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1、土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu).5.1.2土釘?shù)陌l(fā)展70年代初，德國、法國和美國就各自開始了土釘支護(hù)的研究與應(yīng)用，但土釘誕生的原因并不相同。在德國是基于土層錨桿和加筋土擋墻發(fā)展起來的，在法國卻是基于新奧法的原理發(fā)展起來的，新奧法在60年代主要用于巖石隧道的支護(hù)，70年代初被成功的用于土質(zhì)隧道和土質(zhì)邊坡的支護(hù)。美國最早的土釘墻用于1974年匹茨堡PPG工業(yè)總部的深基坑支護(hù)。目前該技術(shù)在法國、德國、英國、美國和日本得到廣泛應(yīng)用。我國應(yīng)用土釘支護(hù)的首例工程可能是1980年山西柳灣煤礦的邊坡工程。最近十多年來，冶金建筑研究總院、北京工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、總參工程兵三所等單位在土釘支護(hù)
2、的研究開發(fā)中做了不少工作。目前，這一新技術(shù)已經(jīng)在北京、深圳、廣州、武漢等全國各地得到了廣泛應(yīng)用。5.2土釘支護(hù)的基本原理5.2.1土釘?shù)淖饔脵C(jī)理總的說來，土釘在復(fù)合土體中有以下幾種作用機(jī)理：1.箍束骨架作用該作用是由土釘本身的剛度和強(qiáng)度，以及它在土體內(nèi)分布的空間所決定的。它在復(fù)合體中起骨架作用，使復(fù)合土體構(gòu)成一個(gè)整體，從而約束土體的變形和破壞。2.分擔(dān)作用在復(fù)合體內(nèi)，土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和自重應(yīng)力，土釘起著分擔(dān)作用。由于土釘有很高的抗拉、抗剪強(qiáng)度和土體無法相比的抗彎剛度，所以在土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)土體發(fā)生開裂后，土釘?shù)姆謸?dān)作用更為突
3、出，這時(shí)土釘內(nèi)出現(xiàn)了彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力，從而導(dǎo)致土釘中的漿體碎裂、鋼筋屈服。土釘墻之所以能夠延遲塑性變形，并表現(xiàn)出漸進(jìn)性開裂，與土釘?shù)姆謸?dān)作用是密切相關(guān)的。3.應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用北京工業(yè)大學(xué)的研究表明：當(dāng)荷載增加到一定程度，邊坡表面和內(nèi)部裂縫已經(jīng)發(fā)展到一定寬度，坡腳應(yīng)力達(dá)最大。此時(shí)，下部土釘位于滑裂區(qū)域以外土體中的部分仍然能夠提供較大的抗力。土釘通過它的應(yīng)力傳遞作用可將滑裂區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力傳遞到后面穩(wěn)定的土體中，分布在較大范圍的土體內(nèi)，降低應(yīng)力集中程度。4.對(duì)坡面變形的約束作用在坡面上設(shè)置的與土釘連在一起的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面板是發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。
4、噴射混凝土面板對(duì)坡面變形起到約束作用，面板的約束力取決于土釘表面與土之間的摩阻力，當(dāng)復(fù)合土體開裂面區(qū)域擴(kuò)大并連成片時(shí)，摩阻力主要來自開裂區(qū)域后的穩(wěn)定復(fù)合土體。5.2.2土釘墻的工作性能國內(nèi)外大型模擬試驗(yàn)結(jié)果及許多實(shí)際工程測試結(jié)果表明土釘墻具有以下幾點(diǎn)工作性能：1.土釘墻的變形一般是微小的，但比錨桿擋墻的水平位移要大一些。最大水平位移發(fā)生于墻體頂部，越往下越小。最大水平位移與開挖深度之比一般在1‰~3‰。這種位移值不會(huì)影響工程的適用性和長期穩(wěn)定性，它對(duì)整個(gè)土釘墻來說，不應(yīng)當(dāng)是控制設(shè)計(jì)的主要因素。墻體內(nèi)的水平位移隨離開墻面的距離增加而減小。2.土釘只有在土體產(chǎn)生
5、微小變位后才能受力，開始開挖時(shí)，土釘上的最大拉力位于噴射混凝土面板附近，隨著開挖深度的增加，最大拉力的位置將從面層附近逐漸向深部土體中轉(zhuǎn)移，因此，越靠基坑底部的土釘，其最大受力點(diǎn)距離面板就越近。同一土釘內(nèi)的內(nèi)力分布一般呈現(xiàn)中間大，兩端小的規(guī)律，在破裂面臨近處達(dá)到最大。3.土釘墻上的土壓力以及不同土釘上的最大拉力沿基坑深度的分布都是中間大、上下小，接近梯形而不是三角形。4.采用密集土釘加固的土釘墻的性能類似于重力式擋墻，破壞時(shí)明顯地帶有平移和轉(zhuǎn)動(dòng)的性質(zhì)，故設(shè)計(jì)時(shí)除了要驗(yàn)算土釘墻的內(nèi)部穩(wěn)定性（局部滑動(dòng)破壞），以保證土釘有足夠的錨固長度、直徑及合理間距外，還必需驗(yàn)
6、算外部整體穩(wěn)定性，即驗(yàn)算土釘墻體的抗滑與抗傾覆安全性。5.根據(jù)大比例足尺試驗(yàn)結(jié)果看，在土釘墻整體破壞之前，并未發(fā)現(xiàn)噴射混凝土面板和錨頭產(chǎn)生破壞現(xiàn)象，在實(shí)際工程中也未見任何錨頭破壞現(xiàn)象。所以，在設(shè)計(jì)中，對(duì)面板和錨頭不要進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，只要滿足結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造要求即可。5.3土釘支護(hù)設(shè)計(jì)5.3.1確定土釘墻結(jié)構(gòu)尺寸在初步設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)基坑環(huán)境條件和工程地質(zhì)資料，確定土釘墻的適用性，然后確定土釘墻的結(jié)構(gòu)尺寸，土釘墻高度由工程開挖深度決定，開挖面坡度可取600~900，在條件許可時(shí)，盡可能降低坡面坡度。土釘墻均是分層分段施工，每層開挖的最大高度取決于該土體可以自然站立而
7、不破壞的能力。在砂性土中，每層開挖高度一般為0.5~2.0m，在粘性土中可以增大一些。開挖高度一般與土釘豎向間距相同，常用1.0~1.5m；每層單次開挖的縱向長度，取決于土體維持穩(wěn)定的最長時(shí)間和施工流程的相互銜接，一般多用10m長。5.3.2參數(shù)設(shè)計(jì)土釘支護(hù)參數(shù)主要包括土釘長度、間距、布置、孔徑和鋼筋直徑等。一、土釘長度在實(shí)際工程中，土釘長度L常采用坡面垂直高度H的60%~70%。土釘一般下斜，與水平面的夾角宜為50~200。Bruce和Jewell(1987)通過對(duì)十幾項(xiàng)土釘工程的分析表明：對(duì)鉆孔注漿型土釘，用于粒狀土陡坡加固時(shí)，L/H一般為0.5~0.8
8、；對(duì)打入型土釘，用于加固粒狀土陡坡時(shí)，其長度比一般為
