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土钉墙的含义与近年发展

332 2021-11-01 11:00:18

土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它由被加固土、放置于原位土体中的细长金属杆件(土钉)及附着于坡面的混凝土面板组成,形成一个类似重力式墙的挡土墙。以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力,从而使开挖坡面稳定。

土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的,但也可通过直接打人较粗的钢筋或型钢形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触,依靠接触界面上的粘结摩阻力,与其周围土体形成复合土体,土钉在土体发生变形的条件下被动受力,并主要通过其受拉工作对土体进行加固。而土钉间土体变形则通过面板(通常为配筋喷射混凝土)予以约束。其典型结构如图8.1-1所示。

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土钉墙的发展

现代土钉技术是从70 年代出现的。德国、法国和美国几平在同时期各自独立地开始了土钉墙的研究和应用。出现这种情况并非偶然,因为土钉在许多方面与隧道新奥法施工类似,可视为是新奥法概念的延伸。60年代初期出现的新奥法,采用喷射混凝土和粘结型锚杆相结合的方法,能迅速控制隧洞变形并使之稳定。特别是 70年代及稍后的时间内,先后在德国法兰克福及纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功,对土钉墙的出现给予了积极的影响。此外,60年代发展起来的加筋土技术对土钉墙技术的萌生也有一定推动作用。

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据1992年的调查,法国土钉墙支护每年仅用于公用工程中就有10万平方米,此外,尚有数以百计的小型建筑工程采用土钉墙技术。

开发应用土钉支护仅次于法国的是德国。德国于1979年首先在 stuttgart 建造了第一个永久性土钉工程(高 14m)。并进行了长达10年的工程测量,获得了许多有价值的数据。至 1992年,德国已建成 500 个土钉墙工程。为了减少支护变形对附近建筑物设施造成的影响,德国工程师们认为上排土钉宜加长或改用锚杆,他们曾在一个 28m 的边坡开挖中(坡度82°)用10排长15m 的土钉,上排加用两排 30m长的锚杆(图8.1-3)。

美国最早应用土钉墙在 1974 年。使用中一项有名的土钉工程是匹茨堡 PPG工业总部的深基开挖。

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由于与其紧挨的有已有建筑物,所以开挖时对土体用了注浆处理,并对土钉区内已有建筑物基础用微型桩作了托换。

法国、德国、美国、英国等国还十分重视土钉墙的工作性能的试验研究,,包括分析方法和程序开发,大型足尺土钉墙试验与模型试验,离心机试验,实际工程长时间的土钉内力实测与支护变形实测等,获得了许多宝贵资料,并编制了有关土钉墙的技术文件,包括设计和施工监理手册。

我国应用土钉的首例工程可能是1980 年将十钉用于山西柳湾煤矿的边坡稳定。近年来,冶金部建筑研究总院、北京工业大学、清华大学、广州军区建筑工程设计院和总参工程兵三所等单位,在土钉墙的研究开发应用方面做了不少工作。北京、深圳、广州、长沙、武汉、石家庄、成都等地的基坑工程已开始较广泛地应用土钉墙支护。国内冶金部建筑研究总院、清华大学等单位还编制了土钉墙稳定性分析及设计计算程序。

与国外相比,我国在发展土钉墙技术上也有一些独特的成就。如

(1)土钉墙与土层预应力锚杆(索)相结合,成功地解决了深达17m的垂直开挖工程的稳定性问题。

(2)发展了洛阳铲成孔这种简便、经济的施工方法。

(3)对软弱地层地下水位以下的基坑工程,进行了土钉墙支护的探索,并取得了初步经验。