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土钉墙的概念及发展原理

385 2022-05-10 09:24:11

土钉是一种原位加固土技术,就像是在土中设置钉子,故名土钉。土钉按施工方法可分为钻孔注浆型土钉、打入型土钉、射人型土钉和打入注浆型土钉。我国目前应用最多的是钻孔注浆型土钉。

土钉墙则是土钉加固技术的总称,它是由原位土体、设置在土体中的土钉和喷射混凝土面层组成;原位土体通过土钉的加强,并在坡面上喷射混凝土,形成一个土体加固区带,其作用类似于重力式挡土墙(图17-1),以此来抵御加固区带外的土压力和其他作用力,从而使开挖的边坡稳定。土钉墙主要用于基坑开挖支护和天然边坡加固处理,是一项实用的原位岩土加固技术。

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二、土钉墙的发展与现状

在 70年代初期,德国、法国和美国都独立地开始了土钉墙的研究和应用,但土钉墙起源思路有不同。

在德国,土钉墙是基于挡土墙系统发展起来的(图17-2)。在 50年代末期,通过土层锚杆的使用,使挡土结构有了一个新的发展,人们可以在基坑开挖之前。建造起诸如桩、连续墙以及板桩墙等深长的墙体构筑物,利用土层锚杆对其进行背拉处理,从而发展了锚杆挡土墙。10年之后,人们又发展了一种新型挡土构筑物,即锚杆构件墙,它是将预制的混凝土构件纵横交错排列在开挖过的土层表面,用锚杆对其进行背拉处理,它是一种可以与挖方工程同时进行作业的方法。60年代出现了加筋土墙,用于填方工程中,具有良好的经济效果,这是因为此种结构物的主体部分是由土构成的;但修建这种挡土墙必须从底部到顶部进行施工,也就是说。在建造此种墙体前,必须进行完全的开挖。基于对这种结构的改进,人们于 70年代初期发展了土钉加固的方法(即土钉墙)。这样人们使用了与加筋土墙建造顺序相反的方法。即把天然土体用土钉就地加固。并进行畸射混凝土护面,从而形成土钉墙。

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在法国。土钉墙是基于新奥法的原理发展起来的。出现在 60年代初新的奥地利隧道施工法-—即新奥法,是利用喷射混凝土与全长粘结的锚杆相结合,为岩石蒸道开挖提供及时有效的稳定支护。后来。新奥法在土质隧道中得到了成功的应用。1972年法国承包商Bouygues 提出了新奥法原理应用于土质边坡和软岩边坡的临时支护,并在法国凡.尔赛市铁路边坡开挖工程中进行了成功的应用(图17-3);该边坡高为14m,坡角 70°,总加固面积为 12000m²,使用了 25000 根钻孔注浆土钉,这就是土钉墙的首次应用,在这以后,法国在边坡稳定和深基坑开挖支护中普遍使用土钉技术。几乎在同时,德国和美国也发展了土钉墙技术,但都是独立地进行。只有在1979年巴黎关于地基加固国际会议之后,由于各国信息交流,使得土钉墙技术得到迅速发展和应用,受到土木工程界的极大重视。1990年在美国召开的挡土结构国际学术会议上,土钉墙作为一个独立的专题与其他支挡形式并列,便它成为一个独立的地基加固学科分支。

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我国在土钉墙技术方面近年来发展很快,尤其是土钉墙用于深基坑支护工程的实例非常之多。冶金部建筑研究总院从1988年起进行土钉墙技术的研究,包括土钉加固原理、设计方法、施工工艺、施工机具、质量检验、量测和监测等,并在深圳、北京、厦门、惠州、武汉、广州等地应用于基坑支护和边坡工程几十余项,取得了良好的效果。与此同时、总参科研三所(他们称为喷锚网支护)、北京工业大学 他们称为插筋补强护坡)、山西煤矿设计院 (他们称为土钉) 等单位各自均在进行土钉墙的试验研究和工程应用,中国华西公司应用了一种新取土钉(他们称为锚管),是将一根约 6m 长的钢管前半部管壁上打许多小孔。小孔外焊短角钢加以保护并形成倒齿,用特制的铁锤打人土壁中。然后进行压力注浆形成土钉,这种土钉特别适合于成孔困难的粉细砂层和较软土层中设置,其提供的摩阻力比直接打人粗钢筋或角钢这样的土钉高,这种土钉在许多工程中得到了使用。目前,土钉墙在我国的应用日益广泛,深圳市标准 《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》中,七钉墙支护被列为一种重要的支护型式。正在编制的行标《建筑基坑支护技术规程》,也将土钉墙列为一种独立的支护型式这说明土钉墙技术作为一个学科分支。已经从试验研究阶段走向了工程的普遍应用。