土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍與優(yōu)缺點(diǎn)土釘墻是由被加厚土體、錨固于土體中的土釘群和面板組成，形成類似重力式的地基，以此來抵擋墻后傳來的土壓力或其他鹽附加荷載，從而繼續(xù)保持土體的穩(wěn)定。一、 土釘明定的適用土層及可行性評價(jià)土釘支護(hù)適用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黃土及雜填土，當(dāng)場地同時(shí)存在砂、粘土和不同敏感度風(fēng)化程度的巖體時(shí)，應(yīng)用土釘支護(hù)特別有利。應(yīng)用土釘支護(hù)時(shí)，地下水位應(yīng)超出土坡開挖段，否則應(yīng)采用降雨措施。對粘結(jié)力很差或處栽軟塑狀態(tài)的土體，在分步開按挖的短時(shí)間內(nèi)也難以能保持十體穩(wěn)定，需對開挖面以上十體預(yù)先注漿加固后才能采用土釘支護(hù)。對標(biāo)貫擊數(shù)低于10的砂土邊坡，采用土釘法采行一般是未必經(jīng)濟(jì)的;對不均勻系數(shù)小于2的級配不良的砂土，不能采用土釘支護(hù);對塑性指數(shù)I，>20的土，必須詳細(xì)評價(jià)其端變特性，當(dāng)蠕變性很小時(shí)，才能才能將土釘用作永久性井筒。土釘不適應(yīng)在劇毒土（如煤渣，煤灰、礦渣、爐渣）中所作為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。土釘支護(hù)深度一般不宜多達(dá)12m，當(dāng)場地土層其次好時(shí)，可放寬到14?16m。襯砌當(dāng)基坑周圍有重要建筑物且建筑物距基坑距離在一倍坑深范圍內(nèi)，而后或?qū)幼冃斡袊?yán)格要求之時(shí)，不宜采用土釘支護(hù)。二、 土釘支護(hù)的應(yīng)用范圍與不足之處土釘鋼管的應(yīng)用范圍很廣，主要有;土體開鑿時(shí)的臨時(shí)支護(hù)、永久擋土結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有擋土常規(guī)結(jié)構(gòu)和支護(hù)的修理、改建與搶險(xiǎn)修復(fù)等。土釘支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)（1） 材料用量和工程量少，施工速度快。土釘支護(hù)將土體作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，土方開挖量、混凝土用量、鋼筋用量較少，遠(yuǎn)低于樁、墻支護(hù)。土釘支護(hù)的施工速度比其他支護(hù)快得多，有的甚至可將工期縮短一半左右以上。（2） 施工設(shè)備輕便、操作方法簡單。土釘?shù)闹谱髋c成孔不需要復(fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)械設(shè)備，施工方法比較靈活，施工時(shí)對環(huán)境的干撓時(shí)候也很小。國內(nèi)土釘工程用洛陽鏟成孔，取得了很好的效果。（3） 對場地土層的移動(dòng)性較強(qiáng)。（4） 結(jié)構(gòu)輕巧、柔性大，有良好的抗震性能和延性。土釘屬柔性支護(hù)，自重小，不是需作專門的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并具備良好極好的抗震及抗振動(dòng)能力。土釘支護(hù)即使破壞，一般也不至于徹底倒塌，并且有一個(gè)變形健康發(fā)展過程，反映出良好的延性。圖5-90示出了土釘墻與素土邊坡破壞比較。（5） 安全可靠。土釘支護(hù)施工和新奧法施工一樣，邊開挖邊支護(hù)，噴射混凝土和土體開挖面緊密接觸，土體受到的振蕩很少。雖然十釘需要土體后后發(fā)生變形以后才能工作，但現(xiàn)場實(shí)測表明，土支護(hù)的位移量與其他支護(hù)方法相當(dāng)。眾多的土釘多起到群體調(diào)節(jié)作用，個(gè)別土釘失效對整體影響不大。土釘技術(shù)有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，即可以根據(jù)現(xiàn)場開挖發(fā)現(xiàn)的土質(zhì)情況和現(xiàn)場監(jiān)測的土體變形數(shù)據(jù)資料，修正土釘間距和長度。如果出現(xiàn)不利情形，也能適時(shí)采取措施加固，避免出現(xiàn)大的的事故。在信息化施工前提下讓，應(yīng)比其他支護(hù)施工有更高的安全程度。土釘支護(hù)的用處和局限性（1）需要較大的地下空間?，F(xiàn)場需提供設(shè)置土釘?shù)叵陆值牡叵驴臻g，當(dāng)基坑附近有地下管線或建筑物基礎(chǔ)時(shí)，彼此間則在施工時(shí)有相互干擾的可能。（2） 土釘支護(hù)的變形較大。土釘屬柔性支護(hù)，其變形大于預(yù)應(yīng)力錨撐式支護(hù)，當(dāng)對基坑變形要求嚴(yán)格時(shí)，不宜采用土釘支護(hù)。（3） 土釘不適宜在軟土及軟土松散砂土地層中應(yīng)用。（4） 十釘安護(hù)如果作為永久性結(jié)構(gòu)，需要專門需要考慮減震銹蝕等耐久性問題。在無特殊侵蝕作用的土體中，解決這一風(fēng)險(xiǎn)問題并不復(fù)雜。三、土釘與錨桿、加筋土及抗滑樁支護(hù)分析方法的比較土釘與錨桿比較，其工作機(jī)理不同、如圖5-91示。錨桿一般施加預(yù)應(yīng)力，在碰觸其末段的錨固段內(nèi)作為受力段與外面土體接觸，提供錨固力。除錨固段外，錨桿沿通長受到同樣大小的拉力，并泥通過錨座推送到面部的擋土構(gòu)件（如墻和樁）上。土釘一般不加預(yù)應(yīng)力略德或加很小的預(yù)應(yīng)力，土釘只有在土體頻發(fā)發(fā)生變形以后才能被動(dòng)受力，土釘受力沿其長度是不均勻的，一般是中間大，兩頭小，并且在主動(dòng)區(qū)內(nèi)和抗力區(qū)內(nèi)土釘受力疊加后使土釘自身趨于力平衡狀態(tài)，因此土釘支護(hù)中的混凝土面層不屬于中其主要受力部件，它積極作用的多半作用是穩(wěn)定開挖面上的局部土體，防止其塌落和受到侵蝕。另外，新設(shè)錨桿的設(shè)置數(shù)量不亞于土釘，土釘依靠群體起作用，在施工精度和質(zhì)量要求上沒有錨桿那樣嚴(yán)格。土釘支護(hù)屬于土體加筋技術(shù)中的一種，其形式與加筋擋土墻非常類似，但土釘是從上到下分段邊挖土邊支護(hù)，而加筋土則與之相反，從下而上以分層施工，因此二者受力狀態(tài)位移相差很大。再者加筋桿件一般水平設(shè)置，而土釘水平面則與水平面有多少夾角。邊長抗滑樁直徑一般遠(yuǎn)大于土釘，因而起抗斜擋土作用，只要抗滑樁不夠被剪斷，就能維持土坡的穩(wěn)定，抗滑樁主要發(fā)揮抗剪作用。而土釘直徑較小，起不到擋土作用，土體破壞時(shí)可繞過越過土釘繼續(xù)滑動(dòng)，而土釘則不需被剪斷，土釘只要不被吐出拔出就能繼續(xù)在工作中，因而土釘主要發(fā)揮抗拉作用。四、土釘?shù)墓ぷ鳈C(jī)理土體的抗剪強(qiáng)度較低，抗拉強(qiáng)度幾乎可以忽略，但土體是一種結(jié)構(gòu)體，具有一定的適應(yīng)性不具和自穩(wěn)能力。如基坑開挖時(shí)，存在著使邊坡保持良好直立的臨界高度，當(dāng)土坡直立高度坡頂臨界值或已經(jīng)超過荷載較大及其它環(huán)境因素發(fā)生變化時(shí)，將引起土坡的失穩(wěn)。一般支護(hù)結(jié)構(gòu)，如樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)中，屬于被動(dòng)制約協(xié)調(diào)機(jī)制，即以支擋結(jié)構(gòu)承受側(cè)壓力并限制抖動(dòng)其變形發(fā)展。土釘則架設(shè)是在土體內(nèi)設(shè)置一定長度與分布密度的鋼筋，與土共同工作，以不足挽回十體自身強(qiáng)度的不足，增強(qiáng)土坡沖點(diǎn)自身的穩(wěn)定性，屬于主動(dòng)制約支擋評價(jià)體系。如圖5-92示，邊坡釋放出開挖卸荷產(chǎn)生不平衡力，使土體承受的剪應(yīng)力增大，路基土體產(chǎn)生側(cè)向位移，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到土體抗剪強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生塑性區(qū)，塑性區(qū)蓬勃發(fā)展形成連續(xù)滑裂而時(shí)，則土體下滑，失穩(wěn)破壞。防止土體坍塌破壞的傳統(tǒng)方法是用擋土結(jié)構(gòu)支形態(tài)護(hù)法（圖5-93），依靠擋土結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度、剛度、支撐及嵌入深度形成抗力維持穩(wěn)定，其作用是利用外部支擋形成的邊界層被動(dòng)逐步形成地支擋要下滑破壞的邊坡土體，可稱之為被動(dòng)制約機(jī)制。圖5-94示出了主動(dòng)制約機(jī)制與約束被動(dòng)制約機(jī)制的作用原理。被動(dòng)制約提供了側(cè)向平衡力，使摩爾應(yīng)力圓右移，減少了土體中的紊流，但并未或使土體強(qiáng)度提高，破壞域并不能上移。協(xié)調(diào)機(jī)制被動(dòng)制約機(jī)制最急迫的一面是：由于施加側(cè)向抗力，限制土體的變形，實(shí)際主動(dòng)土壓力介干靜止土壓力和朗金（庫侖）主動(dòng)土壓力之間，使作用在結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)力矩內(nèi)部結(jié)構(gòu)增大。主動(dòng)制約機(jī)制一方面使摩爾應(yīng)力圓右移，減少了土體面對的剪應(yīng)力;另一方面土，與土釘組成的復(fù)合土體使土體而令強(qiáng)度提高，使彈性域增大，破壞域上移，并隨著土體位移的增大，土釘發(fā)揮的作用越大。土與土釘協(xié)調(diào)積極作用，利用復(fù)合土體自身的整體速率與剛度，通過改善并形變調(diào)整其應(yīng)力分布，達(dá)到安全穩(wěn)定的目的。試驗(yàn)表，采用十釘后的比天然土坡的承載力提高一倍以上。采用土釘支護(hù)后邊坡的變形發(fā)展發(fā)展階段有;①彈性變形階段;②)塑性變形階段;③漸進(jìn)開裂變形階段;④破壞階段，而天然邊坡變形發(fā)展則不經(jīng)過漸進(jìn)開裂變形階段，直接由塑性變形(塑性變形階段較短)進(jìn)入破壞階段，其失穩(wěn)型態(tài)為突發(fā)性滑塌。綜上所述，土釘墻的作用機(jī)理有其一：復(fù)合土體作用。土釘與土共同積極作用，共同承擔(dān)外荷載和土體自重應(yīng)力，形成了強(qiáng)度較高的復(fù)合土體。由于土釘有較高的抗彎、抗剪、抗拉強(qiáng)度，當(dāng)土體變形進(jìn)入塑性變形階段后，確定土釘?shù)闹睆?、長度、傾角及在空間的方向；確定土釘鋼架的類型、直徑和構(gòu)造；注漿配比、注漿方式設(shè)計(jì)；混凝土面板設(shè)計(jì)及坡頂防護(hù)設(shè)計(jì)；進(jìn)行整體和內(nèi)部穩(wěn)定性分析；施工圖設(shè)計(jì)；監(jiān)測、質(zhì)量控制與保證設(shè)計(jì)。七、土釘墻的設(shè)計(jì)操作步驟根據(jù)土釘墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，具體設(shè)計(jì)步驟為：根據(jù)邊坡高度、土質(zhì)條件及工程性質(zhì)，初步確定土釘墻的結(jié)構(gòu)尺寸，土釘布置方式和間距，分段開挖深度。根據(jù)現(xiàn)場抗拔試驗(yàn)結(jié)果、土壓力分布、土抗剪參數(shù)，并結(jié)合已往經(jīng)驗(yàn)，確定土釘類型尺寸、土釘直徑和長度。進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定性分析，主要包括不同開挖階段、不同位置處沿最危險(xiǎn)破裂面的破壞、土釘本身的強(qiáng)度破壞，拔出破壞以及噴射混凝土面板的破壞等，如圖5-95示，應(yīng)驗(yàn)算：①開挖階段不同開挖階段的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面計(jì)算;②轉(zhuǎn)動(dòng)使用階段不同位置的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面驗(yàn)算;③雙折線型彎曲驗(yàn)算;④沿軟弱基巖的破壞驗(yàn)算;⑤土釘本身的強(qiáng)度驗(yàn)算（抗拔出驗(yàn)算）；⑥）噴射混凝土面板強(qiáng)度驗(yàn)算。（4） 進(jìn)行外部穩(wěn)定性驗(yàn)算。把土釘墻視為檔墻體，進(jìn)行抗滑、抗傾、底部地基承載力驗(yàn)算，如圖5.96示。（5） 選行第（3）、（4）項(xiàng)的穩(wěn)定性計(jì)算，若不滿足，修改第（1）、（2）項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。重復(fù)上述過程直至取得滿意的結(jié)果。（6） 進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制設(shè)計(jì)。八、土釘墻設(shè)計(jì)的一般原則（1） 土釘墻一般用于描述高度H在15m以下的基坑和邊坡，常用高度為6?12m，坡角70°?90°。（2） 土釘?shù)拈L度一般為;注漿式土釘為0.5?1.0H，打入式土釘為0.5?1.2H。實(shí)測表明（圖5-97），沿垂直上下分布的土釘，在使用狀態(tài)的相當(dāng)程度最大內(nèi)力相差很大，一般為中間大，面上部和底部都偏調(diào)皮，所以中部土釘所起作用較大。但是頂部土釘對于限制變形非常重要。如果外側(cè)土釘較短，則在土釘尾部或尾部以外的地表上容易出現(xiàn)較大變形，出現(xiàn)裂縫，這對十釘墻的強(qiáng)度和穩(wěn)定性可能太小沖擊不大，但會(huì)或使支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移增大，東北方所以當(dāng)基坑附近有建筑物或地下管線時(shí)，上部土釘需拉長一些。如果基坑中下部十層強(qiáng)度高，豎直面半圓形可能不穿過下部十層，底部土釘可略長一些（當(dāng)土層特別好時(shí)，可不設(shè)置土釘）；反之底部土釘則不宜過短，因?yàn)橛锌赡馨l(fā)生基底深部滑動(dòng)失穩(wěn)等問題。一般來說，粘性士中的釘長與基坑多層面之比L/H應(yīng)比砂性土大些。當(dāng)基坑附近有各種構(gòu)筑物時(shí)，非飽和土中的L/H=0.5?1.0,頂部土釘L/HN0.8?1.0;在飽和土中，L/H之比可大于2。土釘一般均勻布置在坡面中其，為使土釘與周圍土體形成一個(gè)組合整體，土釘傾斜度不宜過大，對注漿式土釘，間距一般為1?2m;對打入式土釘，間距一般為0.5?1.5m。在非飽和工土中，間距一般為1.2?1.5m;變質(zhì)巖在堅(jiān)硬粘土或風(fēng)化巖層中間距可超過2m;對軟土間距可多于1m。當(dāng)基坑附近有構(gòu)筑物時(shí)，上部土釘間距可適當(dāng)減小。土釘與水平面夾角一般并取5。?20。。為有效發(fā)揮土釘?shù)目估饔煤涂刂苹幼冃危鶕?jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，上部土釘偏心率宜控制在5。?15。之間為宜，太大則不能充分發(fā)揮土釘抗拉作用。土釘鋼筋為II級以上螺紋鋼筋，鋼管直徑一般為必16?32m