基坑支護中土釘與錨桿的區(qū)別探討

吳大國

（ 安 徽 省 水利部淮河水利委員會科學研究院 合肥 230088）

1 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，高層建筑、地下工程等項目日益增多，深基坑工程也越來越多，深基坑支護技術得到較快發(fā)展?；又ёo的方式有土釘墻支護、排樁支護、地下連續(xù)墻支護、樁錨支護等[1]。1912年，德國謝列茲礦最先采用錨桿支護井下巷道以來，錨桿支護以其結構簡單、施工方便、成本低和對工程適應性強等特點，在土木工程中得到了廣泛應用；土釘支護是近年發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術，由于經濟可靠且施工快速簡便，成為基坑支護中常見的支護方式。雖然基坑支護相關規(guī)范中對土釘與錨桿有著明確的定義[2]、[3]，但工程實踐中技術人員對二者的概念依然混淆不清。本文通過以下幾點對土釘與錨桿的區(qū)別予以探討。

2 概念區(qū)別

土釘是用來加固或同時錨固現場原位土體的細長桿件，通常采取土中鉆孔、置入變形鋼筋即帶肋鋼筋并沿孔全長注漿的方法做成。土釘也可用鋼管、角鋼等作為釘體，采用直接擊入的方法置入土中[2]。土釘墻技術則是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎的復合土體，有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結構強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。

錨桿是將拉力傳遞到穩(wěn)定的巖層或土體的錨固體系，通常包括桿體（由鋼絞線、鋼筋、特制鋼管等筋材組成）、注漿體、錨具、套管和可能使用的連接器。當采用鋼絞線或鋼絲束作桿體材料時，可稱錨索[3]。

3 工作機理區(qū)別

土釘依靠與土體之間的界面粘結力或摩擦力，在土體發(fā)生變形的條件下被動受力，并主要承受拉力作用。土釘對復合土體起箍束骨架作用，制約土體變形并使復合土體構成一個整體，土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘起分擔作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強度，所以土體進入塑性狀態(tài)后，應力逐漸向土釘轉移，土釘分擔作用更為突出。土釘支護如圖1所示。

錨桿由自由段和錨固段組成，通過錨固結構（錨具、腰梁等），將荷載由桿體的自由段傳遞到深層土體中，錨桿自由段長度不小于5m，穿過潛在滑動面不小于1.5m[3]，錨桿是主動受力。錨桿支護如圖2所示。

土釘是全長受力，不過受力方向分為兩部分，潛在滑裂面把土釘分為兩部分，前半部分受力方向指向潛在滑裂面方向，后半部分受力方向背向潛在滑裂面方向；錨桿則是前半部分為自由端，后半部分為受力段。

土釘支護是通過密集的土釘群來提高原位土體的強度和穩(wěn)定性，從而達到加固原位土體的目的；而土層錨桿是通過桿體將荷載傳到潛在滑動面以外的土體中，從而使錨固結構體系整體穩(wěn)定。土釘面層不是主要受力構件，其主要作用是保護土釘頭以及防止面層局部失穩(wěn)，因而其抗壓抗彎強度不需要太高。而錨桿則不同，面層材料要抵抗錨桿中施加的預應力，因此對面層強度要求較高。

4 計算模型區(qū)別

土釘支護計算模型，被加固土體部分可看作是加筋土重力式擋墻，按重力式擋墻計算，如圖3所示。土釘設置應滿足加筋土重力式擋墻自身不會產生破壞的要求，還應滿足外側土壓力作用下重力式擋墻的整體穩(wěn)定需要。錨桿支護結構計算模型，支護結構的內力計算采用彈性支點法，可根據錨桿設置排數，選擇單支點法和多支點法，整體穩(wěn)定性可按圓弧滑動條分法，如圖4所示。

單根土釘受拉荷載標準值可按式（1）計算：

式中：ζ——荷載折減系數；

eajk——第j個土釘位置處的基坑水平荷載標準值；

sxj、szj——第j根土釘與相鄰土釘的平均水平、垂直間距；

aj——第j根土釘與水平面的夾角。荷載折減系數ζ可按式（2）計算：

β—土釘坡面與水平面的夾角。

錨桿軸向受拉承載力設計值可按式（3）計算：

式中：Nu——錨桿軸向拉力承載力設計值；

d1——擴孔錨固體直徑；

d——非擴孔錨桿或擴孔錨桿的直孔段錨固體直徑；

li——第i層土體中直孔部分錨固段直徑；lj——第j層土體中擴孔部分錨固段直徑；

qsik、qsjk——土體與錨固體的極限摩阻力標準值，應根據當地經驗取值；

ck——擴孔部分土體粘聚力標準值；

γs——錨桿軸向受拉抗力分項系數，可取1.3。

整體穩(wěn)定性驗算采用圓弧滑動簡單條分法，按（4）式計算：

式中：n——滑動體分條數；

m——滑動體內土釘數；

γk——整體滑動分項系數，可取1.3；

γ0——基坑側壁重要性系數；

wi——第i分條土重；

bi——第i分條寬度；

cik——第i分條滑裂面處土體固結不排水粘聚力標準值；

ik——第i分條滑裂面處土體固結不排水內摩擦角標準值；

θi——第i分條滑裂面處中點切線與水平夾角；

αj——土釘與水平面之間的夾角；

Li——第i分條滑裂面處弧長；

s——計算滑動體單元厚度；

Tnj——第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力。

5 結語

錨桿在我國應用較早，概念較為明確；土釘支護是在錨桿支護技術基礎發(fā)展起來的新型支護技術。工程技術人員應掌握其不同的工作機理，在工程實踐中靈活運用，實現基坑支護的經濟和安全■

[1]技術規(guī)程編寫組.建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120—99）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]技術規(guī)程編寫組.基坑土釘支護技術規(guī)程（CECS96:97）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]技術規(guī)程編寫組.巖土錨桿（索）技術規(guī)程（CECS222005）[S].北京：中國計劃出版社，2005.