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岩土研究院

土钉支护作用机理

441 2021-03-08 16:29:30



整体作用机理

土体的抗剪强度较低,抗拉强度几乎可以忽略,但土体具有一定的结构强度和整体性,在基坑开挖时,存在使边坡保持直立的临界高度,但在超过这个深度或有地面超载时,将会发生突发性的整体失稳破坏。传统的护坡措施均基于支挡护坡的被动制约机制,以挡土结构自身的强度和刚度承受其后的侧向土压力,防止土体整体稳定性破坏。土钉支护技术则是在土体内植入一定长度和分布密度的土钉,与土体共同作用,形成能增强边坡土体自身稳定性的复合土体,是一种主动制约机制,不仅能有效地提高土体的整体刚度,而且弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点,使土钉墙在受荷过程中一般不会发生像素土边坡那样的突发性塌滑。


土钉的作用

土钉在复合土体中的作用主要有以下几点∶

① 箍束骨架作用。土钉在土体内的空间分布使其与土体形成了一个复合体,制约着土体的变形。

② 分担作用。在复合土体内,土钉与土体共同承担外荷载和复合体的自重应力。土钉具有较高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度,在土体进入塑性状态后,由于土钉的应力分担作用,应力逐渐向土钉转移,延缓了复合土体塑性区的开展和渐近开裂面的出现。而当土体发生开裂后,土钉的分担作用则更为突出,这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力,从而导致土钉体内的浆体碎裂、钢筋屈服。

③ 应力传递与扩散作用。依靠土钉与土的相互作用,土钉将所承受的外部荷载和自重荷载传递到深处土体,并向周围稳定土体扩散。因此,土钉墙中的土钉降低了复合土体内的应力集中程度,延缓了裂隙的形成和发展。

④ 对坡面变形的约束作用。开挖卸载将引起土钉墙坡面的侧向变形,通过在坡面上设置的与土钉连成一起的钢筋混凝土面板可以有效地限制坡面的侧向变形,起到约束坡面变形、削弱复合体内部的塑性变形的作用。

⑤ 加固土体作用。地层中常常有裂隙发育,在进行土钉注浆时,浆液会顺着裂隙扩渗,形成网格状胶结,这不仅增加了土钉与周围土体的粘结力,同时也有效改善了土的性质,提高了土体强度。对于打入式土钉,则土钉周围的土层受到挤压,密实度提高。


面板的作用

面板的设置,主要是承受作用到面板上的土压力,防止土体强度下降过多,阻止局部不稳定土体的坍塌;同时,将土压力传递给土钉,通过与土钉的相互作用,起到约束坡面变形的作用,并增强土钉的整体效应,在一定程度上均衡了土钉个体之间的不平衡受力。


另外,混凝土面板能防止雨水以及地表水的刷坡和渗透,防止土体流失。