淺議土釘墻與錨桿支護(hù)體系受力特性

賀育勝 楊 召 張 旭

(西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710003)

淺議土釘墻與錨桿支護(hù)體系受力特性

賀育勝 楊 召 張 旭

(西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710003)

工程實(shí)踐中，土釘墻與錨桿在基坑支護(hù)中使用中越來(lái)越多，但有時(shí)從業(yè)人員對(duì)土釘墻與錨桿支護(hù)體系受力特性不太清楚，以致使用不當(dāng)，造成一定的問(wèn)題。本文從土釘墻、錨桿的作用機(jī)理、使用條件、兩者的差異方面進(jìn)行了綜述。

土釘墻;錨桿;受力特性

1、土釘墻

1.1 概述。土釘墻由被加固的原位土體、加固土體的土釘群、噴射混凝土面層及必要的防排水系統(tǒng)組成，具自穩(wěn)能力，類似重力式擋土墻。在上述基本形式的基礎(chǔ)上，再結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨桿、微型樁及各種帷幕等，就構(gòu)成了復(fù)合土釘墻。

1.2 土釘墻適用條件。適用于基坑支護(hù)或邊坡加固，其土層應(yīng)在地下水位以上或經(jīng)人工降水處理，包括人工填土、黏性土、弱膠結(jié)砂土等土層。

1.3 提高土釘墻整體穩(wěn)定性的方法

(1)增大土釘直徑，即孔徑越大，越有助于提高土釘?shù)目拱瘟?，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

(2)增加土釘長(zhǎng)度，可以提高抗拔力，減小基坑位移，改善穩(wěn)定性。但試驗(yàn)表明同類土質(zhì)條件下，土釘長(zhǎng)度有一個(gè)臨界值，超過(guò)了臨界長(zhǎng)度，土釘對(duì)承載力的提高并沒(méi)有多大幫助。

(3)土釘?shù)拿芏仍酱蠡臃€(wěn)定性越好，土釘間距與長(zhǎng)度的關(guān)系是:土釘長(zhǎng)度越長(zhǎng)，間距可以越大。

2、錨桿

2.1 概述。錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)的差別是，后者通常被動(dòng)承受坍塌巖土體的荷載，而前者通過(guò)主動(dòng)加固巖土體，并有效控制變形，以避免坍塌。

2.2 作用原理。錨桿一端錨固在地基巖土層中，另一端則與工程構(gòu)筑物或擋土墻聯(lián)結(jié)，以承受土壓力、水壓力等產(chǎn)生的拉拔力、傾側(cè)力、上浮力等，以達(dá)到穩(wěn)固巖土層并維持構(gòu)筑物穩(wěn)定的目的。

2.3 支護(hù)特點(diǎn)

(1)錨桿適應(yīng)范圍廣，能適應(yīng)各種地形和場(chǎng)地，其作業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)空間要求低。

(2)錨桿對(duì)巖土體的擾動(dòng)很小，施工開(kāi)挖后能夠立即提供抗力，并可以很好地控制變形。

(3)錨桿施工適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)需要靈活調(diào)整作用的部位、方向、間距、密度及作業(yè)時(shí)間。

(4)錨桿代替鋼或鋼筋混凝土支撐，省材省工，并改善施工條件。

(5)錨桿設(shè)計(jì)抗力可由抗拔試驗(yàn)確定，因而易保證設(shè)計(jì)安全度。

3、土釘與錨桿的差異

(1)拉力分布:土釘全長(zhǎng)均與土體發(fā)生作用，并產(chǎn)生方向相反的剪力 (τ)，拉力 (σ)沿全長(zhǎng)分布并呈現(xiàn)兩頭小、中間大特點(diǎn)。錨桿與土的作用分為自由段和錨固段，前者不與土體接觸，τ≡0，dσ/dx=0;后者與周邊土體發(fā)生粘結(jié)作用，產(chǎn)生的τ用來(lái)平衡σ，而σ在錨固段內(nèi)是變化的，從錨固段與自由段交界處朝尾端方向呈單調(diào)遞減變化。

(2)對(duì)土體約束機(jī)制:土釘是一種被動(dòng)受力構(gòu)件，一般無(wú)需施加預(yù)應(yīng)力，借助土體產(chǎn)生的小量變形就可使土釘被動(dòng)受力。錨桿安裝后大都要施加一定的預(yù)應(yīng)力，以主動(dòng)抵抗土體變形。

(3)施工密度、質(zhì)量要求:土釘布置較密，依靠土釘之間的相互作用形成整體，即使個(gè)別土釘受到破壞或沒(méi)有發(fā)揮作用，也不影響整體支護(hù)效果。錨桿施工密度和質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，一是布置密度小，一般每6～9m2布置1根錨桿;二是每根錨桿都是重要的受力部件，個(gè)別錨桿施工不當(dāng)會(huì)影響整體支護(hù)效果。

(4)設(shè)計(jì)承載力與錨頭結(jié)構(gòu):土釘設(shè)計(jì)承載力一般較小，≯120kN，而且錨頭很少受力。通常，錨桿設(shè)計(jì)承載力＞200 kN，并且錨頭結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這樣可以避免錨頭部位擋土結(jié)構(gòu)發(fā)生沖切破壞或局部受壓破壞。

(5)施工規(guī)模:土釘長(zhǎng)度相對(duì)短一些，直徑也小一些，因而作業(yè)設(shè)備較為輕便。而錨桿長(zhǎng)度很少短于15m，直徑很少小于130mm，故施工設(shè)備較為笨重。

(6)擋土墻工作機(jī)理:土釘墻工作時(shí)表現(xiàn)出加筋作用，將主動(dòng)區(qū)最危險(xiǎn)滑移面的土體“改造”為穩(wěn)定性更高的復(fù)合土體，同時(shí)土釘對(duì)復(fù)合土體進(jìn)行約束、分擔(dān)其荷載，并傳遞擴(kuò)散應(yīng)力及約束坡面變形，這樣經(jīng)土釘墻加固的土層就獲得足夠的安全儲(chǔ)備，使復(fù)合土體具有較好的自穩(wěn)及抵抗附加荷載的能力。土釘密度越大，復(fù)合土體彈性模量也越大，土釘墻受力變形也越似重力式擋土墻的特征。錨桿擋土墻通過(guò)錨桿將庫(kù)倫破裂面前主動(dòng)區(qū)土體的荷載，傳遞到破裂面后穩(wěn)定的土體中，這樣可以充分調(diào)動(dòng)巖土潛力，大大減輕結(jié)構(gòu)自重，并節(jié)約材料。

(7)施工順序:土釘墻施工一般采用自上而下分層分段的順序。錨桿擋土墻既可依自上而下的順序，也可采用自下而上的順序。

(8)注漿工藝:土釘墻多采用常壓重力式一次注漿法，注漿壓力≤0.6MPa。錨桿通常要進(jìn)行兩次注漿，第二次是在錨固段，以獲得更高的承載力，并且注漿壓力≥2.5MPa。

(9)墻底壓力:由于土釘對(duì)混凝土面層反作用力的垂直分量較小，并且分布均勻，所以不需在面層立柱下再設(shè)置基礎(chǔ)，但是肋板錨桿擋土墻就需要設(shè)置基礎(chǔ)。

(10)筋桿長(zhǎng)度:土釘長(zhǎng)度較短，所以對(duì)基坑外側(cè)空間的需求較小;而錨桿需要較大的空間。

4、結(jié)語(yǔ)

綜述以上可知，錨桿與土釘墻的作用機(jī)理和使用條件有本質(zhì)區(qū)別，從業(yè)人員在從業(yè)過(guò)程中應(yīng)區(qū)別對(duì)待，避免因使用不當(dāng)產(chǎn)生工程事故。

［1］《基坑工程手冊(cè)》(第二版)

［2］陳仲頤周景星王洪瑾.《土力學(xué)》(第二版)［3］《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)

賀育勝 (1982-)，男，河南民權(quán)人，碩士，工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方面的研究。

楊召 (1988-)，男，陜西西安人，本科，助理工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方面的研究。

張旭 (1986-)，女，陜西米脂人，本科，助理工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工、造價(jià)等方面的研究。