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什么是土钉墙支护?它和喷锚网支护是一回事吗?

338 2021-12-06 14:41:40

(1)土钉墙支护原理

土钉墙是采用土钉加固的基坑侧壁土体与混凝土护面组成的结构。它是将拉筋插入土体内部,沿杆体通长与周围土体粘结,并在基坑坡壁上喷射混凝土,从而形成加筋土体加固区带。用以提高整个原位土体的强度并限制其位移。从而增强了基坑坡壁的自身稳定性(图67),是一项实用的原位岩土加筋技术。土钉墙的施工工艺流程参阅图68所示。

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(2)土钉墙支护的特点a.安全可靠

我们知道,基坑坡壁失稳是由于土体自身的抗剪强度较低、抗拉强度很小的缘故。土钉墙由于在土体内增设了一定长度与分布密度的锚固体,使之与土体牢固结合并共同工作,从而弥补了土体自身强度的不足。土钉在其加固的复合土体中的这种"箍束骨架"作用,大大提高了土坡的整体刚度与稳定性。

土钉墙的另一个优势是具有很好的延性,改变了基坑坡壁破坏时突然塌方的性质。这一点它和桩排挡墙等的破坏方式有明显不同,桩排挡墙支护体系属于被动制约机制的支挡结构,这类支挡结构可承受侧压力并限制土体的变形发展,但并未改变土体位移发展到一定程度后可能产生脆性破坏的性质,所以一旦产生桩体倾斜破坏,位移速率大,很难及时采取有效措施,将对安全及工期产生很大影响。而土钉墙属于主动制约机制的支挡体系,它在超载作用下的变形特征,表现为持续的渐进性破坏,即使在土体内已出现了局部的剪切面和张拉裂缝,但仍可持续较长的时间而不发生整体塌滑,从而为土体的加固、险情的排除提供了充裕的时间,也可使相应的加固方法简单易行。

土钉墙是先开挖后支护,开挖一层支护一层,具有支护比土方开挖稍后一步施工的特点,这个特点有利于暴露土体结构的复杂性,我们可以根据现场开控发现的土质情况和现场监测的土体变形数据,随时修改土钉的间距和长度,使土钉墙的设计更加合理并避免事故的发生。

b.缩短工期

目前的桩排挡墙等支护体系都是在基坑开挖前施工,占用施工工期,而土钉墙与土方开挖是同期施工,并可与开挖形成流水施工,在施工速度上占有明显优势。

c.施工机具简单、操作易于掌握

设置土钉采用的钻孔机具及混凝土喷射机都属可移动的小型机械。此类机械的振动小、噪音低、在城市建筑物密集地区施工具有明显的优越性。土钉墙施工中的钻孔、压力灌浆、喷射混凝土面层等工艺与土锚和喷锚网的相应工艺相似,技术成熟、易于掌握。

d 经济效益较好

在材料用料方面,土钉墙每平方米边坡面积用料大大低于桩排挡墙等支护体系的材料用量,总成本明显低于桩排挡墙,一般可节省造价30%~60%。

e.占地小、空间大

如果土质条件许可,土钉墙甚至可以紧贴已有建筑物施工,这是桩排挡墙、地下连续墙等支护形式难以做到的。在广州地铁折返段深基坑开挖中,由于受场地的限制,土钉墙甚至做成向里倾斜。

土钉墙支护无需内撑,因此坑内空间大,对于机械挖土与运土十分有利。

土钉墙支护也有其缺点和局限性,主要是;

a.在松散砂土、软塑、流塑粘性土以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用土钉支护,必须与其他的土体加固方法相结合。尤其在饱和粘性土及软土中设置土钉支护更应特别谨慎,一般不应用到没有自稳能力的淤泥、饱和软弱土层中。

b.现场需有允许设置土钉的地下空间,当基坑附近有地下管线或建筑物基础时,则在施工时有相互干扰的可能。

c.如在富含地下水的地区设置土钉,需先经人工降水将地下水位降至坑底以下,在城市建筑物密集区施工时,要考虑降水对邻近建(构)筑物、地下管线带来的影响。

(3)土钉墙支护的适用范围

土钉墙支护适用于下列土体,地下水位以上或经人工降水后的有一定胶结能力和密实程度的砂土、粉土和砾石土、素填土、较硬的粘性土以及风化岩层等。

土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层和淤泥质土中,不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。

土钉墙用作城市地区深基坑直立开挖或陡坡开挖的临时性支护,开挖深度适宜于5~12m,当有护坡桩或预应力锚杆联合支护时,深度还可适当增加,但一般不超过20m,使用年限不超过2年。

(4)土钉墙和喷锚网支护的区别,

土钉墙和喷锚网(或称锚喷)支护有某些相似之处。例如,两者都要安设钢拉杆,因此都有钻孔、插筋、注浆工序;面层的工序也一样,都是铺设钢筋网和喷射混凝土,所以,有人常把两者混同,其实土钉墙和喷锚网支护无论在构造上还是在作用机理上均有较大差别。

首先从构造上来看,喷锚网支护的锚杆沿全长分为自由段和锚固段,自由段拉杆与周围土层介质隔离,可以自由伸缩,锚固段要位于滑移线以外的稳定土体中;而土钉墙的土钉则不分段,它是沿土钉全长灌浆,土钉大都置于滑移线以内或附近;锚杆一般较长,而土钉一般较短;锚杆的设置间距相对较大,数量较少,而土钉则排列较密,数量较多。其次从工作机理上来讲,喷锚网支护是利用深固于土体滑移面之外的锚杆,逐次超前"缝合滑移控制面的裂缝,通过喷锚支护体系将不稳定土层介质与滑移面外的稳定土层介质紧密结合在一起,形成一种整体的自稳能力;而土钉墙则是在土体内增设有相当分布密度的土钉锚固体,土钉锚固体与土体牢固结合而共同工作,以弥补土体自身强度的不足,增强土坡坡体自身的稳定性,是一种原位岩土加筋技术,提高的是整个原位土体的强度并限制其位移。也正是由于其工作原理的不同,造成了两者支挡土体内的应力分布亦不同,喷锚支护是仅通过锚杆末端锚固段长度传递荷载予土体,而土钉则是全长度与土层相结合,通过土钉与土体的摩阻力传递荷载,土钉所受拉力沿全长且是变化的,一般是中间大,两头小。

最后从适用范围上来看,土钉墙不适用于流砂、淤泥和饱和软弱土层等粘结力低的土层介质,而喷锚网支护在此类土层介质中仍有较好的适应性。

从上面的分析,我们可以看出,喷锚网支护与土钉墙支护不是一回事。但在实际工程中,常有两者共用于一个基坑

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支护的例子,尤其是当深基坑附近有重要设施并对支护变形提出严格限制时,通常须将土钉墙上层的一、二排土钉改为预应力锚杆(图 69)。

在建设部1998年颁布的"建筑业 10项新技术"中,土钉墙支护技术是深基坑支护技术的一项重要推广新技术,并强调了要发展土钉与锚杆等结合使用的深基坑综合支护技术。