修改第8講土釘墻

擋土土結結構構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機理理及及工工作作特特性性土釘釘墻墻及及復復合合土土釘釘墻墻的的設設計計計計算算土釘釘墻墻施施工工質質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護結結構構土釘釘（（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術的的一一種種，，是是由由水水平平或或近近于于水水平平設設置置于于天天然然邊邊坡坡或或開開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結構構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結構構，，從從而而提提高高整整個個邊邊坡坡的的穩(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構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術的的發(fā)發(fā)展展歷歷史史1972年，，法法國國承承包包商商Bouygues在法法國國Versai11es附近近的的一一處處鐵鐵路路邊邊坡坡開開挖挖工工程程中中，，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)作為為臨臨時時支支護護，，開開挖挖的的邊邊坡坡坡坡度度為為70oo，長長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細記記載載的的第第一一個個土土釘釘工工程程。。概述述廣泛泛應應用用土土釘釘支支護護僅僅次次于于法法國國的的是是德德國國，，到到1981年西西德德已已成成功功完完成成了了20個以以上上的的土土釘釘支支護護工工程程項項目目，，1986年發(fā)發(fā)表表的的一一份份報報告告估估計計，，當當時時西西德德每每年年進進行行的的土土釘釘支支護護工工程程約約為為法法國國的的1/4。美國最最早記記載土土釘支支護的的應用用是1976年在Oregon州波特特蘭市市一所所醫(yī)院院(GoodSamaritanHospital)擴建工工程中中的基基礎開開挖。。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)用用過土土釘作作為房房屋基基礎開開挖的的臨時時支護護。美美國另另一項項有名名的土土釘支支護工工程是是匹次次堡PPG工業(yè)總總部的的深基基開挖挖，與與其緊緊挨的的有已已建建建筑物物，所所以開開挖時時對土土層作作了注注漿處處理，，并且且對土土釘區(qū)區(qū)內(nèi)的的已有有房屋屋基礎礎用微微型樁樁(micropiles)作了托托換。。美國國聯(lián)邦邦公路路管理理局現(xiàn)現(xiàn)在已已有土土釘支支護技技術設設計與與施工工的指指南性性文件件。我國應應用土土釘?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類型：：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實孔穴穴，形形成與與周圍圍土體體密實實粘合合的土土釘，，最后后與面面層結結構構構成一一個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)牡念愋托透攀龃蛉胄托屯玲斸敚簩摋U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置置密度度均需需大于于鉆孔孔注漿漿型土土釘，，其長長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設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)點且且抗拔拔力較較高，，應用用較為為廣泛泛，缺缺點是是造價價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。。土釘機機（氣動動沖擊擊錨桿桿機））每步開開挖后后應盡盡快在在開挖挖面上上做好好支護護，可可以先先在開開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，也也可以以用預制混混凝土土板拼起來來作為為面層層，在在塊狀狀巖體體或硬硬土中中甚至至可以以僅設設焊接接網(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構構概述面層排水系系統(tǒng)為了防防止地地表水水滲透透對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度度和土土釘之之間的的粘結結力，，土釘釘支護護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)能能力結構輕輕型，，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)展過過程密封性性好，，完全全將土土坡表表面覆覆蓋，，沒有有裸露露土方方，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，個個別土土釘破破壞影影響不不大施工所所需場場地小小，移移動靈靈活施工速速度快快施工設設備及及工藝藝簡單單，不不需要要復雜雜的技技術和和大型型機具具，施施工對對周圍圍環(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邊開挖邊支支護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概述土釘墻+預應力錨桿桿土釘墻+隔水帷幕土釘墻+微型樁土釘墻+隔水帷幕+預應力錨桿桿土釘墻+微型樁+預應力錨桿桿土釘墻+攪拌樁+微型樁土釘墻+隔水帷幕+微型樁+預應力錨桿桿復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，，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護深度有效控制水水平變形保持了土釘釘墻造價低低、工期快快、施工方方便、設備備簡單等優(yōu)優(yōu)點復合土釘墻墻概述特點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制通常施加預應力，主動約束擋土結構變形需借助土體變形，是被動受力密度及施工要求密度小，每根都是重要部件密度大，允許個別破壞設計承載力與錨頭結構設計承載力較大，錨頭構造復雜設計承載力小，結構簡單施工規(guī)模長度一般不小于15m，直徑不小于130mm，施工機械設備大長度小，直徑小，設備簡單擋土墻機理視主動區(qū)土體為荷載，通過錨桿傳遞至穩(wěn)定區(qū)通過加筋將最危險滑動面主動區(qū)的土體改良為復合土體，將復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置基礎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，，土釘墻是是柔性復合合結構重力式擋墻墻墻趾壓力力較大會導導致沉降或或傾覆，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形成墻墻，達到重重力式擋墻墻的效果，，但實際上上，實踐工工程中，土土釘無法達達到這個密密集程度。。含水豐富的的粉細砂、、中細砂、、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土、、淤泥等軟軟弱土層膨脹土強度過于低低的土對變形嚴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砂土。。不適合淤泥質土、、淤泥等軟軟弱土層太太深厚時超過20m的基坑對變形嚴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格要要求的基坑坑復合土釘墻墻適用條件件概述不適合土釘?shù)墓ぷ髯鳈C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。土釘在支護護中所起的的作用顯然然與土體變變形的運動動方向有關關。為能充充分發(fā)揮土土釘?shù)淖饔糜?，土釘?shù)牡脑O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，，此時甚至至會降低土土體的抗剪剪強度。土釘墻的工工作機理土釘?shù)墓ぷ髯鳈C理及工工作特性1、箍束骨架作作用：制約土體變變形，并使使復合土體體構成一個個整體。2、分擔作用：：由于土釘有有較高的抗抗拉、抗剪剪強度以及及土體無法法比擬的抗抗彎剛度，，當土體進進入塑性狀狀態(tài)后，應應力逐漸向向土釘轉移移。當土體體開裂時，，土釘分擔擔作用更加加突出，這這時土釘內(nèi)內(nèi)部出現(xiàn)彎彎剪、拉剪剪等復合應應力，從而而導致土釘釘體中漿體體碎裂，鋼鋼筋屈服。。3、應力傳遞與與擴散作用用：在同等荷載載作用下，，由土釘加加固的土體體內(nèi)的應力力水平比素素土邊坡土土體內(nèi)的應應力水平大大大降低，，從而推遲遲了開裂的的形成和發(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挖挖卸荷、土土體側向變變位以及塑塑性變形和和開裂發(fā)展展的必然結結果，面層層對此有很很好的約束束作用。土釘墻的工工作機理設計參數(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復合土釘墻墻的設計計計算設計參數(shù)及及一般設計計原則土釘墻的幾幾何形狀和和尺寸土釘墻及復復合土釘墻墻的設計計計算確定平面尺尺寸時要考考慮到樁基基礎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挖深深度決定應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，，土釘墻墻的坡比不不宜大于1：0.2有條件應考考慮分級放放坡應盡量避免免尖銳的轉轉角及減少少拐點設計參數(shù)及及一般設計計原則土釘?shù)膸缀魏螀?shù)土釘墻及復復合土釘墻墻的設計計計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?？讖綇皆酱螅皆接兄谔崽岣咄玲?shù)牡目拱瘟Γ?，增加結構構的穩(wěn)定性性，但是，，施工成本本也會相應應增加長度土釘越長，，抗拔力越越高，基坑坑位移越小小，穩(wěn)定性性越好，當當土釘達到到臨界長度度lcr（非軟土中中一般為1.0~1.2倍的基坑開開挖深度））后，再加加長對承載載力的提高高并不明顯顯，土釘越越長，施工工難度越大大，效率越越低，單位位長度的工工程造價越越高間距（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，土土釘越長長，土釘釘密度越越小，一一方面排排距因受受到開挖挖面臨界界自穩(wěn)高高度的限限制不能能過大，，土釘間間距過小小可能會會因群釘釘效應降降低單根根土釘?shù)牡墓π?，，故縱橫橫間距要要適合設計參數(shù)數(shù)及一般般設計原原則土釘?shù)膸讕缀螀?shù)數(shù)土釘墻及及復合土土釘墻的的設計計計算傾角理想狀態(tài)態(tài)下土釘釘軸線應應與破裂裂面垂直直，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有上上下等長長、上短短下長、、上長下下短、中中部長兩兩頭短、、長短相相間5種設計參數(shù)數(shù)及一般般設計原原則土釘?shù)目箍拱瘟ν玲攭凹皬秃贤镣玲攭Φ牡脑O計計計算破壞模式式①土釘整整條從土土層中拔拔出（抗抗拔強度度破壞））②筋體在在破裂面面附近拉拉剪斷裂裂（抗拉拉強度破破壞）③筋體從從注漿體體中拔出出（筋體體抗拔強強度破壞壞）④面層與與土釘脫脫落（釘釘頭強度度破壞））計算方法法設計參數(shù)數(shù)及一般般設計原原則桿體土釘墻及及復合土土釘墻的的設計計計算dN/dl=πτd土釘內(nèi)力力沿土釘釘全長分分布（a)粘粘結應力力；（b）拉力力設計參數(shù)數(shù)及一般般設計原原則注漿土釘墻及及復合土土釘墻的的設計計計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價。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)孔徑計計算出來來，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，開孔孔壓力可可達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，應應能覆蓋蓋住鋼筋筋網(wǎng)片及及連接件件。一般般臨時性性工程50~150mm，永久性性工程120~300mm?；炷镣恋脑O計計強度，，按構造造即可，，一般為為C15~C25。設計參數(shù)及一一般設計原則則連接件土釘墻及復合合土釘墻的設設計計算土釘（錨索））與面層連接接構造圖（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、面面層連接設計參數(shù)及一一般設計原則則穩(wěn)定性性計算算土釘墻墻及復復合土土釘墻墻的設設計計計算設計參參數(shù)及及一般般設計計原則則土釘抗抗力計計算土釘墻墻及復復合土土釘墻墻的設設計計計算土釘墻墻施工工流程程土釘墻墻施工工質量量控制制開挖工工作面面→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