修改第8講-土釘墻

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005mulinlong@第八講土釘墻概述土釘?shù)墓ぷ鳈C(jī)理及工作特性土釘墻及復(fù)合土釘墻的設(shè)計(jì)計(jì)算土釘墻施工質(zhì)量控制土釘墻案例鋼板樁加土釘圍護(hù)結(jié)構(gòu)土釘（錨管）申德公寓基坑土釘及噴射混凝土面層申德公寓基坑土釘及噴射混凝土面層土釘墻剖面1—噴射混凝土面層；2—土釘

土釘是土體中原位加筋技術(shù)的一種，是由水平或近于水平設(shè)置于天然邊坡或開挖形成的邊坡中的加筋桿件及面層結(jié)構(gòu)形成的擋土體系，用以改善原位土體的性能，并與原位土體共同工作，形成一重力式擋墻作用的輕型支擋結(jié)構(gòu)，從而提高整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性。土釘墻的概念定義組成構(gòu)件土釘粘附于土體表面的鋼筋混凝土面層土釘之間的被加固土體概述土釘技術(shù)的發(fā)展歷史1972年，法國承包商Bouygues在法國Versai11es附近的一處鐵路邊坡開挖工程中，采用了噴混凝土并在土體中置入鋼筋(土釘)作為臨時(shí)支護(hù)，開挖的邊坡坡度為70o，長965m，最大坡高21.6m，共用了25000多根鋼筋。這是有著詳細(xì)記載的第一個(gè)土釘工程。概述廣泛應(yīng)用土釘支護(hù)僅次于法國的是德國，到1981年西德已成功完成了20個(gè)以上的土釘支護(hù)工程項(xiàng)目，1986年發(fā)表的一份報(bào)告估計(jì)，當(dāng)時(shí)西德每年進(jìn)行的土釘支護(hù)工程約為法國的1/4。美國最早記載土釘支護(hù)的應(yīng)用是1976年在Oregon州波特蘭市一所醫(yī)院(GoodSamaritanHospital)擴(kuò)建工程中的基礎(chǔ)開挖。但在北美、加拿大的西部地區(qū)早在60年代末期已經(jīng)用過土釘作為房屋基礎(chǔ)開挖的臨時(shí)支護(hù)。美國另一項(xiàng)有名的土釘支護(hù)工程是匹次堡PPG工業(yè)總部的深基開挖，與其緊挨的有已建建筑物，所以開挖時(shí)對土層作了注漿處理，并且對土釘區(qū)內(nèi)的已有房屋基礎(chǔ)用微型樁(micropiles)作了托換。美國聯(lián)邦公路管理局現(xiàn)在已有土釘支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)與施工的指南性文件。我國應(yīng)用土釘?shù)氖桌こ淌?980年山西柳灣煤礦的邊坡加固。土釘技術(shù)的發(fā)展歷史概述一般按施工方方法將土釘分分為三種類型型：鉆孔注漿型，，直接打入型型和打入注漿漿型。鉆孔注漿型土土釘：先在土坡上鉆鉆的孔，然后后插入鋼筋、、鋼桿或鋼鉸鉸索等小直徑徑桿件，再用用壓力注漿充充實(shí)孔穴，形形成與周圍土土體密實(shí)粘合合的土釘，最最后與面層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)個(gè)具有自撐能能力且能夠支支擋其后末加加固體的加筋筋域。土釘?shù)念愋透攀龃蛉胄屯玲敚海簩摋U件直接接打入土中。。其提供的摩摩阻力較低，，因而所要求求的釘桿表面面積和設(shè)置密密度均需大于于鉆孔注漿型型土釘，其長長期防腐工作作也難以保證證，因而，目目前多用于臨臨時(shí)性支擋工工程中。打入注漿型：：在鋼管中部及及尾部設(shè)置注注漿孔成為鋼鋼花管，直接接打入土中后后壓灌水泥漿漿形成土釘。。它具有直接接打入土釘?shù)牡膬?yōu)點(diǎn)且抗拔拔力較高，應(yīng)應(yīng)用較為廣泛泛，缺點(diǎn)是造造價(jià)比鉆孔注注漿土釘略高高，防腐性能能較差不適用用于永久性工工程。土釘機(jī)（氣動(dòng)沖擊錨錨桿機(jī)）每步開挖后應(yīng)應(yīng)盡快在開挖挖面上做好支支護(hù)，可以先先在開挖面上上打入短鋼筋筋，控上鋼筋筋網(wǎng)，然后噴噴50mm~100mm厚面層。土釘釘支護(hù)中的面面層不是主要要受力部件，，并不需要很很厚，也可以以用預(yù)制混凝土板板拼起來作為面面層，在塊狀狀巖體或硬土土中甚至可以以僅設(shè)焊接網(wǎng)網(wǎng)。在穩(wěn)定性性良好的土體體中也可以先先設(shè)置土釘，，然后做噴混混凝土面層。。土釘?shù)母綄俳Y(jié)結(jié)構(gòu)概述面層排水系統(tǒng)為了防止地表表水滲透對噴噴混凝土面層層產(chǎn)生壓力和和侵蝕，防止止土體因飽和和而降低其強(qiáng)強(qiáng)度和土釘之之間的粘結(jié)力力，土釘支護(hù)護(hù)必須有良好好的排水系統(tǒng)統(tǒng)。能合理利用用土體的自自穩(wěn)能力結(jié)構(gòu)輕型，，柔性大，，有良好的的抗震性和和延性，破破壞前有變變形發(fā)展過過程密封性好，，完全將土土坡表面覆覆蓋，沒有有裸露土方方，防止地地下水滲出出，雨水滲滲入土釘數(shù)量眾眾多靠群體體作用，個(gè)個(gè)別土釘破破壞影響不不大施工所需場場地小，移移動(dòng)靈活施工速度快快施工設(shè)備及及工藝簡單單，不需要要復(fù)雜的技技術(shù)和大型型機(jī)具，施施工對周圍圍環(huán)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)合土釘墻墻概述類型與普通土釘釘墻相比對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)遞減拉力沿全場分布，中間大兩端小對土體的約束機(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)簡單施工規(guī)模長度一般不小于15m，直徑不小于130mm，施工機(jī)械設(shè)備大長度小，直徑小，設(shè)備簡單擋土墻機(jī)理視主動(dòng)區(qū)土體為荷載，通過錨桿傳遞至穩(wěn)定區(qū)通過加筋將最危險(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)垂直分力小筋桿長度長短重力式擋土土墻及加筋筋土擋墻均均先構(gòu)筑擋擋土墻后開開挖，土釘釘墻先開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沒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、、礫砂及卵卵石層過于干燥的的砂層、相相對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)度過于低低的土對變形嚴(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20m的基坑對變形嚴(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。隨著往往下開挖或或地表上施施加荷載，，土體發(fā)生生變形，于于是通過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、箍束骨架作用用：制約土體變形形，并使復(fù)合合土體構(gòu)成一一個(gè)整體。2、分擔(dān)作用：由于土釘有較較高的抗拉、、抗剪強(qiáng)度以以及土體無法法比擬的抗彎彎剛度，當(dāng)土土體進(jìn)入塑性性狀態(tài)后，應(yīng)應(yīng)力逐漸向土土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)當(dāng)土體開裂時(shí)時(shí)，土釘分擔(dān)擔(dān)作用更加突突出，這時(shí)土土釘內(nèi)部出現(xiàn)現(xiàn)彎剪、拉剪剪等復(fù)合應(yīng)力力，從而導(dǎo)致致土釘體中漿漿體碎裂，鋼鋼筋屈服。3、應(yīng)力傳遞與擴(kuò)擴(kuò)散作用：在同等荷載作作用下，由土土釘加固的土土體內(nèi)的應(yīng)力力水平比素土土邊坡土體內(nèi)內(nèi)的應(yīng)力水平平大大降低，，從而推遲了了開裂的形成成和發(fā)展。4、坡面變形的約約束作用：坡面鼓脹變形形是開挖卸荷荷、土體側(cè)向向變位以及塑塑性變形和開開裂發(fā)展的必必然結(jié)果，面面層對此有很很好的約束作作用。土釘墻的工作作機(jī)理設(shè)計(jì)參數(shù)土釘墻的幾何何形狀和尺寸寸土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘?shù)目拱瘟αU體注漿面層連接件防排水系統(tǒng)隔水帷幕錨桿微型樁土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則土釘墻的幾何何形狀和尺寸寸土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算確定平面尺寸寸時(shí)要考慮到到樁基礎(chǔ)形式式及施工工藝藝，，為樁樁基施工留出出足夠的工作作面土釘墻高度由由開挖深度決決定應(yīng)盡可能采用用較緩的坡率率以提高安全全性及節(jié)約工工程造價(jià)，土土釘墻的坡坡比不宜大于于1：0.2有條件應(yīng)考慮慮分級放坡應(yīng)盡量避免尖尖銳的轉(zhuǎn)角及及減少拐點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算直徑鉆孔注漿型土土釘直徑d一般根據(jù)成孔孔方法確定。?？讖皆酱?，，越有助于提提高土釘?shù)目箍拱瘟?，增加加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定性，但是，，施工成本也也會(huì)相應(yīng)增加加長度土釘越長，抗抗拔力越高，，基坑位移越越小，穩(wěn)定性性越好，當(dāng)土土釘達(dá)到臨界界長度lcr（非軟土中一一般為1.0~1.2倍的基坑開挖挖深度）后，，再加長對承承載力的提高高并不明顯，，土釘越長，，施工難度越越大，效率越越低，單位長長度的工程造造價(jià)越高間距（包括水水平間距sx和豎向間距sz）密度越大基坑坑穩(wěn)定性越好好，土釘越長長，土釘密度度越小，一方方面排距因受受到開挖面臨臨界自穩(wěn)高度度的限制不能能過大，土釘釘間距過小可可能會(huì)因群釘釘效應(yīng)降低單單根土釘?shù)墓πВ士v橫橫間距要適合合設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則土釘?shù)膸缀螀?shù)土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算傾角理想狀態(tài)下土土釘軸線應(yīng)與與破裂面垂直直，以便能充充分發(fā)揮土釘釘提供的抗力力。鉆孔注漿漿型土釘?shù)膬A傾角以15°~20°效果最好。鋼鋼管土釘?shù)淖钭罴褍A角為10°~15°空間布置①最上一排土土釘與地表的的距離（0.5~2m）②最下一排土土釘距坑底位位置（2/3排距>距離>0.5m）③同一排土釘釘一般在同一一標(biāo)高上布置置④在深度方向向上，土釘?shù)牡牟贾眯问酱蟠篌w有上下等等長、上短下下長、上長下下短、中部長長兩頭短、長長短相間5種設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則土釘?shù)目拱瘟αν玲攭皬?fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算破壞模式①土釘整條從從土層中拔出出（抗拔強(qiáng)度度破壞）②筋體在破裂裂面附近拉剪剪斷裂（抗拉拉強(qiáng)度破壞））③筋體從注漿漿體中拔出（（筋體抗拔強(qiáng)強(qiáng)度破壞）④面層與土釘釘脫落（釘頭頭強(qiáng)度破壞））計(jì)算方法設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則桿體土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算dN/dl=πτd土釘內(nèi)力沿土土釘全長分布布（a)粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力；（b））拉力設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則注漿土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算土釘一般采用用一次注漿。。采用二次及及多次注漿可可明顯提高土土釘?shù)目拱瘟αΓ?，也也提高了工程程造價(jià)。鉆孔注漿土釘釘通常采用重重力式注漿，，注漿量較小小，可根據(jù)孔孔徑計(jì)算出來來，水泥用量量一般10~20kg/m。打入鋼管注漿漿釘需要較高高的注漿壓力力才可將漿液液注入土中，，開孔壓力可可達(dá)2.0MPa。灌入水泥量量一般要求不不小于15kg/m。面層面層太厚固然然用處不大，，太薄也不合合適，應(yīng)能覆覆蓋住鋼筋網(wǎng)網(wǎng)片及連接件件。一般臨時(shí)時(shí)性工程50~150mm，永久性工程程120~300mm?；炷恋脑O(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，按按構(gòu)造即可，，一般為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)定性計(jì)算土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)及一一般設(shè)計(jì)原則則土釘抗力計(jì)算算土釘墻及復(fù)合合土釘墻的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算土釘墻施工