论文部分内容阅读
摘要 介绍了土钉支护技术的结构形式及使用条件，阐述了土钉支护的作用机理。
关键词：土钉支护；支护形式；作用机理
Abstract：Structure and conditions of use of soil nailing technology, described the mechanism of soil nailing.
Key words: soil nailing; support form; mechanism of action
中图分类号：TD352 文献标识码：A文章编号：
1.土钉支护技术简介
土钉支护技术是继排桩支护、连续墙支护、锚杆支护后又一新兴的挡土支护技术。普通土钉墙支护。通过相互作用，土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了整体稳定性。喷硅在高压空气作用下以高速喷向受喷面，在喷层与土层面产生嵌固层效应;锚管深固于土体内部，主动支护土体，并与土体共同作用，有效保持和提高围土强度，使土体变荷载为支护结构体系一部分；钢筋网能有效地调整喷层与锚管内应力分布，增强支护体的柔性和整体性。
2.常用支护结构形式及适用条件
国内目前普遍采用的支护结构形式主要可以分为下述几类：
（l）土钉墙支护结构。土钉墙是近几十年来发展起来的一种新型挡土结构，土钉一般通过钻孔，插筋和注浆来设置，也有采用打入或设入方式设置土钉。边开挖基坑边在边坡中设置土钉，在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，形成土钉墙支护结构。土钉墙支护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。是一种实用的原位岩土加筋技术。
（2）放坡开挖及简易支护。放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场所的工程。放坡开挖一般费用较低，如果有足够的放坡场所应尽量采用放坡开挖，但挖土及回填土方量大，有时为了增加基坑边坡稳定性，还需采用简易支护。
（3）悬臂式支护结构。悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土桩排桩墙、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等形式。它依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全。悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形，对相邻建筑物产生不良影响。因此适用于土质较好，开挖深度较浅的基坑工程。
（4）重力式支护结构。目前在工程中用的较多的水泥土重力式支护结构，常采用深层搅拌法形式，有时也采用高压喷射法注浆法形成。为了节省投资，常采用格构体系，水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定。深层搅拌水泥土桩重力式支护结构常用于软粘土地区开挖深度约在6米以内的基坑工程。由于水泥土抗拉强度低，水泥土重力式支护结构适用于较浅的基坑工程，其变形往往比较大。
（5）内撑式支护结构。内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙形式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑，材料可用钢筋混凝土和钢管或型钢，钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好，变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。
（6）拉锚式支护结构。拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成，锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其它锚固物，锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。锚杆式较适用于砂土地基或粘土地基，由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。
（7）其它形式支护结构。其它形式围护结构主要有门架式支护结构、拱式组合型支护结构、喷锚网支护结构、加筋水泥土墙支护结构、深井支护结构和冻结法支护结构等。
3.土钉支护的作用机理
土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及其它因素作用下，将发生突发性整体破坏。所采用的传统的支挡结构均基于被动制约机制，即以支挡结构自身的强度和刚度，承受其后的侧向土压力，防止土体整体稳定性破坏。土钉墙则是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用，还能改变土坡的变形与破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。土钉墙在受荷载过程中推迟了土质边坡塑性变形发展的阶段，而且明显地呈现出渐进变形与开裂破坏并存且逐步扩展的现象，直至丧失承受更大荷载的能力，仍不会发生整体性塌滑。试验表明:直立的土钉墙在坡顶的承载能力约比素土墙提高一倍以上。更为重要的是，土钉墙在受荷载过程中不会发生素土边坡那样突发性的塌滑。土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点:
（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的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。
（2）分担作用。在复合土体内，土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由于土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯刚度，所以当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这时土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体破裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。
（3）应力传递与扩散作用。在同等荷载作用下，由土釘加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。
（4）坡面变形的约束作用。在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸荷、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果，限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束作用，这对土体开裂变形阶段尤为重要。
模拟土钉作用机理的大型直剪试验研究结果可以看出，加筋土强度提高的基本原理在于钢筋与土体之间的相互摩擦作用。该原理可用来分析土钉支护的受力作用机理。潜在滑裂面将支护结构分成主动区和稳定区两个区域，主动区产生的水平推力通过与土钉的相互作用而与面层一起在土钉中形成拉力，有将土钉从稳定区中拔出的趋势，稳定区土体与土钉的摩擦力却阻止土钉拔出。当主动区土体的水平推力平衡于稳定区土钉之间的摩擦阻力，则达到土钉支护结构的内部稳定性。
参考文献
[1] 中国岩土锚固技术编写组.岩土锚固新技术[M].北京:人民交通出版社1998
[2] 潘林有 温州两种土钉支护技术在饱和软土中的应用[J].建筑结构建筑结构杂志出版社2004.
[3] 秦世清 王建党.土钉支护机理与优化设计[M].北京:地质出版社1999
关键词：土钉支护；支护形式；作用机理
Abstract：Structure and conditions of use of soil nailing technology, described the mechanism of soil nailing.
Key words: soil nailing; support form; mechanism of action
中图分类号：TD352 文献标识码：A文章编号：
1.土钉支护技术简介
土钉支护技术是继排桩支护、连续墙支护、锚杆支护后又一新兴的挡土支护技术。普通土钉墙支护。通过相互作用，土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了整体稳定性。喷硅在高压空气作用下以高速喷向受喷面，在喷层与土层面产生嵌固层效应;锚管深固于土体内部，主动支护土体，并与土体共同作用，有效保持和提高围土强度，使土体变荷载为支护结构体系一部分；钢筋网能有效地调整喷层与锚管内应力分布，增强支护体的柔性和整体性。
2.常用支护结构形式及适用条件
国内目前普遍采用的支护结构形式主要可以分为下述几类：
（l）土钉墙支护结构。土钉墙是近几十年来发展起来的一种新型挡土结构，土钉一般通过钻孔，插筋和注浆来设置，也有采用打入或设入方式设置土钉。边开挖基坑边在边坡中设置土钉，在坡面上铺设钢筋网，并通过喷射混凝土形成混凝土面板，形成土钉墙支护结构。土钉墙支护结构的机理可理解为通过在基坑边坡中设置土钉形成加筋土重力式挡墙，起到挡土作用。是一种实用的原位岩土加筋技术。
（2）放坡开挖及简易支护。放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场所的工程。放坡开挖一般费用较低，如果有足够的放坡场所应尽量采用放坡开挖，但挖土及回填土方量大，有时为了增加基坑边坡稳定性，还需采用简易支护。
（3）悬臂式支护结构。悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土桩排桩墙、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等形式。它依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全。悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形，对相邻建筑物产生不良影响。因此适用于土质较好，开挖深度较浅的基坑工程。
（4）重力式支护结构。目前在工程中用的较多的水泥土重力式支护结构，常采用深层搅拌法形式，有时也采用高压喷射法注浆法形成。为了节省投资，常采用格构体系，水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定。深层搅拌水泥土桩重力式支护结构常用于软粘土地区开挖深度约在6米以内的基坑工程。由于水泥土抗拉强度低，水泥土重力式支护结构适用于较浅的基坑工程，其变形往往比较大。
（5）内撑式支护结构。内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙形式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑，材料可用钢筋混凝土和钢管或型钢，钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好，变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。
（6）拉锚式支护结构。拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成，锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩，或其它锚固物，锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力。锚杆式较适用于砂土地基或粘土地基，由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。
（7）其它形式支护结构。其它形式围护结构主要有门架式支护结构、拱式组合型支护结构、喷锚网支护结构、加筋水泥土墙支护结构、深井支护结构和冻结法支护结构等。
3.土钉支护的作用机理
土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性，当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度，当超过这一深度或者在地面超载及其它因素作用下，将发生突发性整体破坏。所采用的传统的支挡结构均基于被动制约机制，即以支挡结构自身的强度和刚度，承受其后的侧向土压力，防止土体整体稳定性破坏。土钉墙则是由在土体内放置一定长度和密度的土钉体构成的。土钉与土共同工作，形成了能大大提高原状土强度和刚度的复合土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用，还能改变土坡的变形与破坏形态，显著提高了土坡的整体稳定性。土钉墙在受荷载过程中推迟了土质边坡塑性变形发展的阶段，而且明显地呈现出渐进变形与开裂破坏并存且逐步扩展的现象，直至丧失承受更大荷载的能力，仍不会发生整体性塌滑。试验表明:直立的土钉墙在坡顶的承载能力约比素土墙提高一倍以上。更为重要的是，土钉墙在受荷载过程中不会发生素土边坡那样突发性的塌滑。土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点:
（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的分布空间所决定的。它具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。
（2）分担作用。在复合土体内，土钉与土体共同承担外部荷载和土体自重应力。由于土钉有较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比拟的抗弯刚度，所以当土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这时土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体破裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的出现与土钉分担作用密切相关。
（3）应力传递与扩散作用。在同等荷载作用下，由土釘加固的土体内的应变水平比素土边坡土体内的应变水平大大降低，从而推迟了开裂的形成与发展。
（4）坡面变形的约束作用。在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥土钉有效作用的重要组成部分。坡面鼓胀变形是开挖卸荷、土体侧向变位以及塑性变形和开裂发展的必然结果，限制坡面鼓胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束作用，这对土体开裂变形阶段尤为重要。
模拟土钉作用机理的大型直剪试验研究结果可以看出，加筋土强度提高的基本原理在于钢筋与土体之间的相互摩擦作用。该原理可用来分析土钉支护的受力作用机理。潜在滑裂面将支护结构分成主动区和稳定区两个区域，主动区产生的水平推力通过与土钉的相互作用而与面层一起在土钉中形成拉力，有将土钉从稳定区中拔出的趋势，稳定区土体与土钉的摩擦力却阻止土钉拔出。当主动区土体的水平推力平衡于稳定区土钉之间的摩擦阻力，则达到土钉支护结构的内部稳定性。
参考文献
[1] 中国岩土锚固技术编写组.岩土锚固新技术[M].北京:人民交通出版社1998
[2] 潘林有 温州两种土钉支护技术在饱和软土中的应用[J].建筑结构建筑结构杂志出版社2004.
[3] 秦世清 王建党.土钉支护机理与优化设计[M].北京:地质出版社1999