基坑土釘支護技術淺析工學論文

　　摘 要：土釘支護技術是一種新型基坑支護形式，近年來己在我國基坑工程中廣泛應用，并取得了良好的經濟效益和社會效益。本文對土釘支護技術的特點做了簡要分析，并探討了土釘支護的構造與施工。

　　關鍵詞：土釘支護；構造；施工

　　1土釘支護技術的概念及特點

　　土釘墻又稱為土釘支護技術，它是在原位土中敷設較為密集的土釘，并在土邊坡表面構筑鋼絲網噴射混凝土面層，通過土釘、面層和原位土體三者的共同作用而支護邊坡或邊壁。土釘墻體同時也構成了一個就地加固的類似重力式擋土結構。與已有的各種支護方法相比，它具有施工容易、設備簡單、需要場地小，開挖與支護作業可以并行、總體進度快、成本低，以及無污染、噪聲小、穩定可靠、社會效益與經濟效益好等許多優點，因而在國內外的邊坡加固與基坑支護中得到了廣泛迅速的應用。

　　土釘墻的施工技術是一種由上而下分步修建的過程，可按下列順序進行:按設計要求開挖工作面，修整邊坡，埋設噴射混凝土厚度控制標志;噴射第一層混凝土;鉆孔安設土釘、注漿、安設連接件;綁扎鋼筋網，噴射第二層混凝土;設置坡頂、坡面和坡腳的排水系統。

　　土釘支護法:以盡可能保持、顯著提高、最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學強度，變土體荷載為支護結構體系一部分。噴射混凝土在高壓氣流的作用下高速噴向土層表面，在噴層與土層間產生“嵌固效應”，并隨開挖逐步形成全封閉支護系統，噴層與嵌固層同具有保護和加固表層土，使之避免風化和雨水沖刷、淺層坍塌、局部剝落，以及隔水防滲作用。土釘的特殊控壓注漿可使被加固介質物理力學性能大為改善并使之成為一種新地質體，其內固段深固于滑移面之外的土體內部，其外固端同噴網面層聯為一體，可把邊壁不穩定的傾向轉移到內固段及其附近并消除。鋼筋網可使噴層具有更好的整體性和柔性，能有效地調整噴層與土釘內應力分布。土釘主動支護土體并與土體共同作用，具有施工簡便、快速及時，機動靈活、適用性強、隨挖隨支、安全經濟等特點。其工期一般比傳統法節省30-60d以上，工程造價低10%-30%，支護最大垂直坑深目前已達到21.5m，建成淤泥(局部雜填土)基坑深達10m。該方法不僅能有效地用于一般巖土深基坑工程支護，而且通常還采用一些其他輔助支護措施，能有效地用于支護流砂、淤泥、復雜填土、飽和土、軟土等不良地質條件下的深基坑。此外，它還能快速、可靠、經濟地對采用傳統法或改良法施作的將要或已經失穩的基坑進行搶險加固處理。

　　土釘支護似乎與加筋土和錨桿等擋土結構一樣，然而土釘支護在結構施工等方面與加筋土和錨桿有許多不同點。

　　首先，土釘支護與加筋土邊坡或擋墻不相同，主要表現在:施工方法不同。土釘支擴從上到下分布進行修建，邊開挖邊支護，充分利用原狀土的強度。加筋土結構由下到上分層填土構筑，填料可以選擇，密實度和強度可以控制;加筋體最大拉力的變化規律不同。在加筋土結構中，一般處于下部的筋體受力最大。在土釘支護結構中，一般介于中部的土釘受力最大，上部和底部的土釘受力較小;變形性能不同。土釘支護最大位移發生在支護邊坡頂部或接近頂部，加筋土結構的最大位移在底部。

　　其次，土釘支護與錨桿支護或擋墻也不相同，主要在于:各部分的受力和作用不同。錨桿支護或擋墻中的錨桿一般都有錨固段和自由段，利用滑動面以外的錨固段提供抗力，設置錨桿一般要施加預應力，自由段受到均勻的拉力作用，通過錨座傳遞到坡面的擋土構件上，擋土構件的剛度較大，主要通過受彎矩提供抗力，是主要的受力部件之一。土釘設置后一般不施加預拉力，只是在土體發生微小變形后才被動受力，受力的大小沿土釘延長的分布不均勻，中間大兩邊小，所作用在面層上的力較小，噴射混凝土面層不是主要受力部件，其作用是穩定開挖面上的局部土體，防止崩落和受到侵蝕;設置密度不同。在錨桿支護中，單位支護面積上設置的錨桿數量通常較少，對每根錨桿的施工精度和要求都十分嚴格。在土釘支護中，支護面上土釘排列得較密，對單個土釘的施工精度和質量要求相對較低;設計長度不同。在錨桿支護中，設計要求每根錨桿都要達到要求的抗力，所以錨桿的錨固段需要深入到穩定的土層中，設計長度較長。在土釘支護中，土釘排列較密，數量眾多，與周圍土層共同作用，能夠保持加固區土體的自身的穩定，并抵抗加固區以外的土壓力的作用，設計長度較短。當然，錨桿有許多種類，也有不加預應力、長度比一般的土釘還要短，但這種錨桿主要用于隧道或地下工程的噴錨支護上，長度比一般的土釘還要短，常用只有2-4m。

　　2土釘支護的構造與施工

　　2.1土釘構造

　　2.2.1結構組成

　　土釘支護是以土釘作為主要受力構件的邊坡支護技術，它由密集的土釘群、被加固的原位土體、噴射混凝土面層和必要的防水系統組成。

　　2.1.2結構材料

　　鋼材:鋼筋的種類、型號及尺寸規格應符合設計要求，宜采用H級或工H級鋼筋，鋼筋購進后應妥善保管，防止銹蝕，制作時應調直、除銹、除油，應進行物理力學性能或化學成份分析試驗，焊接用的鋼材，應作可焊性和焊接質量的試驗檢測其焊接強度應大于材料整體強度;

　　水泥:采用普通硅酸鹽水泥，標號P032.5，必要時采用抗硫酸水泥，不得使用高鋁水泥。水泥應符合現行水泥標準的規定要求，必須有制造廠的試驗報告單、質量檢驗單、出廠證等證明文件，并按其品種、標號、試驗編號等進行檢查驗收并取樣檢驗，按檢驗結果合理使用。袋裝水泥在儲運時應妥善保管、防雨、防潮，堆放在距離地面一定高度的堆架上，嚴禁拋摔和損壞包裝袋，嚴禁使用受潮或不同標號品種混雜的水泥。

　　骨料:石料和砂料(瓜子片、中細砂)應有檢驗報告單，石料的檢驗方法和質量標準按JGJ53-92，砂料的檢驗方法和質量標準按JGJ52-92。粒徑小于2mm的中砂，砂的含泥量按重量計不大于3%，粒徑小于12mm碎石或瓜子片，含泥量按重量計不大于3%。

　　拌合用水:水中不含有影響水泥正常凝結硬化的有害雜質，不得含油脂、糖類及游離酸等;污水、PH值小于4的酸性水和含硫酸根離子超過水重1%的水均不得使用;使用自來水或清潔的天然水作拌合用水，可免作試驗。

　　速凝劑:所用速凝劑為J85、711或紅星1號，應有專人負責掌握，添加重量為水泥重量的3%，噴射時由機器自動添加。

　　焊條:采用THJ422。

　　混凝土配合比:噴射混凝土的配合比除應達到設計標準強度外，還應滿足施工工藝要求，配合比為1:0.4:2:2(水泥:水:砂:瓜子片)，瓜子片的最大直徑不大于12mm.

　　注漿配合比:一次注漿采用1:1水泥砂漿，二次注漿采用水灰比為0.5的純水泥漿，水泥砂漿與水泥純漿必須攪拌均勻，一次拌和的漿必須在初凝前(一般為2h)用完。

　　早強減水劑:根據工程性質，采用不同類型的早強劑，常用紅星四號、3F、NC、NNOF、NS2-1等。

　　2.1.3土釘及鋼筋網制作

　　土釘制作尺寸允許偏差:長度±100mm，彎曲度<L%;土釘鋼筋應每隔2-3M設置一道定位支架，確保土釘鋼筋保護層厚度不小于20MM;土釘安放質量要求:土釘安放前需綁扎PVC注漿管，注漿管比土釘鋼筋短50-100MM，每隔3M用鐵絲扎一道。土釘安放時嚴禁攪動孔壁，土釘端頭孔外徑預留部分需按圖紙尺寸;

　　鋼筋制作要求:鋼筋使用前應調直并清除污垢，鋼筋網宜在噴射一層混凝土后鋪設，鋼筋與坡面的間隙不宜小于20mm，鋼筋網宜采用綁扎，鋼筋網與土釘應連接牢固，鋼筋網外側宜用加強筋固定在土釘上。 2.1.4排水系統

　　土釘支護宜在排除地下水的條件下進行施工，應采取恰當的排水措施，包括地表排水、支護內部排水以及基坑排水，以避免土體處于飽和狀態并減輕作用于面層上的靜水壓力。

　　基坑四周支護范圍內的地表應加修整，構筑排水溝和水泥砂漿或混凝土地面防水地表降水向地下滲透。靠近基坑坡頂寬2-4m的地面應適當墊高，并且里高外低，便于徑流遠離邊坡。在支護面層背部應插入長度為400-600mm，直徑不小于40mm的水平排水管，其外端伸出支護面層，間距可為1.5-2m，以便將噴射混凝土面層后的積水排出。為了排除積聚在基坑內的滲水和雨水，應在坑底設置300mm×300mm排水溝，通至600mm×600mm×600mm集水坑。排水溝應離開邊壁0.5-1m，排水溝及集水坑宜用磚砌并用砂漿抹面以防止滲漏，坑中積水應及時抽出。

　　2.2土釘支護施工組織

　　為了確保土釘支護施工的質量和進度，現場設立由三名人員組成的工程技術組:一名總負責人，一名工程技術負責人，一名質量安全負責人。

　　現場設四個作業班:

　　一班:土釘加工、焊接、制作鋼筋掛網;

　　二班:專門機械成孔班;

　　三班:注漿。自孔內注入一次水泥砂漿，在PVC管內作二次注漿;

　　四班:噴射混凝土班;

　　各班組做到分工不分家，必須互相配合，精心施工。

　　工藝流程詳見圖2。

　　3復合土釘支護受力機理

　　3.1復合土釘受力機理

　　在土釘支護體系中，土釘是重要的受力構件，土釘的作用將作用于面層或水泥土樁上的水、土壓力，通過土釘與土體的磨阻力傳遞到穩定的地層中去，類似于土層錨桿;通過密而短的土釘將支護后土體的變形約束起來，形成由土體、注漿體及土釘組成的復合土體，復合土體類似于重力式壩受力。這種作用類似于加筋土擋支護;不管用什么形式施工的土釘(鉆孔法、打入法和頂入法)，土釘通道都是注漿孔，該注漿不僅形成了土釘擋墻與地層之間的摩擦帶，同時以劈裂、滲透及壓密注漿的形式加固了支護后土體，這種作用類似于壓密注漿機理。

　　3.2土釘的受力過程

　　量測表明，土釘的受力過程可分為三個階段:

　　第一階段:土釘安設的初期，完成注漿但注漿體與土層之間的粘結尚未形成，這時該土釘基本不受力。

　　第二階段:注漿體將土釘粘結于地層中，隨著開挖深度的增加，土釘逐漸產生拉力，并將拉力集中在與面層粘結的部位，這時內力分布類似于無自由變形段的土層錨桿靠近面層處拉力最大，往后逐漸減小。

　　第三階段:開挖足夠深度，土釘的大部份處于滑裂范圍之內。這時土釘內力表現為中間部位(近滑裂面)最大，兩端最小。力的分布類似于加筋土擋墻中的拉筋。

　　4結束語

　　土釘支護技術能有效調用土體自身的強度和自身的穩定性，是提高巖土工程穩定性和解決復雜巖土工程穩定問題最經濟最有效的之一。盡管土釘支護技術從設計計算理論到施工工藝，尚有若干探討改進和完善處;盡管理論落后于實踐的情況十分突出，尚需編制可供遵循的設計、施工規范;盡管許多專業設計、建設及管理工程技術人員仍處在邊實踐邊學習階段，但伴隨著良好社會環境與經濟體制的發展，土釘支護技術以其顯著的造價、經濟、施工工藝等方面的優點，除廣泛的應用于一般土層和軟土支護外，還將大量地運用于流砂、復雜填土、強膨脹土和砂礫等不良土層中，那些待解決的問題也必將在廣大工作者的努力中為人們探知!

　　參考文獻：

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