土釘墻的基本知識(shí)及設(shè)計(jì)施工

發(fā)表評(píng)論

A+

1．土釘墻的幾何形狀和尺寸

在平面布置上，應(yīng)盡量避免尖銳的轉(zhuǎn)角及減少拐點(diǎn)，轉(zhuǎn)角過(guò)多會(huì)造成土方開(kāi)挖困難，很難形成設(shè)計(jì)形狀?？紤]空間效應(yīng)，對(duì)凸角區(qū)段局部加強(qiáng)，但不要考慮凹角對(duì)支護(hù)的有利影響，因?yàn)橥玲攭ρ刈呦虻膭偠燃罢w性較差，相鄰側(cè)土的約束作用有限，有時(shí)反而會(huì)因土應(yīng)力在邊角的集中造成邊角部的土釘墻安全性下降。

確定平面尺寸時(shí)要考慮到基礎(chǔ)形式及施工工藝，為基施工留出足夠的工作面。土釘墻高度由開(kāi)挖深度決定，確定開(kāi)挖深度時(shí)要注意承臺(tái)的開(kāi)挖。承臺(tái)較大較密及坑底土層為淤泥等軟弱土層時(shí)，開(kāi)挖深度應(yīng)計(jì)算到承臺(tái)底面。

條件許可時(shí)，應(yīng)盡可能采用較緩的坡率以提高安全性及節(jié)約工程造價(jià)。一般來(lái)說(shuō)，土釘墻的坡比不宜大于 1：0.2，基坑較深、允許有較大的放坡空間時(shí)，還可以考慮分級(jí)放坡，每級(jí)邊坡根據(jù)土質(zhì)情況設(shè)置為不同的坡率，兩級(jí)之間最好設(shè)置 1~2m 寬的平臺(tái)。地下水豐富、需要采用止水型土釘墻時(shí)，采用上緩下直的分級(jí)方式是一種較為常用的作法。

2．土釘?shù)膸缀螀?shù)

（1）直徑。鉆孔注漿型土釘直徑 d 一般根據(jù)成孔方法確定?？讖皆酱螅接兄谔岣咄玲?shù)目拱瘟?，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但是，施工成本也會(huì)相應(yīng)增加。人工使用洛陽(yáng)鏟成孔時(shí)，孔徑一般為 60～80mm，土質(zhì)松軟、孔洞不深時(shí)，也可達(dá)到 90mm；機(jī)械成孔時(shí)，可用于成孔的機(jī)械較多，孔徑可為 70～150mm，一般 100~130mm。

（2）長(zhǎng)度。當(dāng)土釘長(zhǎng)度小于臨界長(zhǎng)度 lcr（非軟土中一般為 1.0~1.2 倍的基坑開(kāi)挖深度）時(shí)，土釘越長(zhǎng)，抗拔力越高，基坑位移越小，穩(wěn)定性越好。國(guó)內(nèi)目前工程實(shí)踐中土釘?shù)拈L(zhǎng)度一般為 3~12m，軟弱土層中適當(dāng)加長(zhǎng)。土釘過(guò)長(zhǎng)時(shí)應(yīng)考慮與預(yù)應(yīng)力錨桿等其它構(gòu)件聯(lián)合支護(hù)或采用其它支護(hù)形式，過(guò)長(zhǎng)土釘組成的土釘墻的性能造價(jià)比通常不如復(fù)合土釘墻。近些年國(guó)內(nèi)的工程實(shí)踐中，土質(zhì)不是很差時(shí)，土釘長(zhǎng)度比一般為 0.6~1.5，在新近填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)砂等軟弱土層中，長(zhǎng)度比可達(dá) 2.0以上。

（3）間距。土釘密度越大基坑穩(wěn)定性越好。土釘通常等間距布置，有時(shí)局部間距不均，通常土釘越長(zhǎng)，土釘密度越小，即間距越大。從施工的角度，在土釘密度不變時(shí)，排距加大、水平間距減少便于施工，可加快施工進(jìn)度，但是，一方面排距因受到開(kāi)挖面臨界自穩(wěn)高度的限制不能過(guò)大，且橫向間距變小排距加大邊坡的安全性會(huì)略有降低，另一方面土釘間距過(guò)小可能會(huì)因群釘效應(yīng)降低單根土釘?shù)墓π?，故縱橫間距要適合，一般取 0.8~1.8m，即約每 0.6~3m2 設(shè)置 1 根。

（4）傾角。理想狀態(tài)下土釘軸線應(yīng)與破裂面垂直，以便能充分發(fā)揮土釘提供的抗力。綜合考慮，鉆孔注漿型土釘?shù)膬A角以 15°~20°效果最好；鋼管注漿土釘因采用壓力注漿，傾角可以緩平一些，鋼管土釘?shù)淖罴褍A角為 10°~15°。有時(shí)傾角更小或更大一些的目的是為了可以插入較好的土層，就土釘整體而言，每排采用統(tǒng)一的傾角設(shè)計(jì)及施工方便一些。

（5）空間布置。

①最上一排土釘。第一排土釘以上的邊坡不存在土拱效應(yīng)及荷載的重分配，為防止壓力過(guò)大導(dǎo)致墻頂坡壞，第一排土釘距地表要近一些，但太近時(shí)注漿易造成漿液從地表冒出，也是不妥當(dāng)?shù)?。一般第一排土釘距地表的垂直距離為 0.5~2m。上部土釘長(zhǎng)度不能太短，大量工程實(shí)踐表明，如果上部土釘長(zhǎng)度較短，土釘墻頂部水平位移較大，容易在土釘尾部附近的上方地表出現(xiàn)較大裂縫。

②最下一排土釘。下部土釘，尤其是最下一排，實(shí)際受力較小，長(zhǎng)度可短一些。但工程中有許多難以意料的因素，如坑底沿坡腳局部超挖（挖承臺(tái)、集水坑、電梯井、排水溝等），大面積的淺量超挖（如地下室底板標(biāo)高小幅調(diào)整），坡腳被水浸泡，土體徐變，地面大量超載，雨水作用等等，可能會(huì)導(dǎo)致下部土釘，尤其是最下一排，內(nèi)力加大，支護(hù)系統(tǒng)臨近極限穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)內(nèi)力增加尤為明顯，故其也不能太短，且高度不應(yīng)距離坡腳太遠(yuǎn)。有資料建議最下一排土釘距坡腳的距離不應(yīng)超過(guò)土釘排距的 2/3，同時(shí)還要滿足土釘施工機(jī)械設(shè)備的最低工作面要求，一般不低于 0.5m。

③同一排土釘一般在同一標(biāo)高上布置。地表傾斜時(shí)同一排土釘不應(yīng)隨之傾斜，因?yàn)閮A斜時(shí)土釘測(cè)量定位及施工均不方便，最好是同排土釘標(biāo)高相同，令其與地面的距離不斷變化。此時(shí)應(yīng)格外注意第一排土釘以上懸臂墻的高度。坡腳傾斜度不大時(shí)最下一排土釘也應(yīng)該這樣做（有時(shí)地下室底板底面被設(shè)計(jì)成緩慢傾斜的斜面）。上下排土釘在立面上可錯(cuò)開(kāi)布置，俗稱梅花狀布置，也可鉛直布置，即上下對(duì)齊。沒(méi)有資料表明哪種布置方式更有利于邊坡穩(wěn)定。鉛直布置時(shí)放線定位更為容易一些，且能夠?yàn)橐院罂赡艽嬖诘氖褂梦⑿蜆额惖难a(bǔ)強(qiáng)加固措施留有較大的水平面空間。國(guó)內(nèi)采用梅花型布置較多一些，而歐美國(guó)家恰好相反。在立面上土釘與基坑轉(zhuǎn)角的距離沒(méi)有設(shè)計(jì)限制，滿足橫向最小施工工作面要求即可。

④在深度方向上，土釘?shù)牟贾眯问酱篌w有上下等長(zhǎng)、上短下長(zhǎng)、上長(zhǎng)下短、中部長(zhǎng)兩頭短、長(zhǎng)短相間 5 種，在土質(zhì)較為均勻時(shí)，這 5 種布置形式體現(xiàn)了不同的設(shè)計(jì)人對(duì)土釘墻工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)不同：

a.上長(zhǎng)下短。通常依據(jù)力矩平衡原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，假定土釘墻的破裂面為直線或弧線，上排土釘要穿過(guò)破裂面后才能提供抗滑力矩，長(zhǎng)度越長(zhǎng)能提供的抗滑力矩就越大，而下排土釘只需很短的長(zhǎng)度就能穿過(guò)破裂面。這種布置形式有時(shí)因受到周邊環(huán)境等條件限制而應(yīng)用困難。

b. 目前工程應(yīng)用最多的是中部長(zhǎng)上下短。實(shí)際工程中，靠近地表的土釘，尤其是第一、二排土釘，往往因受到基坑外建筑物基礎(chǔ)及地下管線、窨井、涵洞、溝渠等市政設(shè)施的限制而長(zhǎng)度較短，而且其位置下移，傾角有時(shí)也會(huì)較大，可能達(dá) 25°~30°。另外，通過(guò)增加較上排土釘?shù)拈L(zhǎng)度以增加穩(wěn)定性在經(jīng)濟(jì)上往往不如將中部土釘加長(zhǎng)合算，所以就形成了這種形式。但第一排土釘對(duì)減少土釘墻位移很有幫助，所以也不宜太短。

c.長(zhǎng)短相間。長(zhǎng)短相間有兩種布置形式，一種是在縱向（沿基坑側(cè)壁走向）上，同排土釘一長(zhǎng)一短間隔布置，另一種是在深度方向上，同一斷面的土釘上下排長(zhǎng)短間隔布置。采用長(zhǎng)短間隔布置的理由為：較長(zhǎng)的土釘能夠調(diào)動(dòng)更深處的土體，可以將應(yīng)力在土體中分配得更均勻，減少了應(yīng)力集中，從而提高了整體穩(wěn)定性。但這似乎有悖于土釘?shù)氖芰C(jī)理，因?yàn)檎辰Y(jié)應(yīng)力沿土釘全長(zhǎng)并非均勻分布。拉力沿土釘全長(zhǎng)以峰值的形式從前端向尾端傳遞，峰值大體在破裂面附近。如果破裂面同時(shí)穿過(guò)長(zhǎng)短土釘，則長(zhǎng)土釘比短土釘多出來(lái)的部分沒(méi)有提供阻力，浪費(fèi)了；如果破裂面只穿過(guò)長(zhǎng)土釘，則短土釘位于主動(dòng)區(qū)內(nèi)，不能提供抗滑力矩，沒(méi)有充分發(fā)揮作用。這與錨桿復(fù)合支護(hù)不一樣。錨桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，錨固段的后半部分主要作用是提供錨固力給自由段，設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮錨固段對(duì)土坡穩(wěn)定的作用。

d.上下等長(zhǎng)。通常依據(jù)力矩平衡原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)樾詢r(jià)比不太好，一般只在開(kāi)挖較淺、坡角較緩、土釘較短、土質(zhì)較為均勻時(shí)的基坑中有時(shí)采用。

e.上短下長(zhǎng)。這種布置形式在土釘墻技術(shù)使用早期較為常見(jiàn)，依據(jù)力平衡原理設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)理論目前基本上已被實(shí)踐否定。

3．桿體

為了增加土釘墻結(jié)構(gòu)的延性，鋼筋強(qiáng)度不宜太高，鉆孔注漿土釘一般選用 HRB400 帶肋鋼筋。筋體直徑不宜過(guò)小，粘結(jié)應(yīng)力的峰值遠(yuǎn)大于平均值，要防止峰值作用下筋體斷裂，一般 16mm~32mm。打入式鋼管土釘筋體一般采用公稱外徑42~48mm、厚度 2.5~4.0mm 的熱軋或熱處理焊接鋼管。也可采用無(wú)縫鋼管，但因造價(jià)較高，通常用于預(yù)應(yīng)力錨管。土越硬鋼管壁應(yīng)越厚直徑應(yīng)越大，以防擊入過(guò)程中發(fā)生屈服、彎曲、劈裂、折斷等破壞。

鋼管土釘不需對(duì)中。鋼花管距孔口 2~3m 范圍內(nèi)不設(shè)注漿孔，以防因外覆土層過(guò)薄漿液從孔口周邊躥漿導(dǎo)致灌漿失敗。其余段每隔 0.5~1.0m 設(shè)置一組，每組之間宜在鋼花管圓周呈 90°排列。每組 1 個(gè)或 2 個(gè)（在鋼管圓周呈 180°布置），如果設(shè)置 1 個(gè)，則間距要適當(dāng)減小。出漿孔直徑一般 4~15mm，孔徑過(guò)大容易造成出漿不均，過(guò)小則出漿不暢且易堵塞。為了使管內(nèi)有一定的壓力，盡量使每個(gè)出漿孔都能出漿，出漿孔面積總和應(yīng)小于鋼管內(nèi)截面積，故土釘較長(zhǎng)時(shí)出漿孔應(yīng)設(shè)置為間距較大、孔徑較小。出漿孔外要設(shè)置倒刺。倒刺除了保護(hù)出漿口在土釘打入過(guò)程中免遭堵塞外，還可增加土釘?shù)目拱瘟?。倒刺在土釘擊入時(shí)易脫落，一定要與鋼管焊牢。倒刺一般采用熱軋等邊角鋼制作，邊寬度 30~63mm，邊厚度 3~6mm，理論質(zhì)量 1.37~5.72kg/m，與鋼管三側(cè)圍焊。鋼管土釘尾端頭宜制成錐形以利于擊入土中。鋼管接長(zhǎng)宜采用幫條焊接，接頭處應(yīng)幫焊不少于 3 根 φ12~φ20 的加強(qiáng)筋，在鋼花管圓周均勻布置，焊縫應(yīng)與鋼管等強(qiáng)。CAD軟件素材教程下載www.9npx.com四五設(shè)計(jì)網(wǎng)www.45te.com設(shè)計(jì)學(xué)徒自學(xué)網(wǎng)www.sx1c.com

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4．注漿

土釘一般采用一次注漿。采用二次及多次注漿可明顯提高土釘?shù)目拱瘟?，但是，也提高了工程造價(jià)。鉆孔注漿土釘通常采用重力式注漿，注漿量較小，可根據(jù)孔徑計(jì)算出來(lái)，水泥用量一般 10~20kg/m。注漿壓力采用低限，出漿即可，壓力較大易從孔口跑漿，孔洞不易飽滿。水泥漿干縮較大，加上滲透、流失、鉆孔角度有時(shí)較小等因素，一次注漿凝固后孔內(nèi)空隙較大，需補(bǔ)漿。補(bǔ)漿飽滿對(duì)減少土坡的變形有利。打入鋼管注漿釘需要較高的注漿壓力才可將漿液注入土中，開(kāi)孔壓力可達(dá) 2.0MPa。灌入水泥量一般要求不小于 15kg/m。打入注漿土釘特別適合于成孔困難的淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)砂等軟弱土層、各種填土及砂性土，如注漿量足夠多，在同等地質(zhì)條件下，可獲得比同直徑鉆孔注漿土釘高很多的抗拔力。

5．面層

面層太厚固然用處不大，太薄也不合適，應(yīng)能覆蓋住鋼筋網(wǎng)片及連接件。一般臨時(shí)性工程 50~150mm，永久性工程 120~300mm。混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，按構(gòu)造即可，一般為 C15~C25。土釘墻通常垂直開(kāi)挖或坡度較陡，混凝土采用噴射法施工方便，坡度較緩時(shí)也可用人工抹水泥砂漿或細(xì)石混凝土作法。鋼筋網(wǎng)片一般采用一層鋼筋網(wǎng)，特殊條件下有時(shí)也采用兩層；鋼筋規(guī)格通常為 HRB235（光圓鋼筋），φ 6~10mm；網(wǎng)格為正方形，間距 150~300mm；要求不高時(shí)可采用不細(xì)于 12#的粗目鐵絲網(wǎng)（或稱鉛絲網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)等）替代鋼筋網(wǎng)。面層柔度較大，很少會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫，故臨時(shí)性工程中一般無(wú)需設(shè)置伸縮縫，但在永久性工程中，厚度大于 120mm 時(shí)，建議設(shè)置。鋼筋網(wǎng)縱向豎向均需搭接，搭接長(zhǎng)度一般 200~300mm。面層的施工縫不要設(shè)置在土釘位置，宜設(shè)置在離釘頭 1/3 釘間距處。

還有人建議設(shè)計(jì)時(shí)要考慮面層的重量，要防止面層下沉造成的不良影響。這是一種小心謹(jǐn)慎的作法。實(shí)際上，為了防止地表水浸入到面層背后，工程中掛網(wǎng)噴射混凝土面層在坡頂沿水平方向有一定的延伸形成護(hù)頂（或稱護(hù)肩），規(guī)范中也通常這樣要求。護(hù)頂寬度一般0.5~2.0m，常常延長(zhǎng)至與坡頂排水溝相接，該護(hù)頂完全能夠承受住面層的重量。

6．連接件

土釘靠群體作用，構(gòu)造中通常在土釘之間設(shè)置連接筋，通稱加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋的作用大體有 4 點(diǎn)：①能更好地協(xié)調(diào)土釘共同工作；②穩(wěn)定鋼筋網(wǎng)片；③分散釘頭對(duì)面層的局部壓力，防止局部壓剪破壞；④增加混凝土的延展性，防止釘頭下混凝土發(fā)生沖切破壞。工程中通常在水平方向設(shè)置加強(qiáng)筋。國(guó)內(nèi)早期工程中也有在豎向上設(shè)置加強(qiáng)筋的作法，施工不便，效果不好，目前已很少采用。加強(qiáng)鋼筋一般采用 Φ16~25 的 3 級(jí)帶肋鋼筋，通常設(shè)置 2 根，重要部位設(shè)置 4 根，與釘頭焊接。咩票優(yōu)惠電影票www.miepiao.com共丟廢品回收網(wǎng)www.gongdiu.com設(shè)計(jì)軟件自學(xué)網(wǎng)www.3c1x.com

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7．防排水系統(tǒng)

土釘墻通常要在坡面上設(shè)置泄水孔排出面板后可能存在的積水，以減少土中的含水量，減輕地下水對(duì)面層產(chǎn)生的靜水壓力，防止地下水降低面層與土體的粘結(jié)強(qiáng)度甚至將之脫空，還可防止可能發(fā)生的凍害。從實(shí)際效果來(lái)看，因?yàn)橥玲數(shù)臄?shù)量遠(yuǎn)多于泄水孔且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，大部分積水是通過(guò)土釘孔滲漏的，通常只有少量的泄水孔能起到作用，故泄水孔簡(jiǎn)單設(shè)置即可，打入式鋼管注漿土釘墻中甚至可以不設(shè)置。對(duì)于攪拌樁復(fù)合土釘墻是否需設(shè)置泄水孔業(yè)界存在著一些爭(zhēng)議，筆者傾向于不設(shè)置，畢竟設(shè)置止水帷幕的目的之一就是要防止坑外水位下降過(guò)多。

泄水管一般采用 PVC 管，直徑 50~100mm，長(zhǎng)度 300~600mm，埋置在土中的部分鉆有透水孔，透水孔直徑 10~15mm，開(kāi)孔率 5~20%，尾端略向上傾斜，外包兩層土工布，管尾端封堵防止水土從管內(nèi)直接流失。縱橫間距 1.5~3m，砂層等水量較大的區(qū)域局部加密。噴射混凝土?xí)r應(yīng)將泄水管孔口臨時(shí)封堵，防止噴射混凝土進(jìn)入。

8．止水帷幕

通常情況下樁端穿過(guò)坑底無(wú)需太長(zhǎng)。當(dāng)坑底存在著軟土、存在隆起危險(xiǎn)時(shí)，不建議通過(guò)加深樁長(zhǎng)以抵抗隆起。攪拌樁在軟土中的強(qiáng)度較低，可能會(huì)被剪切破壞，最好是在攪拌樁中插入微型樁，效果較好。帷幕厚度也無(wú)需過(guò)大，一般設(shè)置 1~2 排樁，排數(shù)再多對(duì)基坑變形幫助并不大。

選擇止水帷幕形式時(shí)要注意對(duì)不同地質(zhì)條件的適應(yīng)性。深層攪拌法質(zhì)量可靠，造價(jià)低，施工速度快，可適用于大多數(shù)地質(zhì)條件，軟土中尤為適合，缺點(diǎn)是穿透能力較弱，在較厚的砂層、填土中有夾石、土層中有硬夾層等情況下成樁困難；高壓噴射法能夠克服攪拌樁在上述地層中成樁困難的缺點(diǎn)，但是在有大量填石情況下施工也很困難且成樁質(zhì)量難以保證；在大量填石地層中可嘗試沖孔咬合水泥土樁施工工藝，該工藝采用簡(jiǎn)單沖孔機(jī)械沖擊成孔，采用水下澆灌法填充地面拌和好的水泥土，水泥與土的比例可為 1：5~1：8，樁位相互咬合，可起到較好止水效果且造價(jià)不高，在深圳地區(qū)的一些工程中已取得成功。

9．錨桿

錨桿的設(shè)計(jì)承載力不需太大。過(guò)大的設(shè)計(jì)承載力并不能發(fā)揮作用。土釘?shù)臉O限承載力一般 100~200kN，錨桿的承載力較土釘大，土釘達(dá)到極限承載能力時(shí)錨桿尚未達(dá)到極限，土釘墻往往表現(xiàn)為土釘?shù)钠茐?，錨桿的承載力再大也很難發(fā)揮功效。此外，錨桿通過(guò)承壓板（梁）坐落在土基上，預(yù)應(yīng)力如果過(guò)大，承壓板（梁）下土體會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，其變形較為滯后，導(dǎo)致鎖定的預(yù)應(yīng)力值降低很快，并不能維持在較高的水平上。錨桿設(shè)計(jì)承載力不宜超過(guò) 2~3 倍土釘極限承載力，一般為 200~300kN。鎖定預(yù)應(yīng)力一般為設(shè)計(jì)值的 50~100%，并且不小于 100kN。

為了更好地控制基坑變形，錨桿應(yīng)設(shè)置在基坑的中上部。不宜設(shè)置在第一排，第一排往往受坑外基礎(chǔ)、管線等地下障礙的影響較大，很難施工，且注漿時(shí)容易從地表冒漿。錨桿需要承壓板或梁作為基底傳力，因?yàn)槌袎喊迨┕げ槐?，目前普通采用腰梁形式。為了施工方便及與土釘墻更好地協(xié)調(diào)工作，腰梁通常采用噴射混凝土工藝分層制作，也可整體現(xiàn)澆。錨桿設(shè)計(jì)承載力較低，腰梁一般按構(gòu)造設(shè)計(jì)即可。如果需要計(jì)算，可將腰梁視為有彈性支點(diǎn)的連續(xù)梁，以錨桿為支點(diǎn)，土壓力為均布荷載。腰梁內(nèi)鋼筋與噴射混凝土面層內(nèi)鋼筋綁扎或焊接固定，以防止腰梁墜落。也可采用鋼腰梁，但施工不太方便，需要與面層固定好，防止在腰梁自重及錨桿預(yù)應(yīng)力向下的垂直分力作用下墜脫。