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土钉支护技术及其应用实例湖南路桥建设集团公司 陈浩 土钉支护技术及其应用实例 摘 要:介绍了土钉工作原理以及内部整体稳定性分析的方法,介绍了土钉支护的特点通过“湖南路桥大厦”基坑支护实例 简述了土钉支护的施工工艺,认为土钉支护是一种既适用性广泛又经济,施工方便且行之有效的施工方案。 主题词:土钉、支护、应用、实例 前 言 基础开挖常受到相邻建筑物影响或受用地红线及地形条件限制。以上情况的基坑开挖坡比常接近90。,甚至出现内倾坡比。而自然边坡只能以较小的临界高度保持直立。当坡面有较大超载或环境因素改变都会引起边坡失稳。如何保证相邻结构物的安全以及边坡稳定,是工程技术人员经常遇到的问题,土钉支护技术以其可靠的技术性能,日益成熟的施工经验,以及较低的造价被广泛应用于此类工程。 1、土钉支护工作原理及结构分析 土钉支护由设置在土体中的土钉体和面板组成,通过土钉与周围土体形成一个组合体,以群体起作用。在土体发生变形的情况下,通过与土体接触界面上的摩擦力或者粘结力,使土钉被动受拉,并主要通过受拉工作给土体以约束加固使其稳定。土钉对复合土体起着箍束骨架作用,同时起着应力传递和扩散作用。它不仅提高了土体整体刚度,又弥补了土体的抗拉强度和抗剪强度低的缺点,提高整个边坡的稳定性。 土钉构造图 图(1) 土钉支护的结构分析需要满足,支护结构对极限状态(强度破坏和稳定破坏)而言有一定的富余,并在使用状态下能满足变形限制要求。结构分析涉及结构的整体稳定性分析,其中又分为外部稳定性分析和内部稳定性分析。前者发生失稳的破坏面是在土钉加固土体的外部,后者发生失稳的破坏面则穿过土钉支护的内部。破坏型式可为滑动、倾覆(转动)等。 本篇仅介绍内部整体稳定性分析,假定破坏面上的土钉只承受拉力且达到最大抗力R,按圆弧破坏面采用普通条法对支护做整体稳定性分析(图2),取单位长度支护进行计算,按下式算出内部整体稳定性安全系数为: Fs =∑[(Wi+Qi)cosai×tanфj+(Rk/Shk)sinβk×tanфj+cj(Δi/cosai)+(Rk/Shk)cosβk]/∑[(Wi+Qi)sinai]式中Wi、Qi—作用于土条i的自重和地面、地下荷载ai—土条i圆弧破坏面切线与水平面的夹角;Δi—土条i的宽度;фj—土条i圆弧破坏面所处第j层土的内摩擦角;Cj —土条i圆弧破坏面所处第j层土的粘聚力;Rk—破坏面上第k排土钉的最大抗力;βk—第k排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角 Shk—第k排土钉的水平间距。 当有地下水时,在上式中尚应计入地下水压力的作用及其对土体强度的影响。作为设计依据的临界破坏面位置需根据试算确定,与其相应的稳定性安全系数在各种可能的破坏面(图3)中为最小值,并不低于表(1)中规定的数值。 支护内部整体稳定性安全系数 表(1)注:1.当支护变形较大会造成严重环境安全问题时,表中安全系数值应增加到0.1—0.3。 2.表中安全系数值不适用于软塑、流塑粘性土。 图2 图3 对支护作内部整体稳定性分析时,土体破坏面上每一土钉达到的极限抗拉能力R按下列公式计算,并取其中最小值:按土钉受拔条件 R=πdoLaι按土钉受拉屈服条件 R=1.1×(πd2/4)fyk式中 do—土钉孔径; d —土钉钢筋直径; La—土钉在破坏面一侧伸入稳定土体中的长度;ι—土钉与土体之间的界面粘结强度; fyk—钢筋抗拉强度标准值,按《混凝土结构设计规范》(GBJ10—89)取用。对于靠近支护底部的土钉,尚应考虑破坏面外侧土体和喷混凝土面层脱离土钉滑出的可能,其最大抗力尚应满足下列条件: R≤πdo(L—La)ι+R1式中R1为土钉端部与面层连接处的极限抗拔力。 2、土钉支护的特点:2.1、施工设备简单,施工场地要求不高,便于操作,一般情况下使用自制洛阳铲或小型地质钻机,无需大型机械设备,能紧贴相邻建筑物施工。2.2、施工速度快,成本较低,每一作业面从土钉成孔,制作土钉、注浆及挂网喷射混凝土,仅三个工作日,其成孔工作量和挂网钢筋的数量,混凝土工程量都较少,成本不到挡土墙的一半,远远低于连续墙支护。 2.3、结构轻巧、柔性大,有很好的延性,实用性强。土钉支护自重小,不像其他防护设施须做基础,并具有良好抗振性能,可适合有一定粘性的砂土、粘土、硬塑与干硬粘土。2.4、技术成熟、安全可靠。土钉技术从70年代发展以来经过很多重大工程实验,在技术上不断改进,已基本成熟。土钉作为一个工作群体,不会因为个别
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