土钉墙支护技术应用及机理与设计优化探讨..doc

土钉墙支护技术应用及机理与设计优化探讨 摘要：本文通过对《基坑土钉支护技术规程》CECS96：97进行了深入学习理解，客观地探讨了土钉支护技术的内在机理，系统地对十多年里，作者已取得的成功经验作了的总结。在理论与实践的基础上，精辟地提出了土钉支护技术应用在设计与施工时应更进一步优化的新理念。可供同仁们参考。 关键词： 土钉支护 应用 机理探讨 设计优化 1．土钉墙支护技术概要 土钉墙支护技术是在基坑边坡土体中置入一定长度和分布密度的钢筋或钢管等（俗称“土钉”），通过“土钉”的作用主动约束基坑边坡土体的塑性变型，使之与边坡土体牢固结合而共同工作，达到弥补土体自身强度的不足，增强基坑边坡自身稳定性能的作用，从而确保基坑作业面的安全生产。 根据土钉墙的施工方法，可分为“打入型土钉”和“注浆型土钉”两种。所谓“打入型土钉”就是将钢筋或钢管直接打进边坡土体中，它只适合于较浅基坑支护；所谓“注浆型土钉”就是通过机械成孔后再穿钢筋或钢管，然后进行压力注浆，它适用于较硬土质和岩石类别的深基坑。 土钉墙支护技术具有经济、施工快的显著优点。 2．土钉墙设计方法及分析 2.1基坑边坡土体破坏分析 基坑边坡土体破坏特征是土钉墙支护设计的依据，从工程实践及土（岩）体的物理特征可以看出，土体（岩体）边坡的破坏常常存在三种破坏特征；一种是局部剥脱，体现在稳定土体（岩体）边坡上的局部松散物；另一种是较大面积的坍塌，体现在边坡坡度过小，不稳定土体在塑形变形过程中出现垂直裂缝的状况，这种状况会直接导致不稳定土体从裂缝处从上而下崩溃倾覆；第三种是局部滑坡或整体滑坡，土体体现在沿坡脚滑坡的较多，也有在坡脚以下出现滑移造成基坑隆起的破坏，岩体主要体现在边坡岩体的顺层滑坡，特别是风化的泥岩尤为严重等；对于土体边坡另有一重要的特征，就是它的塑变从滑坡体的顶部开裂逐步向下塑变直至滑坡。 从上述分析可以看出，基坑边坡土钉墙支护设计及构造，必须满足能约束上述三种破坏特征才能保证边坡的稳定。但是，土体塑变的特征也给支护带来优化的可能。 2.2土钉墙设计方法介绍及分析 2.2.1计算原则 根据《基坑土钉支护技术规程》CECS96：97的规定（以下简称《规程》）综合来看，土钉墙设计计算应遵循以下几个原则： 2.2.1.1只考虑土钉的受拉作用； 2.2.1.2土钉的设计内力按《规程》规定的侧压力图形计算； 2.2.1.3土钉的尺寸应满足设计内力的要求，同时还要满足内部整体稳定性的要求； 2.2.1.4土钉墙坡面结构要能满足边界约束，限制坡面膨胀的外部要求； 2.2.1.5土钉墙的整体稳定要满足重力挡墙抗滑移抗倾覆的要求。 2.2.2计算方法及分析 2.2.2.1确定边坡土体稳定坡角（η）： 边坡土体稳定坡角（η），确切地说应叫破裂面夹角，它是计算土钉长度的重要参数。如下图所示： 《规程》规定η=450+φ/2，对于分层土体，φ值根据各层土的tanφj值按其层厚加权的平均值算出。 [分析探讨1]： 从土钉长度的设计规定（l=l1+Fa.dN/πd0τ）可以看出，η值的大小直接影响到土钉的长度，进而影响到边坡的安全度，对于直立的边坡，按η=450+φ/2是非常准确的。但对于斜坡土体则不尽然，也不准确，从各类土力学试验资料介绍分析，边坡土体的滑动破坏面与边坡的斜坡度（β）有一定的关系，资料介绍显示，（如下图2.2.2-a-2）边坡的坡度i越小，其边坡土体的破裂面夹角越大，这完全符合土体塑变的力学性能。《地基与基础工程新技术实用手册》按下图定量分析，根据朗肯——库伦土压力的推导方法计算出了不同土体斜坡裂面夹角η。斜坡土钉设计时可按该表选定，见后表2.2.2-1所示。 土斜破裂面夹角 表2.2.2-1 Β η 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 α 10 50 49 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 37 11 51 50 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 39 38 12 51 50 49 48 46 45 44 44 43 42 41 40 40 39 13 52 51 49 48 47 46 45 44 44 43 42 41 41 40 14 52 51 50 49 48 47 46 45 44 44 43 42 41 41 15 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 44 43 42 42 16 53 52 51 50 49 48 48 47 46 45 45 44 43 42 17 54 53 52 51 50