土釘支護在基坑支護中的應(yīng)用研究

王 飛 常思源

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,城市規(guī)模的擴大,城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、地下空間開發(fā)等越來越受到重視。其中高層建筑的大量增加要求基礎(chǔ)地基應(yīng)具有足夠的開挖深度,特別是在地質(zhì)條件和土層分布比較復(fù)雜的區(qū)域,深基坑的支護已經(jīng)成為工程必須解決的難題。由于深基坑支護不合理引發(fā)的事故,可以經(jīng)常在各種工程中見到。在基坑工程施工中,應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、基礎(chǔ)類型、基坑開挖深度、降排水條件、周邊環(huán)境對基坑側(cè)壁位移的要求、基坑周邊荷載、施工季節(jié)、支護結(jié)構(gòu)使用期限等因素,做到因地制宜,因時制宜,合理設(shè)計、精心施工、嚴(yán)格監(jiān)控。土釘支護技術(shù)作為基坑支護的一種重要手段,由于其具有施工機具靈活,工藝簡單,能夠適應(yīng)比較狹小的工作場地,且投資少等特點,受到界內(nèi)人士的廣泛重視,土釘支護技術(shù)也逐漸被推廣及使用。

1 土釘支護計算

對于基坑支護,規(guī)范規(guī)定應(yīng)根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求進(jìn)行計算和驗算。

1)基坑支護結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計算,計算內(nèi)容應(yīng)包括:a.根據(jù)基坑支護形式及其受力特點進(jìn)行土體穩(wěn)定性計算;b.基坑支護結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計算;c.當(dāng)有錨桿或支撐時,應(yīng)對其進(jìn)行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。2)對于安全等級為一級及對支護結(jié)構(gòu)變形有限定的二級建筑基坑側(cè)壁,尚應(yīng)對基坑周邊環(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行驗算。3)地下水控制計算和驗算:a.抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算;b.基坑底突涌穩(wěn)定性驗算;c.根據(jù)支護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進(jìn)行地下水位控制計算。

一般來說針對土釘支護,需進(jìn)行的計算包括土釘抗拉承載力計算和土釘墻整體穩(wěn)定性計算,其中土釘抗拉承載力可以通過下式計算:

其中,Tjk為第j根土釘受拉標(biāo)準(zhǔn)荷載值;Tuj為第j根土釘受拉承載力設(shè)計值。

土釘墻應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面采用圓弧滑動簡單條分法按下式進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗算。計算方法如下:

其中,K為整體穩(wěn)定系數(shù),K≥1.3;cj為巖土粘聚力;φj為巖土的內(nèi)摩擦角;Wj為分塊重量,kN/m;Lj為分塊的潛在破裂面長度;αj為破裂面與水平面的夾角,(°);βj為土釘軸線與破裂面的夾角,(°);Pj為土釘?shù)目拱瘟?n為實設(shè)土釘排數(shù);sx為土釘水平間距,m。

2 土釘支護機理

在工作機理上,土釘墻是高強度土釘、網(wǎng)噴混凝土面層及原狀土三者共同受力,增強了土體破壞延性,很好地改變了邊坡突然塌方的性質(zhì),有利于安全施工?；舆吰轮萌胪玲敽?潛在滑動面的位置發(fā)生了變化,表現(xiàn)為向邊坡后移動。這是由于釘土間的相互作用使外荷載和主動滑動區(qū)土體產(chǎn)生的滑動力向素土邊坡最危險滑動面后土體傳遞,從而調(diào)動了滑動面后土體的粘聚力作用,使滑動面后的土體參與了阻止滑動區(qū)土體的滑動。隨著滑動力的逐漸增大,滑動面后更深層土體的粘聚力逐漸被調(diào)動起來,最先被調(diào)動起來的土體由于自身應(yīng)力的增大,當(dāng)達(dá)到抗剪強度時,將和滑動區(qū)土體一起滑動。所以土釘支護的邊坡失穩(wěn)時,滑動面和素土邊坡最危險滑動面相比,會發(fā)生向邊坡后移動的現(xiàn)象。

土釘利用了土體的自承載能力,使基坑周圍土體轉(zhuǎn)化為支護結(jié)構(gòu)的一部分,經(jīng)濟效益可觀。土釘墻支護一般適合于地下水位以上或經(jīng)過降排水措施后的素填土、普通黏性土、粘性的砂土和粉土等較為均勻土體邊坡。當(dāng)場地同時存在土層和不同風(fēng)化程度巖體時,應(yīng)用土釘墻支護特別有利。

3 土釘支護技術(shù)在基坑支護中需要注意的問題

土釘支護技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于基坑支護中,土釘支護法以盡可能提高和最大限度地利用基坑邊壁土體固有力學(xué)強度、變土體荷載為支護結(jié)構(gòu)體系的一部分為其基本原理,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、適應(yīng)性強、隨挖隨支,以及安全經(jīng)濟等特點,因而在基坑中得到了廣泛的應(yīng)用,取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。但是在基坑支護中需要注意的問題有以下方面:

1)施工過程中必須自始至終與現(xiàn)場的測試監(jiān)控相結(jié)合,通過變形等測量數(shù)據(jù)和施工過程,不斷發(fā)掘現(xiàn)場地質(zhì)情況,及時指導(dǎo)下一步的施工。2)要充分考慮地表徑流和地下水的影響,如施工時滲水嚴(yán)重就不能噴射面層混凝土,容易引起塌坡和塌孔,當(dāng)?shù)叵滤牧髁枯^大,施工時應(yīng)采取專門措施降低地下水位。在今后的工程中,應(yīng)加強和完善對坡面土壓力、土釘軸向的應(yīng)力分布、錨固體與土體間的摩阻力的研究和測定,邊坡在開挖與支護后的變形觀測等工作,為完善設(shè)計理論提供可靠的測試數(shù)據(jù)。

在施工和管理中,首先需要制定安全生產(chǎn)責(zé)任制,明確項目經(jīng)理為項目安全生產(chǎn)第一責(zé)任人,對有關(guān)的管理、執(zhí)行和檢查人員都明確具體職責(zé),做到分工明確,各負(fù)其責(zé)。其次制定基坑專項施工方案,分析確定危險部位和過程,并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施,使這些危險部位和過程能得到有效控制。第三要堅持“安全第一、預(yù)防為主”的方針,加強對職工的安全教育,并體現(xiàn)全面、全員、全過程的原則,確保只有經(jīng)過安全教育的人員才能上崗。

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