9th深基坑与边坡工程资料.ppt

5 土钉支护 5.1 概述 5.1.1 土钉支护的概念 土钉支护亦称锚喷支护，就是逐层开挖基坑，逐层布置排列较密的土钉（钢筋），强化边坡土体，并在坡面铺设钢筋网，喷射混凝土。相应的支护体称为土钉墙，它由被加固的土体、放置在土体中的土钉与喷射混凝土面板三个紧密结合的部分组成。土钉是其最主要的构件，英文名叫Soil Nailing，它的设置有打入法，旋入法，以及先钻孔、后置入、再灌浆三种方法。 5.1.2 土钉的发展 70年代初，德国、法国和美国就各自开始了土钉支护的研究与应用，但土钉诞生的原因并不相同。在德国是基于土层锚杆和加筋土挡墙发展起来的，在法国却是基于新奥法的原理发展起来的，新奥法在60年代主要用于岩石隧道的支护，70年代初被成功的用于土质隧道和土质边坡的支护。美国最早的土钉墙用于1974年匹茨堡PPG工业总部的深基坑支护。目前该技术在法国、德国、英国、美国和日本得到广泛应用。 我国应用土钉支护的首例工程可能是1980年山西柳湾煤矿的边坡工程。最近十多年来，冶金建筑研究总院、北京工业大学、清华大学、总参工程兵三所等单位在土钉支护的研究开发中做了不少工作。目前，这一新技术已经在北京、深圳、广州、武汉等全国各地得到了广泛应用。 5.1.3 土钉支护的特点及应用范围 一、特点 与其它支护类型相比，土钉支护具有以下一些特点或优点： 1. 土钉与土体共同形成了一个复合体，土体是支护结构不可分割的部分。从而合理的利用了土体的自承能力。 2. 结构轻柔，有良好的延性和抗震性。1989年美国加州7.1级地震中，震区内有8个土钉墙结构，其中有三个位于震中33km范围内，估计至少遭到了约0.4g的水平地震加速度作用，均未出现任何损害迹象。 3. 施工设备简单。土钉的制作与成孔、喷射混凝土面层都不需要复杂的技术和大型机具。 4. 施工占用场地少。需要堆放的材料设备少。 5. 对周围环境的干扰小。没有打桩或钻孔机械的轰隆声，也没有地连墙施工时污浊的泥浆。 6. 土钉支护是边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷。 7. 工程造价低，经济效益好，国内外资料表明，土钉支护的工程造价能够比其它支护低1/2 ~ 1/3。 8. 容易实现动态设计和信息化施工。根据现场位移或变形监测反馈的信息，很容易调整土钉的长度和间距，也容易调整面层的厚度。既可以避免浪费，又能够防止出现工程事故。 二、适用范围 土钉支护适用于地下水位以上或经人工降水措施后的杂填土、普通粘土或弱胶结的砂土的基坑支护或边坡加固。一般认为可用于标准贯入击数N值在5以上的砂质土与N值在3以上的粘性土。 单独的土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边坡维护，当土钉墙与放坡开挖、土层锚杆联合使用时，深度可以进一步加大。 土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂岩、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。 5.2 土钉支护的基本原理 5.2.1 土钉的作用机理 总的说来，土钉在复合土体中有以下几种作用机理： 1. 箍束骨架作用 该作用是由土钉本身的刚度和强度，以及它在土体内分布的空间所决定的。它在复合体中起骨架作用，使复合土体构成一个整体，从而约束土体的变形和破坏。 2. 分担作用 在复合体内，土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。当土体发生开裂后，土钉的分担作用更为突出，这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉中的浆体碎裂、钢筋屈服。土钉墙之所以能够延迟塑性变形，并表现出渐进性开裂，与土钉的分担作用是密切相关的。 3. 应力传递与扩散作用 北京工业大学的研究表明：当荷载增加到一定程度，边坡表面和内部裂缝已经发展到一定宽度，坡脚应力达最大。此时，下部土钉位于滑裂区域以外土体中的部分仍然能够提供较大的抗力。 土钉通过它的应力传递作用可将滑裂区域内的应力传递到后面稳定的土体中，分布在较大范围的土体内，降低应力集中程度。 4. 对坡面变形的约束作用 在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。喷射混凝土面板对坡面变形起到约束作用，面板的约束力取决于土钉表面与土之间的摩阻力，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。 5.2.2 土钉墙的工作性能 国内外大型模拟试验结果及许多实际工程测试结果表明土钉墙具有以下几点工作性能： 1. 土钉墙的变形一般是微小的，但比锚杆挡墙的水平位移要大一些。最大水平位移发生于墙体顶部，越往下越小。最大水平位移与开挖深度之比一般在1 ‰ ~3‰。这种位移值不会影响工程的适用性和长期稳定性，它对整个土钉墙来说，不应当是控制设计的主要因素。墙体内的水平位