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基坑土钉支护的要点概述

333 2021-09-06 10:54:56


土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术,由于经济、可靠且施工快速简便,已∶在我国得到迅速推广和应用。在基坑开挖中。土钉支护现已成为桩、墙、撑、锚支护之后又一项较为成熟的支护技术。国外近期出版的基础工程手册中,有的已将士钉支护列为独立的章节与传统的支护技术并列加以介绍。

所谓"土钉"(Soil Nails,源自法文 Clouage de Sol),就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件,如钢筋或钢管等。通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体(注浆钉),土钉的特点是沿通长与周围土体接触,以群体起作用,与周围土体形成一个组合体。在十体发生变形的条件下,通过与士体接触界面上的粘结力或摩擦力,使土钉被动受拉,并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。土钉的设置方向与土体可能发生的主拉应咬变方向大体一致。通常接近水平并向下呈不大的倾角(图 1-1)。土钉支护用于基坑或边坡土体开挖时的典型做法如图 1-2 所示,其施工步骤必须遵循从上到下,分步修建,即边开挖、边支护的原则,具体为。1) 开挖有限的深度,2) 在这—率度的作业面上设置一排士钉并构筑喷混凝土面层,3)继续向下开挖有限的深度,并重复上述步骤,直至所需的深度。对于注浆钉,一般是先钻孔,然后置入金属钉体并注浆。

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为了进一步说明土钉与土钉支护的特点,我们可以将它与锚杆、加筋土、以及微型桩等作一比较。土钉与锚杆(Ground Anchor)从表面上看有类似之处,但_者有着不同的工作机理(图 1-3)。锚杆治全长分为自由段和锚固段,在挡土结构中,锚杆作为桩、墙等挡土构件的支点,将作用于桩、墙上的侧向土压力通过自由段、锚固段传递到深部土体上。除锚固段外,锚杆在自由段长度上受到同样大小的拉力;但是土钉所受的拉力沿其整个长度都是变化的,-一般是中间大,二头小,土钉支护中的喷混凝土面层不属干主要挡土部件,在土体自重作用下,它的主要作用只是稳定开挖面上的局部土体,防止其崩落和受到侵蚀。土钉支护是以 上钉和它周围加固了的十体一起作为挡土结构,类似重力式挡上墙。另外,锚杆一般都在设置时预加拉应力,给土体以主动约束;土锂 一般是不加预应力的,土钉只有在土体发生变形以后才能使它被动受力,土钉对土体的约束需要以土体的变形作为补偿。所以不能认为士钉那样的筋体具有主动约束机制。还有,锚杆的设置数量通常有限,而土钉则排列较密,在施工精度和质量要求上都没有锚杆那样严格。当然锚杆中也有不加预应力并沿通长注浆与土体粘结的特例,在特定的布置情况下,也就过渡到土钉了。

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土钉支护属于土体加筋技术(Soil Reinforcement)中的一种,其形式与通常的加筋土挡墙相似。但土钉是原位土中的坡筋技术,是在从上至下的开挖过程中将筋体置入土中;而加筋土 (Rein- forced Earth)一词原为国外的一个专利名称,专指填土过程中的如筋技术,所谓加筋土挡墙是在从下至上分层填土的过程中埋入受拉筋(通常用扁钢等带状筋体),并与填土和预制墙面板一起组成挡土结构。虽然使土钉和加筋土中的筋体受拉工作都需要以土体发生变形作为补偿,但二者筋体中的拉力沿高度的变化规律不同.加筋 土中受力最大的筋体位于底部,而土钉支护中受力最大的筋体位于中部,底部的土钉受力最小。此外在土体变形曲线上也存在重大区别(图 1-4),所以加筋土挡墙的设计原则不完全适用于土钉支护。

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注浆钉的构造与就地灌制的小直径桩即微型桩也有类同之处,不过土钎主要通过与周围土体之间的界面粘结力而受拉工作,一般为水平向构件;而微型桩则主要通过顶端直接承受外载,或者承受侧面土压力而压弯工作,一般为竖向构件。微型桩(Micro- piles 或 Mini-piles)有时称树根桩(Root Piles),成排布置的树根拼或壁-维网状体系的网状树根桩 (Rectifed Piles) 能和土笔一样对十体起加筋作用并形成挡十结构。尽管其中的个别桩体有时

也会受拉。但在总体受力特征和外形上显然与土钉有很大的差别。

虽然土钉支护在一些国家已普及,但是对它工作机理的了解以及在设计方法上还不能说已经达到比较完善的地步。目前应用土钉支护主要依靠经验和工程类比并与一定的计算分析和现场监测相结合。当然这种情况即使在桩、墙、撑、锚等传统支护系统中也一样存在。土工的现场特点干变万化,不能因为土钉技术看似简单,就在应用时t不作细致的力学分析利忽视施工过程的监控这在国内开始推广应用土钉技术的现阶段显得更为重要。