淺議土釘墻與錨桿支護體系受力特性

賀育勝 楊 召 張 旭

(西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003)

淺議土釘墻與錨桿支護體系受力特性

賀育勝 楊 召 張 旭

(西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003)

工程實踐中，土釘墻與錨桿在基坑支護中使用中越來越多，但有時從業人員對土釘墻與錨桿支護體系受力特性不太清楚，以致使用不當，造成一定的問題。本文從土釘墻、錨桿的作用機理、使用條件、兩者的差異方面進行了綜述。

土釘墻;錨桿;受力特性

1、土釘墻

1.1 概述。土釘墻由被加固的原位土體、加固土體的土釘群、噴射混凝土面層及必要的防排水系統組成，具自穩能力，類似重力式擋土墻。在上述基本形式的基礎上，再結合預應力錨桿、微型樁及各種帷幕等，就構成了復合土釘墻。

1.2 土釘墻適用條件。適用于基坑支護或邊坡加固，其土層應在地下水位以上或經人工降水處理，包括人工填土、黏性土、弱膠結砂土等土層。

1.3 提高土釘墻整體穩定性的方法

(1)增大土釘直徑，即孔徑越大，越有助于提高土釘的抗拔力，增加結構穩定性。

(2)增加土釘長度，可以提高抗拔力，減小基坑位移，改善穩定性。但試驗表明同類土質條件下，土釘長度有一個臨界值，超過了臨界長度，土釘對承載力的提高并沒有多大幫助。

(3)土釘的密度越大基坑穩定性越好，土釘間距與長度的關系是:土釘長度越長，間距可以越大。

2、錨桿

2.1 概述。錨桿支護與傳統支護的差別是，后者通常被動承受坍塌巖土體的荷載，而前者通過主動加固巖土體，并有效控制變形，以避免坍塌。

2.2 作用原理。錨桿一端錨固在地基巖土層中，另一端則與工程構筑物或擋土墻聯結，以承受土壓力、水壓力等產生的拉拔力、傾側力、上浮力等，以達到穩固巖土層并維持構筑物穩定的目的。

2.3 支護特點

(1)錨桿適應范圍廣，能適應各種地形和場地，其作業機械設備對空間要求低。

(2)錨桿對巖土體的擾動很小，施工開挖后能夠立即提供抗力，并可以很好地控制變形。

(3)錨桿施工適應性強，可根據需要靈活調整作用的部位、方向、間距、密度及作業時間。

(4)錨桿代替鋼或鋼筋混凝土支撐，省材省工，并改善施工條件。

(5)錨桿設計抗力可由抗拔試驗確定，因而易保證設計安全度。

3、土釘與錨桿的差異

(1)拉力分布:土釘全長均與土體發生作用，并產生方向相反的剪力 (τ)，拉力 (σ)沿全長分布并呈現兩頭小、中間大特點。錨桿與土的作用分為自由段和錨固段，前者不與土體接觸，τ≡0，dσ/dx=0;后者與周邊土體發生粘結作用，產生的τ用來平衡σ，而σ在錨固段內是變化的，從錨固段與自由段交界處朝尾端方向呈單調遞減變化。

(2)對土體約束機制:土釘是一種被動受力構件，一般無需施加預應力，借助土體產生的小量變形就可使土釘被動受力。錨桿安裝后大都要施加一定的預應力，以主動抵抗土體變形。

(3)施工密度、質量要求:土釘布置較密，依靠土釘之間的相互作用形成整體，即使個別土釘受到破壞或沒有發揮作用，也不影響整體支護效果。錨桿施工密度和質量要求非常嚴格，一是布置密度小，一般每6～9m2布置1根錨桿;二是每根錨桿都是重要的受力部件，個別錨桿施工不當會影響整體支護效果。

(4)設計承載力與錨頭結構:土釘設計承載力一般較小，≯120kN，而且錨頭很少受力。通常，錨桿設計承載力＞200 kN，并且錨頭結構比較復雜，這樣可以避免錨頭部位擋土結構發生沖切破壞或局部受壓破壞。

(5)施工規模:土釘長度相對短一些，直徑也小一些，因而作業設備較為輕便。而錨桿長度很少短于15m，直徑很少小于130mm，故施工設備較為笨重。

(6)擋土墻工作機理:土釘墻工作時表現出加筋作用，將主動區最危險滑移面的土體“改造”為穩定性更高的復合土體，同時土釘對復合土體進行約束、分擔其荷載，并傳遞擴散應力及約束坡面變形，這樣經土釘墻加固的土層就獲得足夠的安全儲備，使復合土體具有較好的自穩及抵抗附加荷載的能力。土釘密度越大，復合土體彈性模量也越大，土釘墻受力變形也越似重力式擋土墻的特征。錨桿擋土墻通過錨桿將庫倫破裂面前主動區土體的荷載，傳遞到破裂面后穩定的土體中，這樣可以充分調動巖土潛力，大大減輕結構自重，并節約材料。

(7)施工順序:土釘墻施工一般采用自上而下分層分段的順序。錨桿擋土墻既可依自上而下的順序，也可采用自下而上的順序。

(8)注漿工藝:土釘墻多采用常壓重力式一次注漿法，注漿壓力≤0.6MPa。錨桿通常要進行兩次注漿，第二次是在錨固段，以獲得更高的承載力，并且注漿壓力≥2.5MPa。

(9)墻底壓力:由于土釘對混凝土面層反作用力的垂直分量較小，并且分布均勻，所以不需在面層立柱下再設置基礎，但是肋板錨桿擋土墻就需要設置基礎。

(10)筋桿長度:土釘長度較短，所以對基坑外側空間的需求較小;而錨桿需要較大的空間。

4、結語

綜述以上可知，錨桿與土釘墻的作用機理和使用條件有本質區別，從業人員在從業過程中應區別對待，避免因使用不當產生工程事故。

［1］《基坑工程手冊》(第二版)

［2］陳仲頤周景星王洪瑾.《土力學》(第二版)［3］《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)

賀育勝 (1982-)，男，河南民權人，碩士，工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護設計與施工方面的研究。

楊召 (1988-)，男，陜西西安人，本科，助理工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護設計與施工方面的研究。

張旭 (1986-)，女，陜西米脂人，本科，助理工程師，主要從事巖土工程勘察、基坑支護設計與施工、造價等方面的研究。