深基坑土釘支護機理與控制技術研究

來杭峰

摘要：城市建設在不斷地向前發展，人口不斷的密集，建筑物越來越高，因此，基坑挖掘的深度也在不斷的加深，就需要采用新的支護技術手段來實現，所以土釘支護技術得以采用，發展的也越來越迅速。就此來討論下深基坑土釘支護的機理和控制技術。

關鍵詞：深基坑；土釘；支護機理；控制技術；研究

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0001-02

土釘支護比較復雜，人們對于其作用機理和技術手段了解的不充分，還在不斷地研究。為了給土釘支護的設計提供可靠的理論依據，通過土釘直剪試驗、理論數據的分析、數值模擬等方法對其作用機理和和模式進行了深入的鉆研。

1 深基坑土釘支護機理

1.1 受力機理

土本身是用來搭建的，其形成的體系稱之為土體，是一種結構體系。土體自身有一定穩定性，還可以承載一些其他物體，但是其抗剪、抗拉強度過于低下，因此在挖掘基坑尤其是基坑較深時，基坑的邊坡必須保持直立的臨界高度，以保證土坡的穩定性。土釘支護，土釘與土相互作用，改變了土體的變形和破換形態，不僅增加了土體本身的穩定性，還加強了其強度，有效地改變了土的受力情況。這樣土釘在受力過程中，不會突然的塌陷，保證了深基坑挖掘的順利進行。在土釘支護中，土釘是主要受力的其特點是：

（1）合理、科學的利用了土本身的承載能力，增加了強度與柔性。

（2）具有良好的抗拉、抗壓力。

（3）能夠有效的克服對于場地小、突破挖掘困難等問題。

（4）對土的要求不嚴格，不管是沙土、粘土還是軟土都能夠安全可靠地進行施工。

（5）土釘便于制作，施工時簡單、便捷。

（6）靈活性比較大，不會對周圍的環境造成大面積的破壞。

（7）用材少、費用低、工期短。

1.2 作用機理

（1）土釘是復合土體的重要組成部分，主要受力元件，其在深基坑挖掘中起到了重要的作用：

①土釘將土體和土釘有效地結合形成一個整體，對復合土體起到了支撐、骨架的作用。

②土釘分擔了土體本身的受力情況，當土體進入塑性狀態后，應力就會逐漸地向土釘轉移，土釘對土的分擔作用就更加的明顯。

③土釘將應力逐漸的傳遞、擴散，這樣就推遲了開裂的形成與發展。

④加強了破面邊界的約束作用。

（2）作用機理

①通過土釘與土之間的摩擦力，將土體面層的壓力傳遞到穩定的土層中，將強土體的強度。

②土釘和土體、注漿體形成的復合體，為基坑破面的變形起到了束縛的作用，能夠有效的增加土的抗拉能力。

③土釘在施工中擁有很多的孔道，這些空洞用來注漿，加固了土體。

（3）土釘支護中還有其他的重要組成成分，而且都有著重要的作用分別是：

①注漿：注漿的漿液能夠通過土體的縫隙進入土中，將土結合起來，使土變得更加的堅固，有效地改善了土自身的松散性，還保證了各層之間產生的力的傳遞。

②噴射混凝土：在面層對混凝土進行噴射，能夠使土釘團結合作，可以分散單個土釘的受力作用，還能有效地調節土的承載力。可以保護基坑破面的完整性，以防坍塌，影響工程的進度。

2 深基坑土釘支護試驗

2.1 直剪試驗

土釘直剪試驗主要是由上、下兩個半剪力盒構成的。在實驗中為了防止土體的轉動，試驗時將下面的剪力盒固定在試驗所用的板面上，然后在垂直面上對土體進行施壓，逐漸加大壓力，并保證上、下兩個剪力盒的中心對稱。土釘可用加筋替代。通過試驗可以得知，土體加筋的阻力遠比土體未加筋的阻力大，并且加筋的角度不同，產生的阻力也不同。在實驗過程中還可以看到，當剪切移動的位置達到一定時，加筋土體的抗剪強度達到最大，隨著剪切移動位置的加大，土體的抗剪強度降低，所以，土體加筋的抗剪強度與剪切位置的移動有關。通過對直剪試驗的結果分析得知土釘剪切的過程分為：

2.1.1 線性變形時期

在該時期剪切位置的移動距離較小，加筋和未加筋的土體抗剪強度相當，所以，加筋對土體的抗剪強度并無影響，在移動距離很小的時候，其抗剪強度主要有土體自己來承載。

2.1.2 塑性變形時期

在土體進入塑性變形時期，剪切力逐步地向加筋涌動，在這一時期加筋就起到了明顯的作用。加緊通過對應力的傳遞與擴散，使土體相結合隨之周圍的土體也進入到塑性階段，延長了塑性的時間，增加了土體的抗剪強度。

2.1.3 漸進行破壞時期

剪切的位置移動距離逐漸的增加，土體的塑性應變也在逐漸的增加，體積在不多的加大、膨脹，使土體問的剪應力變小，致使土體和加筋問的摩擦力增加，減小了集中應力，使剪切破壞面得以貫穿。

2.1.4 破壞時期

該時期隨著剪切位置移動距離的不斷增加，加筋土體的抗剪強度不再增加，達到一個飽和狀態。但是，較之未加筋的土體抗剪強度還是比較大的。

2.2 抗拔試驗

深基坑土釘支護的土釘具有一定的抗拔力，因此，為了能夠更加具體的了解做了抗拔試驗來進行分析。抗拔試驗分為I、I兩個階段。

2.2.1 I階段（初始階段）

在此時期土釘之間的拉力較小，土釘和土體之間的剪切力出現兩個方向。一個剪應力是指向土體內部的，另一個剪應力是指向土體外部的。兩個力之間的相互作用，保持了土釘拉力之間平衡狀態。

2.2.2 I階段

隨著拉力的不斷增加，在I階段中指向外部的剪切力逐漸減小甚至消失，土釘與土體之間的剪應力方向均指向內部，而且用來保持土釘的平衡與禿頂的拉力相抗衡，最終達到極限，使土釘拔出。

3 深基坑土釘支護控制技術

由于施工方法的不同，所以土釘支護中運用土釘的類型也不同，常用的有鉆孔注漿型、打入型和射入型。其中，最常用的還是鉆孔注漿型。深基坑土釘支護是一種臨時性的工程。其技術與其他工程相比較，復雜性更重。

3.1 深基坑土釘支護技術的應用

3.1.1 深基坑支護大的設計

依據挖掘基坑的場地的形狀、挖掘的寬度、深度對基坑的挖掘進行設計并選則合適的方案。在設計過程中要考慮基坑支護所能承受的承載力進行分析，分析其所能承受的壓力、垂直面上的載荷、施工時土體所承受的載荷、周圍附近的建筑物產生的承載力。對基坑周圍的環境進行考察分析，分析其地質情況、交通情況等進行詳細的資料總結，進行數據的準確收集，從而制定周詳的設計方案。

3.1.2 支護結構的方案選擇

因為支護的種類較多，要根據所需選擇合適的結構，從而制定方案。簡單介紹幾種支護結構以供大家參考。

（1）擋土灌注排樁支護

該支護結構適用于地下水的水位較之基坑的底面較高；基坑的變性比較大。這種支護具有很高的抗彎強度，剛度比較大，有較強的適應性，產生的噪音小。但是，其不能排水，所以對于機器設備的使用也就較多。

（2）土層錨桿支護

這種支護適用于深基坑的面積大的場地，但是對于土層松軟或含有化學物質的場地就不能夠有效地進行支護。其能夠與土體相互結合承受更大的拉拔力，不用使用大型的機器進行挖掘，所以比較經濟。

（3）內支撐支護

這種方法的受力比較合理，對于變形的控制較容易。但支撐材料所需較大，而且在基坑內施工，操作部方便。對于土質松軟的場地能夠有效地起到支護的作用。

（4）土墻支護

土墻支護對于基坑的挖掘深度、土墻的承受力等都有著詳細具體的要求。使用的材料少，減少了工程費用，對于設備的使用更加的便捷，能夠有效地起到擋土、防水的功能。

3.1.3 深基坑土釘支護技術作業

土釘支護技術要按照規定有計劃地、有順序的進行分層挖掘，在未完成上層的土釘與噴混凝土時是不能進行下一步的挖掘的。在基坑面積過大時，只能在周圍8～10cm的范圍內進行開挖，而且要注意分層挖掘的協調性。利用機器進行挖掘時切記基坑邊壁的土體松動，這樣容易造成安全隱患。必須保證坡度的合理性與平整性。分層挖掘要有一定的順序，在規定時間內完成任務。有效防止邊坡滑塌。

3.2 深基坑土釘支護技術的安全管理

（1）在底下噴混凝土之前，要認真檢查作業的周圍環境是否安全，對于不安全的因素進行處理，以保證安全作業。

（2）不良巖層的挖掘后，掩飾會出現松動、不穩定，容易發生塌坍，所

以施工要盡快進行，工作完成后盡快撤離作業區，保證工作人員的安全。

嚴格控制周圍巖石的變形，防止巖石掉落，砸傷的發生。

（3）隨時檢查噴射機的使用情況，嚴防噴射機在使用時由于磨損造成管壁變薄，而給工作人員帶來危害。

（4）在處理管路堵塞問題是，決不能草率行事，馬虎不得，一定要注意安全。

（5）采取有效的措施，防止噴混凝土的時候在混合料的攪拌、回彈物的清理扎傷工作人員。

4 結語

隨著社會的進步，時代的發展，我國建筑行業的飛速發展，深基坑土釘支護工程也越來越受到人們的重視，成為了建筑業的必要手段。因此，基坑支護技術要不斷的更新，在經濟與環境因素的影響下得到不斷的完善與進步。更大程度的發揮其操作便捷、費用低、工期短的優點。

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