为26676m2。该地下室土基坑为深基坑。
市建工程勘查院提供的《技术学院教学综合楼岩土工程勘查报告》现场测量的基坑开挖见图2, 深度按照市建筑设计院有限公司设计的施工图及现行的有关技术规程规范。
(1) 基坑支护采用土钉支护形式, 基坑侧壁安全等级为二级, 重要性系数1.00。
(2) 东西两侧采用土钉墙支护。 (见图3、图4)
(3) 南北两侧采用高压喷射混凝土保护层。 (见图5)
该工程在施工过程中边坡稳定, 效果良好。
(1) 土钉坡后土压力所采取的计算模型还颇有争议, 一些基坑规程计算土压力仍然采用传统的三角形土压力模式来计算, 有的采用经验土压力, 与实测的土压力存在较大差距。理论研究土钉力与土压力的关系非常重要。
(2) 由于土的力学性能、参数离散形较大, 支护工作机理复杂, 土钉支护设计应采用概念设计方法。根据实际工程的地质、水文条件、周边环境情况、工程经验, 因地制宜, 进行合理的设计。
(3) 土钉支护安全可靠、节约资材、缩短工期、施工简单, 是一种很好的深基坑支护形式
摘要：土钉支护是一种用于基坑开挖支护或边坡加固的挡土技术。它是一种新兴的支护结构体系, 具有安全可靠、节约资材、缩短工期、施工简单等特点。因此本文就土钉的特点、适用范围、土钉的作用机理及土钉的设计内容进行了分析。并在实际工程中应用, 取得良好的效果。
关键词：深基坑,土钉支护,设计
[1] 张明聚, 郭忠贤土钉支护工作性能的现场测试研究[J]岩土工程学报.[1]张明聚, 郭忠贤土钉支护工作性能的现场测试研究[J]岩土工程学报.
[2] 曾宪明, 黄久松, 王作民.等土钉支护设计与施工手册北京中国建筑工业出版社.[2]曾宪明, 黄久松, 王作民.等土钉支护设计与施工手册北京中国建筑工业出版社.
[3] 李子军, 徐清文, 黄克胜.等土钉支护及其应用山东冶金.[3]李子军, 徐清文, 黄克胜.等土钉支护及其应用山东冶金.
[4] 龚晓南, 土钉和复合土钉支护若干问题土木工程学报.[4]龚晓南, 土钉和复合土钉支护若干问题土木工程学报.
[5] 李冉, 赵燕明, 方玉树.等复合土钉支护的有限元分析田后勤工程学院学报.[5]李冉, 赵燕明, 方玉树.等复合土钉支护的有限元分析田后勤工程学院学报.
[6] 郑志辉, 贺若兰, 徐勋长等.复合土钉支护厚杂填土边坡现场试验研究.岩石力学与工程学报.[6]郑志辉, 贺若兰, 徐勋长等.复合土钉支护厚杂填土边坡现场试验研究.岩石力学与工程学报.
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