修改第8講土釘墻

擋土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與基基坑坑工工程程木林林隆隆博博士士巖土土大大樓樓820室65982005mulinlong@第八八講講土土釘釘墻墻概述述土釘釘?shù)牡墓すぷ髯鳈C(jī)機(jī)理理及及工工作作特特性性土釘釘墻墻及及復(fù)復(fù)合合土土釘釘墻墻的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算土釘釘墻墻施施工工質(zhì)質(zhì)量量控控制制土釘釘墻墻案案例例鋼板板樁樁加加土土釘釘圍圍護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)土釘釘（（錨錨管管））申德德公公寓寓基基坑坑土土釘釘及及噴噴射射混混凝凝土土面面層層申德德公公寓寓基基坑坑土土釘釘及及噴噴射射混混凝凝土土面面層層土釘釘墻墻剖面面1——噴射射混混凝凝土土面面層層；；2——土釘釘土釘釘是是土土體體中中原原位位加加筋筋技技術(shù)術(shù)的的一一種種，，是是由由水水平平或或近近于于水水平平設(shè)設(shè)置置于于天天然然邊邊坡坡或或開(kāi)開(kāi)挖挖形形成成的的邊邊坡坡中中的的加加筋筋桿桿件件及及面面層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形成成的的擋擋土土體體系系，，用用以以改改善善原原位位土土體體的的性性能能，，并并與與原原位位土土體體共共同同工工作作，，形形成成一一重重力力式式擋擋墻墻作作用用的的輕輕型型支支擋擋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，從從而而提提高高整整個(gè)個(gè)邊邊坡坡的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。土釘釘墻墻的的概概念念定義義組成成構(gòu)構(gòu)件件土釘釘粘附附于于土土體體表表面面的的鋼鋼筋筋混混凝凝土土面面層層土釘釘之之間間的的被被加加固固土土體體概述述土釘釘技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展歷歷史史1972年，，法法國(guó)國(guó)承承包包商商Bouygues在法法國(guó)國(guó)Versai11es附近近的的一一處處鐵鐵路路邊邊坡坡開(kāi)開(kāi)挖挖工工程程中中，，采采用用了了噴噴混混凝凝土土并并在在土土體體中中置置入入鋼鋼筋筋(土釘釘)作為為臨臨時(shí)時(shí)支支護(hù)護(hù)，，開(kāi)開(kāi)挖挖的的邊邊坡坡坡坡度度為為70oo，長(zhǎng)長(zhǎng)965m，最最大大坡坡高高21.6m，共共用用了了25000多根根鋼鋼筋筋。。這這是是有有著著詳詳細(xì)細(xì)記記載載的的第第一一個(gè)個(gè)土土釘釘工工程程。。概述述廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用土土釘釘支支護(hù)護(hù)僅僅次次于于法法國(guó)國(guó)的的是是德德國(guó)國(guó)，，到到1981年西西德德已已成成功功完完成成了了20個(gè)以以上上的的土土釘釘支支護(hù)護(hù)工工程程項(xiàng)項(xiàng)目目，，1986年發(fā)發(fā)表表的的一一份份報(bào)報(bào)告告估估計(jì)計(jì)，，當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)西西德德每每年年進(jìn)進(jìn)行行的的土土釘釘支支護(hù)護(hù)工工程程約約為為法法國(guó)國(guó)的的1/4。美國(guó)最最早記記載土土釘支支護(hù)的的應(yīng)用用是1976年在Oregon州波特特蘭市市一所所醫(yī)院院(GoodSamaritanHospital)擴(kuò)建工工程中中的基基礎(chǔ)開(kāi)開(kāi)挖。。但在在北美美、加加拿大大的西西部地地區(qū)早早在60年代末末期已已經(jīng)用用過(guò)土土釘作作為房房屋基基礎(chǔ)開(kāi)開(kāi)挖的的臨時(shí)時(shí)支護(hù)護(hù)。美美國(guó)另另一項(xiàng)項(xiàng)有名名的土土釘支支護(hù)工工程是是匹次次堡PPG工業(yè)總總部的的深基基開(kāi)挖挖，與與其緊緊挨的的有已已建建建筑物物，所所以開(kāi)開(kāi)挖時(shí)時(shí)對(duì)土土層作作了注注漿處處理，，并且且對(duì)土土釘區(qū)區(qū)內(nèi)的的已有有房屋屋基礎(chǔ)礎(chǔ)用微微型樁樁(micropiles)作了托托換。。美國(guó)國(guó)聯(lián)邦邦公路路管理理局現(xiàn)現(xiàn)在已已有土土釘支支護(hù)技技術(shù)設(shè)設(shè)計(jì)與與施工工的指指南性性文件件。我國(guó)應(yīng)應(yīng)用土土釘?shù)牡氖桌こ坛淌?980年山西西柳灣灣煤礦礦的邊邊坡加加固。。土釘技技術(shù)的的發(fā)展展歷史史概述一般按按施工工方法法將土土釘分分為三三種類(lèi)類(lèi)型：：鉆孔注注漿型型，直直接打打入型型和打打入注注漿型型。鉆孔注注漿型型土釘釘：先在土土坡上上鉆的的孔，，然后后插入入鋼筋筋、鋼鋼桿或或鋼鉸鉸索等等小直直徑桿桿件，，再用用壓力力注漿漿充實(shí)實(shí)孔穴穴，形形成與與周?chē)鷩馏w體密實(shí)實(shí)粘合合的土土釘，，最后后與面面層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)成一一個(gè)具具有自自撐能能力且且能夠夠支擋擋其后后末加加固體體的加加筋域域。土釘?shù)牡念?lèi)型型概述打入型型土釘釘：將鋼桿桿件直直接打打入土土中。。其提提供的的摩阻阻力較較低，，因而而所要要求的的釘桿桿表面面積和和設(shè)置置密度度均需需大于于鉆孔孔注漿漿型土土釘，，其長(zhǎng)長(zhǎng)期防防腐工工作也也難以以保證證，因因而，，目前前多用用于臨臨時(shí)性性支擋擋工程程中。。打入注注漿型型：在鋼管管中部部及尾尾部設(shè)設(shè)置注注漿孔孔成為為鋼花花管，，直接接打入入土中中后壓壓灌水水泥漿漿形成成土釘釘。它它具有有直接接打入入土釘釘?shù)膬?yōu)優(yōu)點(diǎn)且且抗拔拔力較較高，，應(yīng)用用較為為廣泛泛，缺缺點(diǎn)是是造價(jià)價(jià)比鉆鉆孔注注漿土土釘略略高，，防腐腐性能能較差差不適適用于于永久久性工工程。。土釘機(jī)機(jī)（氣動(dòng)動(dòng)沖擊擊錨桿桿機(jī)））每步開(kāi)開(kāi)挖后后應(yīng)盡盡快在在開(kāi)挖挖面上上做好好支護(hù)護(hù)，可可以先先在開(kāi)開(kāi)挖面面上打打入短短鋼筋筋，控控上鋼鋼筋網(wǎng)網(wǎng)，然然后噴噴50mm~100mm厚面層層。土土釘支支護(hù)中中的面面層不不是主主要受受力部部件，，并不不需要要很厚厚，也也可以以用預(yù)制混混凝土土板拼起來(lái)來(lái)作為為面層層，在在塊狀狀巖體體或硬硬土中中甚至至可以以?xún)H設(shè)設(shè)焊接接網(wǎng)。。在穩(wěn)穩(wěn)定性性良好好的土土體中中也可可以先先設(shè)置置土釘釘，然然后做做噴混混凝土土面層層。土釘?shù)牡母綄賹俳Y(jié)構(gòu)構(gòu)概述面層排水系系統(tǒng)為了防防止地地表水水滲透透對(duì)噴噴混凝凝土面面層產(chǎn)產(chǎn)生壓壓力和和侵蝕蝕，防防止土土體因因飽和和而降降低其其強(qiáng)度度和土土釘之之間的的粘結(jié)結(jié)力，，土釘釘支護(hù)護(hù)必須須有良良好的的排水水系統(tǒng)統(tǒng)。能合理理利用用土體體的自自穩(wěn)能能力結(jié)構(gòu)輕輕型，，柔性性大，，有良良好的的抗震震性和和延性性，破破壞前前有變變形發(fā)發(fā)展過(guò)過(guò)程密封性性好，，完全全將土土坡表表面覆覆蓋，，沒(méi)有有裸露露土方方，防防止地地下水水滲出出，雨雨水滲滲入土釘數(shù)數(shù)量眾眾多靠靠群體體作用用，個(gè)個(gè)別土土釘破破壞影影響不不大施工所所需場(chǎng)場(chǎng)地小小，移移動(dòng)靈靈活施工速速度快快施工設(shè)設(shè)備及及工藝藝簡(jiǎn)單單，不不需要要復(fù)雜雜的技技術(shù)和和大型型機(jī)具具，施施工對(duì)對(duì)周?chē)鷩h(huán)境境干擾擾小孔徑小，與與樁相比，，穿透卵石石、漂石及及填石能力力更強(qiáng)邊開(kāi)挖邊支支護(hù)便于信信息化施工工材料用量及及工程量少少，便于信信息化施工工土釘墻的特特點(diǎn)概述土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿桿土釘墻+隔水帷幕土釘墻+微型樁土釘墻+隔水帷幕+預(yù)應(yīng)力錨桿桿土釘墻+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿桿土釘墻+攪拌樁+微型樁土釘墻+隔水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿桿復(fù)合土釘墻墻概述類(lèi)型與普通土釘釘墻相比對(duì)土層的適適用性更廣廣、更強(qiáng)，，幾乎可適適用于各種種土層整體穩(wěn)定性性、抗隆起起及抗?jié)B穩(wěn)穩(wěn)定性更高高增加了支護(hù)護(hù)深度有效控制水水平變形保持了土釘釘墻造價(jià)低低、工期快快、施工方方便、設(shè)備備簡(jiǎn)單等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)復(fù)合土釘墻墻概述特點(diǎn)土釘與錨桿桿的比較概述錨桿土釘拉力分布自由段不與土接觸，拉力從自由端交界處向尾端單調(diào)遞減拉力沿全場(chǎng)分布，中間大兩端小對(duì)土體的約束機(jī)制通常施加預(yù)應(yīng)力，主動(dòng)約束擋土結(jié)構(gòu)變形需借助土體變形，是被動(dòng)受力密度及施工要求密度小，每根都是重要部件密度大，允許個(gè)別破壞設(shè)計(jì)承載力與錨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力較大，錨頭構(gòu)造復(fù)雜設(shè)計(jì)承載力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單施工規(guī)模長(zhǎng)度一般不小于15m，直徑不小于130mm，施工機(jī)械設(shè)備大長(zhǎng)度小，直徑小，設(shè)備簡(jiǎn)單擋土墻機(jī)理視主動(dòng)區(qū)土體為荷載，通過(guò)錨桿傳遞至穩(wěn)定區(qū)通過(guò)加筋將最危險(xiǎn)滑動(dòng)面主動(dòng)區(qū)的土體改良為復(fù)合土體，將復(fù)合土體的荷載傳遞至滑移面后施工順序自上而下或自下而上自上而下注漿工藝通常在錨固段二次注漿，高壓注漿重力一次注漿墻底壓力擋墻下設(shè)置基礎(chǔ)垂直分力小筋桿長(zhǎng)度長(zhǎng)短重力式擋土土墻及加筋筋土擋墻均均先構(gòu)筑擋擋土墻后開(kāi)開(kāi)挖，土釘釘墻先開(kāi)挖挖后筑墻重力式擋墻墻一般視為為剛性墻，，土釘墻是是柔性復(fù)合合結(jié)構(gòu)重力式擋墻墻墻趾壓力力較大會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致沉降或或傾覆，而而土釘墻墻墻趾壓力較較天然土沒(méi)沒(méi)有顯著增增加土釘與重力力式擋墻的的比較概述理論上土釘釘密集到一一定程度就就會(huì)形成墻墻，達(dá)到重重力式擋墻墻的效果，，但實(shí)際上上，實(shí)踐工工程中，土土釘無(wú)法達(dá)達(dá)到這個(gè)密密集程度。。含水豐富的的粉細(xì)砂、、中細(xì)砂、、中粗砂、、礫砂及卵卵石層過(guò)于干燥的的砂層、相相對(duì)密度較較小的均勻勻度較好的的砂層淤泥質(zhì)土、、淤泥等軟軟弱土層膨脹土強(qiáng)度過(guò)于低低的土對(duì)變形嚴(yán)格格要求的基基坑較深的基坑坑地基靈敏度度較高的土土層對(duì)用地紅線線有嚴(yán)格要要求的基坑坑土釘墻適用用條件概述地下水位以以上或經(jīng)人人工降水后后的人工填填土、粘性性土和弱膠膠結(jié)砂土。。不適合淤泥質(zhì)土、、淤泥等軟軟弱土層太太深厚時(shí)超過(guò)20m的基坑對(duì)變形嚴(yán)格格要求的基基坑地基靈敏度度較高的土土層對(duì)用地紅線線有嚴(yán)格要要求的基坑坑復(fù)合土釘墻墻適用條件件概述不適合土釘?shù)墓ぷ髯鳈C(jī)理及工工作特性土釘置入現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)土體后后，如果土土體不變形形，土釘就就不會(huì)受力力。隨著往往下開(kāi)挖或或地表上施施加荷載，，土體發(fā)生生變形，于于是通過(guò)土土體與土釘釘或土體與與鉆孔注漿漿之間的界界面作用使使土釘參與與工作。試試驗(yàn)表明，，土體只要要微小的變變形就可使使土釘受力力。土釘在支護(hù)護(hù)中所起的的作用顯然然與土體變變形的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方向有關(guān)關(guān)。為能充充分發(fā)揮土土釘?shù)淖饔糜?，土釘?shù)牡脑O(shè)置方向向宜與土體體可能發(fā)生生的剪切滑滑移面成某某一角度，，使土釘受受拉并能充充分提高土土體的抗剪剪強(qiáng)度；如如果土釘方方向與土體體剪切滑移移面之間的的角度使土土釘受壓，，此時(shí)甚至至?xí)档屯镣馏w的抗剪剪強(qiáng)度。土釘墻的工工作機(jī)理土釘?shù)墓ぷ髯鳈C(jī)理及工工作特性1、箍束骨架作作用：制約土體變變形，并使使復(fù)合土體體構(gòu)成一個(gè)個(gè)整體。2、分擔(dān)作用：：由于土釘有有較高的抗抗拉、抗剪剪強(qiáng)度以及及土體無(wú)法法比擬的抗抗彎剛度，，當(dāng)土體進(jìn)進(jìn)入塑性狀狀態(tài)后，應(yīng)應(yīng)力逐漸向向土釘轉(zhuǎn)移移。當(dāng)土體體開(kāi)裂時(shí)，，土釘分擔(dān)擔(dān)作用更加加突出，這這時(shí)土釘內(nèi)內(nèi)部出現(xiàn)彎彎剪、拉剪剪等復(fù)合應(yīng)應(yīng)力，從而而導(dǎo)致土釘釘體中漿體體碎裂，鋼鋼筋屈服。。3、應(yīng)力傳遞與與擴(kuò)散作用用：在同等荷載載作用下，，由土釘加加固的土體體內(nèi)的應(yīng)力力水平比素素土邊坡土土體內(nèi)的應(yīng)應(yīng)力水平大大大降低，，從而推遲遲了開(kāi)裂的的形成和發(fā)發(fā)展。4、坡面變形的的約束作用用：坡面鼓脹變變形是開(kāi)挖挖卸荷、土土體側(cè)向變變位以及塑塑性變形和和開(kāi)裂發(fā)展展的必然結(jié)結(jié)果，面層層對(duì)此有很很好的約束束作用。土釘墻的工工作機(jī)理設(shè)計(jì)參數(shù)土釘墻的幾幾何形狀和和尺寸土釘?shù)膸缀魏螀?shù)土釘?shù)目拱伟瘟U體注漿面層連接件防排水系統(tǒng)統(tǒng)隔水帷幕錨桿微型樁土釘墻及復(fù)復(fù)合土釘墻墻的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)及及一般設(shè)計(jì)計(jì)原則土釘墻的幾幾何形狀和和尺寸土釘墻及復(fù)復(fù)合土釘墻墻的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算確定平面尺尺寸時(shí)要考考慮到樁基基礎(chǔ)形式及及施工工藝藝，，為為樁基施工工留出足夠夠的工作面面土釘墻高度度由開(kāi)挖深深度決定應(yīng)盡可能采采用較緩的的坡率以提提高安全性性及節(jié)約工工程造價(jià)，，土釘墻墻的坡比不不宜大于1：0.2有條件應(yīng)考考慮分級(jí)放放坡應(yīng)盡量避免免尖銳的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角及減少少拐點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)及及一般設(shè)計(jì)計(jì)原則土釘?shù)膸缀魏螀?shù)土釘墻及復(fù)復(fù)合土釘墻墻的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算直徑鉆孔注漿型型土釘直徑徑d一般根據(jù)成成孔方法確確定?？讖綇皆酱?，越越有助于提提高土釘?shù)牡目拱瘟?，，增加結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)定性性，但是，，施工成本本也會(huì)相應(yīng)應(yīng)增加長(zhǎng)度土釘越長(zhǎng)，，抗拔力越越高，基坑坑位移越小小，穩(wěn)定性性越好，當(dāng)當(dāng)土釘達(dá)到到臨界長(zhǎng)度度lcr（非軟土中中一般為1.0~1.2倍的基坑開(kāi)開(kāi)挖深度））后，再加加長(zhǎng)對(duì)承載載力的提高高并不明顯顯，土釘越越長(zhǎng)，施工工難度越大大，效率越越低，單位位長(zhǎng)度的工工程造價(jià)越越高間距（包包括水平平間距sx和豎向間間距sz）密度越大大基坑穩(wěn)穩(wěn)定性越越好，土土釘越長(zhǎng)長(zhǎng)，土釘釘密度越越小，一一方面排排距因受受到開(kāi)挖挖面臨界界自穩(wěn)高高度的限限制不能能過(guò)大，，土釘間間距過(guò)小小可能會(huì)會(huì)因群釘釘效應(yīng)降降低單根根土釘?shù)牡墓π?，，故縱橫橫間距要要適合設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)及一般般設(shè)計(jì)原原則土釘?shù)膸讕缀螀?shù)數(shù)土釘墻及及復(fù)合土土釘墻的的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算傾角理想狀態(tài)態(tài)下土釘釘軸線應(yīng)應(yīng)與破裂裂面垂直直，以便便能充分分發(fā)揮土土釘提供供的抗力力。鉆孔孔注漿型型土釘?shù)牡膬A角以以15°~20°°效果最好好。鋼管管土釘?shù)牡淖罴褍A傾角為10°~15°°空間布置置①最上一一排土釘釘與地表表的距離離（0.5~2m）②最下一一排土釘釘距坑底底位置（（2/3排距>距離>0.5m）③同一排排土釘一一般在同同一標(biāo)高高上布置置④在深度度方向上上，土釘釘?shù)牟贾弥眯问酱蟠篌w有上上下等長(zhǎng)長(zhǎng)、上短短下長(zhǎng)、、上長(zhǎng)下下短、中中部長(zhǎng)兩兩頭短、、長(zhǎng)短相相間5種設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)及一般般設(shè)計(jì)原原則土釘?shù)目箍拱瘟ν玲攭凹皬?fù)合土土釘墻的的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算破壞模式式①土釘整整條從土土層中拔拔出（抗抗拔強(qiáng)度度破壞））②筋體在在破裂面面附近拉拉剪斷裂裂（抗拉拉強(qiáng)度破破壞）③筋體從從注漿體體中拔出出（筋體體抗拔強(qiáng)強(qiáng)度破壞壞）④面層與與土釘脫脫落（釘釘頭強(qiáng)度度破壞））計(jì)算方法法設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)及一般般設(shè)計(jì)原原則桿體土釘墻及及復(fù)合土土釘墻的的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算dN/dl=πτd土釘內(nèi)力力沿土釘釘全長(zhǎng)分分布（a)粘粘結(jié)應(yīng)力力；（b）拉力力設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)及一般般設(shè)計(jì)原原則注漿土釘墻及及復(fù)合土土釘墻的的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算土釘一般般采用一一次注漿漿。采用用二次及及多次注注漿可明明顯提高高土釘?shù)牡目拱瘟α?，但是是，也提提高了工工程造價(jià)價(jià)。鉆孔注漿漿土釘通通常采用用重力式式注漿，，注漿量量較小，，可根據(jù)據(jù)孔徑計(jì)計(jì)算出來(lái)來(lái)，水泥泥用量一一般10~20kg/m。打入鋼管管注漿釘釘需要較較高的注注漿壓力力才可將將漿液注注入土中中，開(kāi)孔孔壓力可可達(dá)2.0MPa。灌入水水泥量一一般要求求不小于于15kg/m。面層面層太厚厚固然用用處不大大，太薄薄也不合合適，應(yīng)應(yīng)能覆蓋蓋住鋼筋筋網(wǎng)片及及連接件件。一般般臨時(shí)性性工程50~150mm，永久性性工程120~300mm?；炷镣恋脑O(shè)計(jì)計(jì)強(qiáng)度，，按構(gòu)造造即可，，一般為為C15~C25。設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則連接件土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算土釘（錨索））與面層連接接構(gòu)造圖（a)螺母墊墊板連接；（（b）L筋連連接；（c））角鋼連接；；（d）錨索索與噴射混凝凝土腰梁、面面層連接設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則穩(wěn)定性性計(jì)算算土釘墻墻及復(fù)復(fù)合土土釘墻墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參參數(shù)及及一般般設(shè)計(jì)計(jì)原則則土釘抗抗力計(jì)計(jì)算土釘墻墻及復(fù)復(fù)合土土釘墻墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算土釘墻墻施工工流程程土釘墻墻施工工質(zhì)量量控制制開(kāi)挖工工作面面→修修整坡坡面→→噴射射第一一層混混凝土土→土土釘定定位→→鉆孔孔