基坑工程中土釘支護的設計與施工探討

　　 摘要：土釘支護技術已經成為工民建施工中基坑開挖所采取的常用技術措施之一，因其具備很多優點，近些年來在基坑工程中得了廣泛應用。本文對基坑工程土釘支護的設計與施工中的相關問題進行初步探討，僅供同行參考。
　　關鍵詞：基坑工程；土釘支護；設計；施工
　　中圖分類號：TU2文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　近年來，隨著我國城市建設的迅速發展，高層建筑日益增多，地下空間的利用也隨之加大。基坑工程在很大程度上滿足了當前的需要，土釘支護技術作為基坑工程的關鍵步驟，因其具有經濟適用、施工簡便快捷、安全性高等特點已經受到人們越來越多的關注，而一套好的設計方案和施工方法，對于基坑工程就顯得尤為重要。所以，探討基坑工程中支護的設計與施工具有重要的現實意義。
　　1 基坑工程中土釘支護的設計
　　（1）土釘支護概述
　　土釘就是置于土體中排列間距較密集的細長桿件，常以鋼筋、圓鋼和扁鋼作為土釘材料。土釘支護主要是用于基坑工程中土體開挖及邊坡穩定的一項新型擋土技術，具有經濟適用、施工簡便快捷、安全可靠等特點。
　　（2）土釘支護的設計原則
　　土釘支護作為一種擋土結構就必須滿足規定的耐久性、穩定性、變形和強度等要求。土釘支護的具體設計原則包括：
　　1.土釘支護方案的選擇要盡量與土體性狀相適應。首先，要了解并掌握土體的工程特性；其次，還要考慮地下水、地表徑流及地下水管漏水等影響因素。
　　2.為了能夠適應邊坡的限量變形，土釘支護結構要具有一定的柔性，要剛度適宜，同時還要限制開挖深度和臺階高度，以便及時進行支護，控制結構的變形量。
　　3.土釘在沿支護高度上下分布時，因其在使用狀態下的內力相差較多，通常為中間大，頂部和底部偏小，所以，中部的土釘所起的作用也要比頂部和底部的大。由于頂部土釘能有效的限制地表開裂，如果頂部土釘較短，則會導致土釘尾部以外的地表出現大面積開裂現象，雖然土釘支護的穩定性和強度不會受到很大影響，但卻會使整個支護結構發生水平移位。因此，在設計時最好適當加長頂部的土釘長度。
　　4.為了使土釘能夠更好的與周圍土體復合在一起，對于不同的土體，土釘的間距要盡量控制在合理的范圍，不宜過大，如飽和粘土中土釘的水平間距以1m/根比較合適，干硬粘土中水平間距應盡量大于2m/根。土釘的豎向間距要和開挖的深度相對應。
　　5.土釘傾角主要是取決于土層特征及注漿方法等因素，通常其角度約在5°~20°之間。
　　（3）土釘支護設計的有限元法
　　土釘支護主要是通過土釘來改善基坑開挖面附近的土體強度，以達到支護目的，是一種柔性主動制約機制的支護技術。土釘支護技術由于涉及的問題較多，如面層上的土壓力大小、土釘的有效長度及間距、滑裂面、支護結構變形等。因此，需借助數值模擬的方法對這些問題進行解決。有限單元法是巖土工程中較為常見的一種數值分析方法。從原理上講，有限單元法將支護和土體都作為變形體，分析基坑開挖和卸載條件下土體和各支護點的應力位移，是一種適用性廣、合理準確的設計計算方法。
　　（4）土釘支護的設計內容
　　進行土釘支護設計，首先要根據工程類別和施工經驗，初步選定各部件的尺寸和材料參數；其次，進行計算分析，其主要包括以下幾個方面的內容：
　　1.支護的內、外部整體穩定性分析。內部穩定性可按圓弧破壞面采用條分法進行分析，對于外部，可以將土釘加固的土體當做擋土墻，并以此進行抗隆起、抗傾覆、抗滑動和抗管涌驗算進行穩定性分析。
　　2.土釘設計計算。其中包括土釘設計內力、最大抗力和土釘長度的確定，以及土釘抗拉斷裂極限狀態計算和注漿釘包裹體錨固極限狀態計算。
　　3.噴射混凝土面層的設計計算。
　　4.土釘與混凝土面層的連接計算；最后，根據以上的計算對各部件的初步參數進行調整及修改，繪制施工圖開始施工。
　　2 基坑工程中土釘支護的施工
　　（1）基坑開挖
　　為了讓施工工作能夠快速、安全的進行，土釘支護必須逐層進行，開挖的最大高度要以土體的穩定性和土釘豎向間距的大小來決定。通過施工流程和施工期間邊坡穩定和坡面面積的銜接，確定基坑開挖的縱向長度。使用機械設備開挖時，要盡量減少擾動支護土層，在支護之前必須對坡體表面出現松動的部位進行清除，基坑開挖過程中，要嚴格按照完成上層支護后才能開挖下層的原則，以此確保邊坡穩定及控制邊坡變形，保證開挖工作能夠安全進行。
　　（2）排水
　　基坑土釘支護在施工時，應充分考慮到地下水對其結構的影響，必須做好排水工作，防止靜水壓力過大，導致混凝土面層受損，同時還要盡量避免基坑加固土體處于飽和狀態，如果出現飽和狀態將很有可能使支護結構出現位移，影響結構的穩定性。在基坑土釘支護施工過程中，主要采用的排水方式有：淺部排水、深部排水和坡面排水。
　　（3）噴射混凝土面層
　　由于地層性質的差異，噴射混凝土面層時，一定要控制好施工時間。通常情況下，為了防止坡面土體崩解和松弛，應盡快噴射混凝土面層。為了使混凝土面層能夠更好的起到加強作用，可在其中配備一些鋼筋網。
　　（4）土釘支護施工
　　土釘支護的施工工序主要包括定位、成孔、置筋、注漿和錨頭焊接等。在基坑土層含水量大或土質差時，成孔后要盡快放置鋼筋，為了確保鋼筋能夠位于孔中心，需在鋼筋上每隔2-3m焊制一個定位架，然后注入漿液。由于注漿時要盡量將孔內的水和氣排出，所以應采用由孔底向外的注漿方法，保證注漿質量。漿體凝固并達到相應強度后，開始錨頭焊接，錨頭應與土釘焊接牢固，并和鋼筋網相連接形成整體。
　　（5）施工監測
　　土釘支護施工過程中，較為重要和直觀的監測主要是針對土釘支護時的位移而言的。監測時如果發現跳躍點和位移突變，要及時停止施工，并進行變形原因分析和處理，問題解決后才能繼續施工。做好施工中的監測工作，可以更好的保證工程質量。
　　結論
　　總而言之，在基坑工程土釘支護的設計與施工中，應遵循土釘支護的設計原則，選擇適當的計算方法做好設計工作，以此保障土釘支護施工的順利進行，從而為提高土釘支護的施工質量提供保障。
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