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土钉支护的基本原理

331 2021-08-30 13:10:46

土钉应用原理

土体的抗剪强度较低,几乎没有抗拉强度,但土体具有一定的结构整体性。在土体内放置-定长度和分布密集的锚钉,与土共同作用,形成复合体,可弥补土体强度不足并发挥锚钉作用,在基坑开挖的边坡中应用土钉,形成复合墙体,不仅有效地提高土体的整体刚度。 又弥补了土体抗拉、抗剪的不足,通过相互作用,土体自身结构强度潜力得到充分发挥,改变了边坡变形和破坏状态、显著提高了整体稳定性。

试验证明∶土钉复合墙体与素土承载力相比,经北京工业大学试验提高 2~3 倍,更为重要的是,素土坡面出现网状裂缝,沉降急剧增大,边坡突然崩塌。而土钉复合墙体,延迟了塑性变形阶段。明显地为渐进性变形和开裂。逐步扩展,直至丧失承载能力,但不发生整体性崩塌。

土钉复合墙体产生这种性状,是通过锚钉与土体相互作用实现的,这种作用一方面体现锚钉与土界面间阳力的发挥程度。另一方面由锚钉与土体刚度比相差很-大,所以在复合体墙进入塑性阶段后,锚钉自身作用增强,从而改善了复合体塑性变形和破坏状态。

土钉的作用机理

一、土钉对复合体起骨架约束作用

由于土钉本身的刚度和强度,以及它在土体内分布的空间组成复合体的骨架,使复合土体构成一个整体,骨架有约束土体变形的作用。

二、土钉对复合体起分担作用

在复合体内,锚钉与土体共同承担外荷载和自重应力,土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度,所以在土体进入塑性状态后,应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时。土钉分担作用更为突出。这时土钉内出现广弯剪、拉剪等复合应力,从而导致锚体中浆体碎裂、钢筋屈服。复合体之所以塑性变形延迟,渐进性开裂,与锚钉的分担作用是密切相关的。

分担的比例取决于;

  1. 土钉与土体相对刚度比。 2. 土钉所处的空间位置。 3.复合土体的应力水平。

三、土钉起着应力传递与扩散作用∶

北京工业大学的试验说明,当荷载增到!-定程度,边坡表面和内部裂缝已发展到·一定宽度,此时坡脚应力最大。这时下层锚体伸入到滑裂域外稳定土体中的部分仍能提供较大的抗拉力。锚体通过其应力传递作∶用,将滑裂域内部分应力传递到后边稳定土体中,并分散在较大范围的土体内,降低应力集中程度。

四 、坡面变形的约柬作用

在坡面上土钉连在一起的钢筋网畸射混凝上面,是发挥有效作用的重要组成部分。喷射混凝土面板起到坡面变形的约束作用。面板经束力取决于土气表面与土的摩阻力,当复合土体开裂面区域扩大并连成片时,摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合土体。

国外试验所得结果'

1986 年在法国山政府主持进行一项大型模拟试验 通过试验及现有试验资料分析、得出;

1.土钉墙变形一般是微小的,最大变形发生于下部,越往下越小。最大变形与年挖深度之比,一般为 0.001~(-0036,比锚杆挡墙的水平位移要大一些,这种位移值在逼用性智耐别性极限范围之内。墙体内为的水平变形随离开墙面距i ;增短耐减小。

2.土钉的内力分布一般不均匀,在破裂面临近处达到最大,往两端越来越少。 土体产生微小变位才能使土钉受力,在喷射混凝土面板附近土钉所受力不大,这表明土钉已将其所受力大部分传到土体中去了。土钉位置越往下,其最大受力点越往面板处移。

3.在密集土钉加固的墙体。类似重力式挡墙。破坏时明显地带有平移和转动的性质,故设计时除了验算土钉内部稳定 (局部滑动面破坏)性,以保证有足够的锚固长度、合理间距外,还必需验算外部稳定 (整体安全),即验算土钉墙体的抗滑与抗倾覆安全性。

4.根据大比例试验结果看,在土钉整体破坏之前,从未发现喷射混凝土面板和锚头产生破坏现象,在实际工程中也未见锚头有破坏现象。

5.复合墙体后的土压力分布接近三角形,在坡角处土压力减少,其合力约为库仑土接力的 70%,这种土压力的减小,可能是土钉将土连成一个整体面造成的。经过多次观察测量,发现土压力值至少降低库仑土压力值的 30%~40%。

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