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复合土钉支护作用原理

360 2021-08-18 10:51:02


基坑开挖以前,地层处于平衡受力状态。基坑开挖打破了这种平衡,对局部地层大幅度减载,并引起地层状态改变。首先,地层中将产生应力重分布,基坑周围土体中的应力将增加,尤其是基坑边坡附近土体应力塔加较多;其次,开挖面附近土体的侧向约束被取消,其承载力降低;第三,打破了地下水的平衡,出现渗流,产生渗透压力并对土骨架的稳定构成威胁。因此,基坑周围某些局部土,体将达到极限强度而产生塑性流动,导致基坑周围出现水平位移和沉降,甚至使访坡失稳破坏。

基坑支护就是通过一定构造措施承受开挖引起的荷载,尽量保持土体原有的受力状态,阻止地下水的渗流。复合上钉支护就是为满足这些要求而发展起来的基坑支护新技术,结构形式灵活多样,针对性强,措施有效。其支护作用归纳为以下几个方面;

1)分担荷载作用

土钉与桩,锚支护体系的设计思路是通过土钉来调动土体浅部滑裂面外潜能,通过预应力锚杆的预应力来调动土体深部潜能,通过密排微型桩的被动挡十作用控制土层开挖过程中的侧向位移,主动支护与被动支护有机地结合,大大提高边坡的稳定性,有效地控制开挖过程中的坡顶变形量。若完全采用锚杆与桩墙支护体系,需要多层锚杆或支承,且护壁桩所承受的水平力过大,为满足受弯要求需增加护壁桩的配筋。采用十钉和锚杆,柑联合,即上部一定深度采用土钉支护,下部采用桩锚支护型式进行深基坑支护,基坑上部的十钉承受一部分水平荷载,并使得桩的长度缩短,所承受的弯矩也相应减小,因此护壁桩可采用较小的截面尺寸和配筋量。

采用土钉和核、锚联合支护技术,即沿基坑开挖线以一定间距设置桩、锚支护,桩与桩之间再设置土钉,桩间土钉有两方面的作用∶一是稳定桩间的局部土体,承受一部分土压力荷载;二是通过注浆对土体起到加固作用,减少作用在护壁桩上的土压力。这种联合型式可减少桩承受的土压力,从而减少桩的设置数量。

让水帷蕃和微型桩也有分担荷载的作用。通过提前设 置的 止水雄幕和微刑桩,可 提高支护体系的抗弯刚度、抗倾覆能力和抗剪能力,分担一部分土压力荷载,控制开挖过程中的侧向位移,提高基坑边坡的稳定性。

2)止水抗渗作用

止水帷慕除了分担荷载作用外,还起 止水抗渗作用,其作用机理主要有两方面;一是提高基坑边壁土体的自稳性及隔水性,当边壁土体含水量较大时,网喷混凝土面层不易与土体黏结在—起,若喷层直接喷在水泥土搅拌桩或旋喷桩上,则很容易黏结在一起;二是在软弱富水地层中,由于水泥土比原状土的力学性能有所改善,当水泥十桩置干基底以下一定深度(人土比在 0.7~1,0 之间)后,对抵抗基底隆起、管涌等起重要作用。

3)传递荷载作用

在土钉与预应力锚杆复合支护中,基坑边壁通过土钉注浆体的挤压和渗透,改变了原土体的黏聚力、摩擦角和弹性模量等参数,使土体的物理力学性质明显不同于原地质体,而成为一种强度较高的、新的地质体。这种地质体能够满足预应力锚杆的施作要求,为预应力锚杆与土钉联合支护提供了可能。预应力锚杆锚固段设置在较好的土层中或锚固段设置在估算的滑移面以外,通过预加应力限制基坑的位移,把土压力荷载传递到深部的稳定地层中,调动深部稳定地层的潜能,十钉支护体系、锚杆、深部稳定十层紧密联系在—起,共同承受荷载,使边壁稳定并减小位移。

4)局部稳定作用

在复合支护体系中许多部件起到稳定局部土体的作用,如喷射混凝土面层、止水帷墓,桩间士钉等。喷射混凝土面层背后的土压力大小与面层刚度有关,其压力的合力值比朗金主动低得多,表明在十钉支护中面层的作用与一般挡十墙完全不同,只是起到稳定局部十体作用。在土打与止水帷幕复合支护中,搅拌桩或旋略桩的水泥掺量较常规搅拌桩或旋喷桩为高,并常选用早强型水泥品种,桩身强度一般可达 1~3 MPa,除止水功能外,常有加固地层和稳定开挖面的作用。在土钉与桩锚支护复合支护体系中,桩间土钉的作用之一就是承受一部分土压力荷载,稳定桩间的局部土体。

5)超前加固作用

在复合土钉支护中,钻孔灌注桩、水泥土搅拌桩、微型桩等措施对邻近开挖面的十体起到超前加固作用,其中通过注浆形成的微型桩的超前加固作用更为明显。在注浆压 力作用下,浆液沿软弱十层、十壤孔隙扩散,尤其是在砂、砾、卵石层中,由于水泥浆体被挤压扩散到松散的砂、砾、卵石层中,形成固结体,大大提高了边坡开挖过程中的稳定性,有效地控制了开挖过程中的坡顶变形量。

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