修改第8講土釘墻

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005mulinlong@第八講土釘墻概述土釘?shù)墓ぷ鳈C理及工作特性土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算土釘墻施工質(zhì)量控制土釘墻案例鋼板樁加土釘圍護結(jié)構(gòu)土釘（錨管）申德公寓基坑土釘及噴射混凝土面層申德公寓基坑土釘及噴射混凝土面層土釘墻剖面1—噴射混凝土面層；2—土釘

土釘是土體中原位加筋技術(shù)的一種，是由水平或近于水平設(shè)置于天然邊坡或開挖形成的邊坡中的加筋桿件及面層結(jié)構(gòu)形成的擋土體系，用以改善原位土體的性能，并與原位土體共同工作，形成一重力式擋墻作用的輕型支擋結(jié)構(gòu)，從而提高整個邊坡的穩(wěn)定性。土釘墻的概念定義組成構(gòu)件土釘粘附于土體表面的鋼筋混凝土面層土釘之間的被加固土體概述土釘技術(shù)的發(fā)展歷史1972年，法國承包商Bouygues在法國Versai11es附近的一處鐵路邊坡開挖工程中，采用了噴混凝土并在土體中置入鋼筋(土釘)作為臨時支護，開挖的邊坡坡度為70o，長965m，最大坡高21.6m，共用了25000多根鋼筋。這是有著詳細(xì)記載的第一個土釘工程。概述廣泛應(yīng)用土釘支護僅次于法國的是德國，到1981年西德已成功完成了20個以上的土釘支護工程項目，1986年發(fā)表的一份報告估計，當(dāng)時西德每年進行的土釘支護工程約為法國的1/4。美國最早記載土釘支護的應(yīng)用是1976年在Oregon州波特蘭市一所醫(yī)院(GoodSamaritanHospital)擴建工程中的基礎(chǔ)開挖。但在北美、加拿大的西部地區(qū)早在60年代末期已經(jīng)用過土釘作為房屋基礎(chǔ)開挖的臨時支護。美國另一項有名的土釘支護工程是匹次堡PPG工業(yè)總部的深基開挖，與其緊挨的有已建建筑物，所以開挖時對土層作了注漿處理，并且對土釘區(qū)內(nèi)的已有房屋基礎(chǔ)用微型樁(micropiles)作了托換。美國聯(lián)邦公路管理局現(xiàn)在已有土釘支護技術(shù)設(shè)計與施工的指南性文件。我國應(yīng)用土釘?shù)氖桌こ淌?980年山西柳灣煤礦的邊坡加固。土釘技術(shù)的發(fā)展歷史概述一般按施工方法將土釘分為三種類型：鉆孔注漿型，直接打入型和打入注漿型。鉆孔注漿型土釘：先在土坡上鉆的孔，然后插入鋼筋、鋼桿或鋼鉸索等小直徑桿件，再用壓力注漿充實孔穴，形成與周圍土體密實粘合的土釘，最后與面層結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個具有自撐能力且能夠支擋其后末加固體的加筋域。土釘?shù)念愋透攀龃蛉胄屯玲敚簩摋U件直接打入土中。其提供的摩阻力較低，因而所要求的釘桿表面積和設(shè)置密度均需大于鉆孔注漿型土釘，其長期防腐工作也難以保證，因而，目前多用于臨時性支擋工程中。打入注漿型：在鋼管中部及尾部設(shè)置注漿孔成為鋼花管，直接打入土中后壓灌水泥漿形成土釘。它具有直接打入土釘?shù)膬?yōu)點且抗拔力較高，應(yīng)用較為廣泛，缺點是造價比鉆孔注漿土釘略高，防腐性能較差不適用于永久性工程。土釘機（氣動沖擊錨桿機）每步開挖后應(yīng)盡快在開挖面上做好支護，可以先在開挖面上打入短鋼筋，控上鋼筋網(wǎng)，然后噴50mm~100mm厚面層。土釘支護中的面層不是主要受力部件，并不需要很厚，也可以用預(yù)制混凝土板拼起來作為面層，在塊狀巖體或硬土中甚至可以僅設(shè)焊接網(wǎng)。在穩(wěn)定性良好的土體中也可以先設(shè)置土釘，然后做噴混凝土面層。土釘?shù)母綄俳Y(jié)構(gòu)概述面層排水系統(tǒng)為了防止地表水滲透對噴混凝土面層產(chǎn)生壓力和侵蝕，防止土體因飽和而降低其強度和土釘之間的粘結(jié)力，土釘支護必須有良好的排水系統(tǒng)。能合理利用土體的自穩(wěn)能力結(jié)構(gòu)輕型，柔性大，有良好的抗震性和延性，破壞前有變形發(fā)展過程密封性好，完全將土坡表面覆蓋，沒有裸露土方，防止地下水滲出，雨水滲入土釘數(shù)量眾多靠群體作用，個別土釘破壞影響不大施工所需場地小，移動靈活施工速度快施工設(shè)備及工藝簡單，不需要復(fù)雜的技術(shù)和大型機具，施工對周圍環(huán)境干擾小孔徑小，與樁相比，穿透卵石、漂石及填石能力更強邊開挖邊支護便于信息化施工材料用量及工程量少，便于信息化施工土釘墻的特點概述土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿土釘墻+隔水帷幕土釘墻+微型樁土釘墻+隔水帷幕+預(yù)應(yīng)力錨桿土釘墻+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿土釘墻+攪拌樁+微型樁土釘墻+隔水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合土釘墻概述類型與普通土釘墻相比對土層的適用性更廣、更強，幾乎可適用于各種土層整體穩(wěn)定性、抗隆起及抗?jié)B穩(wěn)定性更高增加了支護深度有效控制水平變形保持了土釘墻造價低、工期快、施工方便、設(shè)備簡單等優(yōu)點復(fù)合土釘墻概述特點土釘與錨桿的比較概述錨桿土釘拉力分布自由段不與土接觸，拉力從自由端交界處向尾端單調(diào)遞減拉力沿全場分布，中間大兩端小對土體的約束機制通常施加預(yù)應(yīng)力，主動約束擋土結(jié)構(gòu)變形需借助土體變形，是被動受力密度及施工要求密度小，每根都是重要部件密度大，允許個別破壞設(shè)計承載力與錨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力較大，錨頭構(gòu)造復(fù)雜設(shè)計承載力小，結(jié)構(gòu)簡單施工規(guī)模長度一般不小于15m，直徑不小于130mm，施工機械設(shè)備大長度小，直徑小，設(shè)備簡單擋土墻機理視主動區(qū)土體為荷載，通過錨桿傳遞至穩(wěn)定區(qū)通過加筋將最危險滑動面主動區(qū)的土體改良為復(fù)合土體，將復(fù)合土體的荷載傳遞至滑移面后施工順序自上而下或自下而上自上而下注漿工藝通常在錨固段二次注漿，高壓注漿重力一次注漿墻底壓力擋墻下設(shè)置基礎(chǔ)垂直分力小筋桿長度長短重力式擋土墻及加筋土擋墻均先構(gòu)筑擋土墻后開挖，土釘墻先開挖后筑墻重力式擋墻一般視為剛性墻，土釘墻是柔性復(fù)合結(jié)構(gòu)重力式擋墻墻趾壓力較大會導(dǎo)致沉降或傾覆，而土釘墻墻趾壓力較天然土沒有顯著增加土釘與重力式擋墻的比較概述理論上土釘密集到一定程度就會形成墻，達到重力式擋墻的效果，但實際上，實踐工程中，土釘無法達到這個密集程度。含水豐富的粉細(xì)砂、中細(xì)砂、中粗砂、礫砂及卵石層過于干燥的砂層、相對密度較小的均勻度較好的砂層淤泥質(zhì)土、淤泥等軟弱土層膨脹土強度過于低的土對變形嚴(yán)格要求的基坑較深的基坑地基靈敏度較高的土層對用地紅線有嚴(yán)格要求的基坑土釘墻適用條件概述地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和弱膠結(jié)砂土。不適合淤泥質(zhì)土、淤泥等軟弱土層太深厚時超過20m的基坑對變形嚴(yán)格要求的基坑地基靈敏度較高的土層對用地紅線有嚴(yán)格要求的基坑復(fù)合土釘墻適用條件概述不適合土釘?shù)墓ぷ鳈C理及工作特性土釘置入現(xiàn)場土體后，如果土體不變形，土釘就不會受力。隨著往下開挖或地表上施加荷載，土體發(fā)生變形，于是通過土體與土釘或土體與鉆孔注漿之間的界面作用使土釘參與工作。試驗表明，土體只要微小的變形就可使土釘受力。土釘在支護中所起的作用顯然與土體變形的運動方向有關(guān)。為能充分發(fā)揮土釘?shù)淖饔?，土釘?shù)脑O(shè)置方向宜與土體可能發(fā)生的剪切滑移面成某一角度，使土釘受拉并能充分提高土體的抗剪強度；如果土釘方向與土體剪切滑移面之間的角度使土釘受壓，此時甚至?xí)档屯馏w的抗剪強度。土釘墻的工作機理土釘?shù)墓ぷ鳈C理及工作特性1、箍束骨架作用：制約土體變形，并使復(fù)合土體構(gòu)成一個整體。2、分擔(dān)作用：由于土釘有較高的抗拉、抗剪強度以及土體無法比擬的抗彎剛度，當(dāng)土體進入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)土體開裂時，土釘分擔(dān)作用更加突出，這時土釘內(nèi)部出現(xiàn)彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力，從而導(dǎo)致土釘體中漿體碎裂，鋼筋屈服。3、應(yīng)力傳遞與擴散作用：在同等荷載作用下，由土釘加固的土體內(nèi)的應(yīng)力水平比素土邊坡土體內(nèi)的應(yīng)力水平大大降低，從而推遲了開裂的形成和發(fā)展。4、坡面變形的約束作用：坡面鼓脹變形是開挖卸荷、土體側(cè)向變位以及塑性變形和開裂發(fā)展的必然結(jié)果，面層對此有很好的約束作用。土釘墻的工作機理設(shè)計參數(shù)土釘墻的幾何形狀和尺寸土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘?shù)目拱瘟U體注漿面層連接件防排水系統(tǒng)隔水帷幕錨桿微型樁土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則土釘墻的幾何形狀和尺寸土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算確定平面尺寸時要考慮到樁基礎(chǔ)形式及施工工藝，，為樁基施工留出足夠的工作面土釘墻高度由開挖深度決定應(yīng)盡可能采用較緩的坡率以提高安全性及節(jié)約工程造價，土釘墻的坡比不宜大于1：0.2有條件應(yīng)考慮分級放坡應(yīng)盡量避免尖銳的轉(zhuǎn)角及減少拐點設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算直徑鉆孔注漿型土釘直徑d一般根據(jù)成孔方法確定?？讖皆酱?，越有助于提高土釘?shù)目拱瘟Γ黾咏Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是，施工成本也會相應(yīng)增加長度土釘越長，抗拔力越高，基坑位移越小，穩(wěn)定性越好，當(dāng)土釘達到臨界長度lcr（非軟土中一般為1.0~1.2倍的基坑開挖深度）后，再加長對承載力的提高并不明顯，土釘越長，施工難度越大，效率越低，單位長度的工程造價越高間距（包括水平間距sx和豎向間距sz）密度越大基坑穩(wěn)定性越好，土釘越長，土釘密度越小，一方面排距因受到開挖面臨界自穩(wěn)高度的限制不能過大，土釘間距過小可能會因群釘效應(yīng)降低單根土釘?shù)墓π?，故縱橫間距要適合設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算傾角理想狀態(tài)下土釘軸線應(yīng)與破裂面垂直，以便能充分發(fā)揮土釘提供的抗力。鉆孔注漿型土釘?shù)膬A角以15°~20°效果最好。鋼管土釘?shù)淖罴褍A角為10°~15°空間布置①最上一排土釘與地表的距離（0.5~2m）②最下一排土釘距坑底位置（2/3排距>距離>0.5m）③同一排土釘一般在同一標(biāo)高上布置④在深度方向上，土釘?shù)牟贾眯问酱篌w有上下等長、上短下長、上長下短、中部長兩頭短、長短相間5種設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則土釘?shù)目拱瘟ν玲攭皬?fù)合土釘墻的設(shè)計計算破壞模式①土釘整條從土層中拔出（抗拔強度破壞）②筋體在破裂面附近拉剪斷裂（抗拉強度破壞）③筋體從注漿體中拔出（筋體抗拔強度破壞）④面層與土釘脫落（釘頭強度破壞）計算方法設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則桿體土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算dN/dl=πτd土釘內(nèi)力沿土釘全長分布（a)粘結(jié)應(yīng)力；（b）拉力設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則注漿土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算土釘一般采用一次注漿。采用二次及多次注漿可明顯提高土釘?shù)目拱瘟?，但是，也提高了工程造價。鉆孔注漿土釘通常采用重力式注漿，注漿量較小，可根據(jù)孔徑計算出來，水泥用量一般10~20kg/m。打入鋼管注漿釘需要較高的注漿壓力才可將漿液注入土中，開孔壓力可達2.0MPa。灌入水泥量一般要求不小于15kg/m。面層面層太厚固然用處不大，太薄也不合適，應(yīng)能覆蓋住鋼筋網(wǎng)片及連接件。一般臨時性工程50~150mm，永久性工程120~300mm?；炷恋脑O(shè)計強度，按構(gòu)造即可，一般為C15~C25。設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則連接件土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算

土釘（錨索）與面層連接構(gòu)造圖（a)螺母墊板連接；（b）L筋連接；（c）角鋼連接；（d）錨索與噴射混凝土腰梁、面層連接設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則穩(wěn)定性計算土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)及一般設(shè)計原則土釘抗力計算土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計計算土釘墻施工流程土釘墻施工質(zhì)量控制開挖工作面→修整坡面→噴射第一層混凝土→土釘定位→鉆孔→清孔→制作、安裝土釘→漿液制備、注漿→加工鋼筋、綁扎鋼筋網(wǎng)→安裝泄水管→噴射第二層混凝土→養(yǎng)護→開挖下一層工作面，重復(fù)以上工作直到完成。土釘墻的施工流程一般為止水帷幕或微型樁施工→開挖工作面→土釘及錨桿施工→安裝鋼筋網(wǎng)及綁扎腰梁鋼筋籠→噴射面層及腰梁→面層及腰梁養(yǎng)護→錨桿張拉→開挖下一層工作面，重復(fù)以上工作直到完成復(fù)合土釘墻的施工流程一般為土釘