深基坑土釘支護(hù)機(jī)理與控制技術(shù)研究

來杭峰

摘要：城市建設(shè)在不斷地向前發(fā)展，人口不斷的密集，建筑物越來越高，因此，基坑挖掘的深度也在不斷的加深，就需要采用新的支護(hù)技術(shù)手段來實現(xiàn)，所以土釘支護(hù)技術(shù)得以采用，發(fā)展的也越來越迅速。就此來討論下深基坑土釘支護(hù)的機(jī)理和控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：深基坑；土釘；支護(hù)機(jī)理；控制技術(shù)；研究

中圖分類號：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0001-02

土釘支護(hù)比較復(fù)雜，人們對于其作用機(jī)理和技術(shù)手段了解的不充分，還在不斷地研究。為了給土釘支護(hù)的設(shè)計提供可靠的理論依據(jù)，通過土釘直剪試驗、理論數(shù)據(jù)的分析、數(shù)值模擬等方法對其作用機(jī)理和和模式進(jìn)行了深入的鉆研。

1 深基坑土釘支護(hù)機(jī)理

1.1 受力機(jī)理

土本身是用來搭建的，其形成的體系稱之為土體，是一種結(jié)構(gòu)體系。土體自身有一定穩(wěn)定性，還可以承載一些其他物體，但是其抗剪、抗拉強(qiáng)度過于低下，因此在挖掘基坑尤其是基坑較深時，基坑的邊坡必須保持直立的臨界高度，以保證土坡的穩(wěn)定性。土釘支護(hù)，土釘與土相互作用，改變了土體的變形和破換形態(tài)，不僅增加了土體本身的穩(wěn)定性，還加強(qiáng)了其強(qiáng)度，有效地改變了土的受力情況。這樣土釘在受力過程中，不會突然的塌陷，保證了深基坑挖掘的順利進(jìn)行。在土釘支護(hù)中，土釘是主要受力的其特點(diǎn)是：

（1）合理、科學(xué)的利用了土本身的承載能力，增加了強(qiáng)度與柔性。

（2）具有良好的抗拉、抗壓力。

（3）能夠有效的克服對于場地小、突破挖掘困難等問題。

（4）對土的要求不嚴(yán)格，不管是沙土、粘土還是軟土都能夠安全可靠地進(jìn)行施工。

（5）土釘便于制作，施工時簡單、便捷。

（6）靈活性比較大，不會對周圍的環(huán)境造成大面積的破壞。

（7）用材少、費(fèi)用低、工期短。

1.2 作用機(jī)理

（1）土釘是復(fù)合土體的重要組成部分，主要受力元件，其在深基坑挖掘中起到了重要的作用：

①土釘將土體和土釘有效地結(jié)合形成一個整體，對復(fù)合土體起到了支撐、骨架的作用。

②土釘分擔(dān)了土體本身的受力情況，當(dāng)土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力就會逐漸地向土釘轉(zhuǎn)移，土釘對土的分擔(dān)作用就更加的明顯。

③土釘將應(yīng)力逐漸的傳遞、擴(kuò)散，這樣就推遲了開裂的形成與發(fā)展。

④加強(qiáng)了破面邊界的約束作用。

（2）作用機(jī)理

①通過土釘與土之間的摩擦力，將土體面層的壓力傳遞到穩(wěn)定的土層中，將強(qiáng)土體的強(qiáng)度。

②土釘和土體、注漿體形成的復(fù)合體，為基坑破面的變形起到了束縛的作用，能夠有效的增加土的抗拉能力。

③土釘在施工中擁有很多的孔道，這些空洞用來注漿，加固了土體。

（3）土釘支護(hù)中還有其他的重要組成成分，而且都有著重要的作用分別是：

①注漿：注漿的漿液能夠通過土體的縫隙進(jìn)入土中，將土結(jié)合起來，使土變得更加的堅固，有效地改善了土自身的松散性，還保證了各層之間產(chǎn)生的力的傳遞。

②噴射混凝土：在面層對混凝土進(jìn)行噴射，能夠使土釘團(tuán)結(jié)合作，可以分散單個土釘?shù)氖芰ψ饔茫€能有效地調(diào)節(jié)土的承載力?？梢员Ｗo(hù)基坑破面的完整性，以防坍塌，影響工程的進(jìn)度。

2 深基坑土釘支護(hù)試驗

2.1 直剪試驗

土釘直剪試驗主要是由上、下兩個半剪力盒構(gòu)成的。在實驗中為了防止土體的轉(zhuǎn)動，試驗時將下面的剪力盒固定在試驗所用的板面上，然后在垂直面上對土體進(jìn)行施壓，逐漸加大壓力，并保證上、下兩個剪力盒的中心對稱。土釘可用加筋替代。通過試驗可以得知，土體加筋的阻力遠(yuǎn)比土體未加筋的阻力大，并且加筋的角度不同，產(chǎn)生的阻力也不同。在實驗過程中還可以看到，當(dāng)剪切移動的位置達(dá)到一定時，加筋土體的抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大，隨著剪切移動位置的加大，土體的抗剪強(qiáng)度降低，所以，土體加筋的抗剪強(qiáng)度與剪切位置的移動有關(guān)。通過對直剪試驗的結(jié)果分析得知土釘剪切的過程分為：

2.1.1 線性變形時期

在該時期剪切位置的移動距離較小，加筋和未加筋的土體抗剪強(qiáng)度相當(dāng)，所以，加筋對土體的抗剪強(qiáng)度并無影響，在移動距離很小的時候，其抗剪強(qiáng)度主要有土體自己來承載。

2.1.2 塑性變形時期

在土體進(jìn)入塑性變形時期，剪切力逐步地向加筋涌動，在這一時期加筋就起到了明顯的作用。加緊通過對應(yīng)力的傳遞與擴(kuò)散，使土體相結(jié)合隨之周圍的土體也進(jìn)入到塑性階段，延長了塑性的時間，增加了土體的抗剪強(qiáng)度。

2.1.3 漸進(jìn)行破壞時期

剪切的位置移動距離逐漸的增加，土體的塑性應(yīng)變也在逐漸的增加，體積在不多的加大、膨脹，使土體問的剪應(yīng)力變小，致使土體和加筋問的摩擦力增加，減小了集中應(yīng)力，使剪切破壞面得以貫穿。

2.1.4 破壞時期

該時期隨著剪切位置移動距離的不斷增加，加筋土體的抗剪強(qiáng)度不再增加，達(dá)到一個飽和狀態(tài)。但是，較之未加筋的土體抗剪強(qiáng)度還是比較大的。

2.2 抗拔試驗

深基坑土釘支護(hù)的土釘具有一定的抗拔力，因此，為了能夠更加具體的了解做了抗拔試驗來進(jìn)行分析?？拱卧囼灧譃镮、I兩個階段。

2.2.1 I階段（初始階段）

在此時期土釘之間的拉力較小，土釘和土體之間的剪切力出現(xiàn)兩個方向。一個剪應(yīng)力是指向土體內(nèi)部的，另一個剪應(yīng)力是指向土體外部的。兩個力之間的相互作用，保持了土釘拉力之間平衡狀態(tài)。

2.2.2 I階段

隨著拉力的不斷增加，在I階段中指向外部的剪切力逐漸減小甚至消失，土釘與土體之間的剪應(yīng)力方向均指向內(nèi)部，而且用來保持土釘?shù)钠胶馀c禿頂?shù)睦ο嗫购?，最終達(dá)到極限，使土釘拔出。

3 深基坑土釘支護(hù)控制技術(shù)

由于施工方法的不同，所以土釘支護(hù)中運(yùn)用土釘?shù)念愋鸵膊煌?，常用的有鉆孔注漿型、打入型和射入型。其中，最常用的還是鉆孔注漿型。深基坑土釘支護(hù)是一種臨時性的工程。其技術(shù)與其他工程相比較，復(fù)雜性更重。

3.1 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 深基坑支護(hù)大的設(shè)計

依據(jù)挖掘基坑的場地的形狀、挖掘的寬度、深度對基坑的挖掘進(jìn)行設(shè)計并選則合適的方案。在設(shè)計過程中要考慮基坑支護(hù)所能承受的承載力進(jìn)行分析，分析其所能承受的壓力、垂直面上的載荷、施工時土體所承受的載荷、周圍附近的建筑物產(chǎn)生的承載力。對基坑周圍的環(huán)境進(jìn)行考察分析，分析其地質(zhì)情況、交通情況等進(jìn)行詳細(xì)的資料總結(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集，從而制定周詳?shù)脑O(shè)計方案。

3.1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的方案選擇

因為支護(hù)的種類較多，要根據(jù)所需選擇合適的結(jié)構(gòu)，從而制定方案。簡單介紹幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)以供大家參考。

（1）擋土灌注排樁支護(hù)

該支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于地下水的水位較之基坑的底面較高；基坑的變性比較大。這種支護(hù)具有很高的抗彎強(qiáng)度，剛度比較大，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，產(chǎn)生的噪音小。但是，其不能排水，所以對于機(jī)器設(shè)備的使用也就較多。

（2）土層錨桿支護(hù)

這種支護(hù)適用于深基坑的面積大的場地，但是對于土層松軟或含有化學(xué)物質(zhì)的場地就不能夠有效地進(jìn)行支護(hù)。其能夠與土體相互結(jié)合承受更大的拉拔力，不用使用大型的機(jī)器進(jìn)行挖掘，所以比較經(jīng)濟(jì)。

（3）內(nèi)支撐支護(hù)

這種方法的受力比較合理，對于變形的控制較容易。但支撐材料所需較大，而且在基坑內(nèi)施工，操作部方便。對于土質(zhì)松軟的場地能夠有效地起到支護(hù)的作用。

（4）土墻支護(hù)

土墻支護(hù)對于基坑的挖掘深度、土墻的承受力等都有著詳細(xì)具體的要求。使用的材料少，減少了工程費(fèi)用，對于設(shè)備的使用更加的便捷，能夠有效地起到擋土、防水的功能。

3.1.3 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)作業(yè)

土釘支護(hù)技術(shù)要按照規(guī)定有計劃地、有順序的進(jìn)行分層挖掘，在未完成上層的土釘與噴混凝土?xí)r是不能進(jìn)行下一步的挖掘的。在基坑面積過大時，只能在周圍8～10cm的范圍內(nèi)進(jìn)行開挖，而且要注意分層挖掘的協(xié)調(diào)性。利用機(jī)器進(jìn)行挖掘時切記基坑邊壁的土體松動，這樣容易造成安全隱患。必須保證坡度的合理性與平整性。分層挖掘要有一定的順序，在規(guī)定時間內(nèi)完成任務(wù)。有效防止邊坡滑塌。

3.2 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)的安全管理

（1）在底下噴混凝土之前，要認(rèn)真檢查作業(yè)的周圍環(huán)境是否安全，對于不安全的因素進(jìn)行處理，以保證安全作業(yè)。

（2）不良巖層的挖掘后，掩飾會出現(xiàn)松動、不穩(wěn)定，容易發(fā)生塌坍，所

以施工要盡快進(jìn)行，工作完成后盡快撤離作業(yè)區(qū)，保證工作人員的安全。

嚴(yán)格控制周圍巖石的變形，防止巖石掉落，砸傷的發(fā)生。

（3）隨時檢查噴射機(jī)的使用情況，嚴(yán)防噴射機(jī)在使用時由于磨損造成管壁變薄，而給工作人員帶來危害。

（4）在處理管路堵塞問題是，決不能草率行事，馬虎不得，一定要注意安全。

（5）采取有效的措施，防止噴混凝土的時候在混合料的攪拌、回彈物的清理扎傷工作人員。

4 結(jié)語

隨著社會的進(jìn)步，時代的發(fā)展，我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，深基坑土釘支護(hù)工程也越來越受到人們的重視，成為了建筑業(yè)的必要手段。因此，基坑支護(hù)技術(shù)要不斷的更新，在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境因素的影響下得到不斷的完善與進(jìn)步。更大程度的發(fā)揮其操作便捷、費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。

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