深基坑土钉支护机理与控制技术研究

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摘要：城市建设在不断地向前发展，人口不断的密集，建筑物越来越高，因此，基坑挖掘的深度也在不断的加深，就需要采用新的支护技术手段来实现，所以土钉支护技术得以采用，发展的也越来越迅速。就此来讨论下深基坑土钉支护的机理和控制技术。

关键词：深基坑；土钉；支护机理；控制技术；研究

中图分类号：TU473 文献标识码：B 文章编号：1674-3954（2013）21-0001-02

土钉支护比较复杂，人们对于其作用机理和技术手段了解的不充分，还在不断地研究。为了给土钉支护的设计提供可靠的理论依据，通过土钉直剪试验、理论数据的分析、数值模拟等方法对其作用机理和和模式进行了深入的钻研。

1 深基坑土钉支护机理

1.1 受力机理

土本身是用来搭建的，其形成的体系称之为土体，是一种结构体系。土体自身有一定稳定性，还可以承载一些其他物体，但是其抗剪、抗拉强度过于低下，因此在挖掘基坑尤其是基坑较深时，基坑的边坡必须保持直立的临界高度，以保证土坡的稳定性。土钉支护，土钉与土相互作用，改变了土体的变形和破换形态，不仅增加了土体本身的稳定性，还加强了其强度，有效地改变了土的受力情况。这样土钉在受力过程中，不会突然的塌陷，保证了深基坑挖掘的顺利进行。在土钉支护中，土钉是主要受力的其特点是：

（1）合理、科学的利用了土本身的承载能力，增加了强度与柔性。

（2）具有良好的抗拉、抗压力。

（3）能够有效的克服对于场地小、突破挖掘困难等问题。

（4）对土的要求不严格，不管是沙土、粘土还是软土都能够安全可靠地进行施工。

（5）土钉便于制作，施工时简单、便捷。

（6）灵活性比较大，不会对周围的环境造成大面积的破坏。

（7）用材少、费用低、工期短。

1.2 作用机理

（1）土钉是复合土体的重要组成部分，主要受力元件，其在深基坑挖掘中起到了重要的作用：

①土钉将土体和土钉有效地结合形成一个整体，对复合土体起到了支撑、骨架的作用。

②土钉分担了土体本身的受力情况，当土体进入塑性状态后，应力就会逐渐地向土钉转移，土钉对土的分担作用就更加的明显。

③土钉将应力逐渐的传递、扩散，这样就推迟了开裂的形成与发展。

④加强了破面边界的约束作用。

（2）作用机理

①通过土钉与土之间的摩擦力，将土体面层的压力传递到稳定的土层中，将强土体的强度。

②土钉和土体、注浆体形成的复合体，为基坑破面的变形起到了束缚的作用，能够有效的增加土的抗拉能力。

③土钉在施工中拥有很多的孔道，这些空洞用来注浆，加固了土体。

（3）土钉支护中还有其他的重要组成成分，而且都有着重要的作用分别是：

①注浆：注浆的浆液能够通过土体的缝隙进入土中，将土结合起来，使土变得更加的坚固，有效地改善了土自身的松散性，还保证了各层之间产生的力的传递。

②喷射混凝土：在面层对混凝土进行喷射，能够使土钉团结合作，可以分散单个土钉的受力作用，还能有效地调节土的承载力。可以保护基坑破面的完整性，以防坍塌，影响工程的进度。

2 深基坑土钉支护试验

2.1 直剪试验

土钉直剪试验主要是由上、下两个半剪力盒构成的。在实验中为了防止土体的转动，试验时将下面的剪力盒固定在试验所用的板面上，然后在垂直面上对土体进行施压，逐渐加大压力，并保证上、下两个剪力盒的中心对称。土钉可用加筋替代。通过试验可以得知，土体加筋的阻力远比土体未加筋的阻力大，并且加筋的角度不同，产生的阻力也不同。在实验过程中还可以看到，当剪切移动的位置达到一定时，加筋土体的抗剪强度达到最大，随着剪切移动位置的加大，土体的抗剪强度降低，所以，土体加筋的抗剪强度与剪切位置的移动有关。通过对直剪试验的结果分析得知土钉剪切的过程分为：

2.1.1 线性变形时期

在该时期剪切位置的移动距离较小，加筋和未加筋的土体抗剪强度相当，所以，加筋对土体的抗剪强度并无影响，在移动距离很小的时候，其抗剪强度主要有土体自己来承载。

2.1.2 塑性变形时期

在土体进入塑性变形时期，剪切力逐步地向加筋涌动，在这一时期加筋就起到了明显的作用。加紧通过对应力的传递与扩散，使土体相结合随之周围的土体也进入到塑性阶段，延长了塑性的时间，增加了土体的抗剪强度。

2.1.3 渐进行破坏时期

剪切的位置移动距离逐渐的增加，土体的塑性应变也在逐渐的增加，体积在不多的加大、膨胀，使土体问的剪应力变小，致使土体和加筋问的摩擦力增加，减小了集中应力，使剪切破坏面得以贯穿。

2.1.4 破坏时期

该时期随着剪切位置移动距离的不断增加，加筋土体的抗剪强度不再增加，达到一个饱和状态。但是，较之未加筋的土体抗剪强度还是比较大的。

2.2 抗拔试验

深基坑土钉支护的土钉具有一定的抗拔力，因此，为了能够更加具体的了解做了抗拔试验来进行分析。抗拔试验分为I、I两个阶段。

2.2.1 I阶段（初始阶段）

在此时期土钉之间的拉力较小，土钉和土体之间的剪切力出现两个方向。一个剪应力是指向土体内部的，另一个剪应力是指向土体外部的。两个力之间的相互作用，保持了土钉拉力之间平衡状态。

2.2.2 I阶段

随着拉力的不断增加，在I阶段中指向外部的剪切力逐渐减小甚至消失，土钉与土体之间的剪应力方向均指向内部，而且用来保持土钉的平衡与秃顶的拉力相抗衡，最终达到极限，使土钉拔出。

3 深基坑土钉支护控制技术

由于施工方法的不同，所以土钉支护中运用土钉的类型也不同，常用的有钻孔注浆型、打入型和射入型。其中，最常用的还是钻孔注浆型。深基坑土钉支护是一种临时性的工程。其技术与其他工程相比较，复杂性更重。

3.1 深基坑土钉支护技术的应用

3.1.1 深基坑支护大的设计

依据挖掘基坑的场地的形状、挖掘的宽度、深度对基坑的挖掘进行设计并选则合适的方案。在设计过程中要考虑基坑支护所能承受的承载力进行分析，分析其所能承受的压力、垂直面上的载荷、施工时土体所承受的载荷、周围附近的建筑物产生的承载力。对基坑周围的环境进行考察分析，分析其地质情况、交通情况等进行详细的资料总结，进行数据的准确收集，从而制定周详的设计方案。

3.1.2 支护结构的方案选择

因为支护的种类较多，要根据所需选择合适的结构，从而制定方案。简单介绍几种支护结构以供大家参考。

（1）挡土灌注排桩支护

该支护结构适用于地下水的水位较之基坑的底面较高；基坑的变性比较大。这种支护具有很高的抗弯强度，刚度比较大，有较强的适应性，产生的噪音小。但是，其不能排水，所以对于机器设备的使用也就较多。

（2）土层锚杆支护

这种支护适用于深基坑的面积大的场地，但是对于土层松软或含有化学物质的场地就不能够有效地进行支护。其能够与土体相互结合承受更大的拉拔力，不用使用大型的机器进行挖掘，所以比较经济。

（3）内支撑支护

这种方法的受力比较合理，对于变形的控制较容易。但支撑材料所需较大，而且在基坑内施工，操作部方便。对于土质松软的场地能够有效地起到支护的作用。

（4）土墙支护

土墙支护对于基坑的挖掘深度、土墙的承受力等都有着详细具体的要求。使用的材料少，减少了工程费用，对于设备的使用更加的便捷，能够有效地起到挡土、防水的功能。

3.1.3 深基坑土钉支护技术作业

土钉支护技术要按照规定有计划地、有顺序的进行分层挖掘，在未完成上层的土钉与喷混凝土时是不能进行下一步的挖掘的。在基坑面积过大时，只能在周围8～10cm的范围内进行开挖，而且要注意分层挖掘的协调性。利用机器进行挖掘时切记基坑边壁的土体松动，这样容易造成安全隐患。必须保证坡度的合理性与平整性。分层挖掘要有一定的顺序，在规定时间内完成任务。有效防止边坡滑塌。

3.2 深基坑土钉支护技术的安全管理

（1）在底下喷混凝土之前，要认真检查作业的周围环境是否安全，对于不安全的因素进行处理，以保证安全作业。

（2）不良岩层的挖掘后，掩饰会出现松动、不稳定，容易发生塌坍，所

以施工要尽快进行，工作完成后尽快撤离作业区，保证工作人员的安全。

严格控制周围岩石的变形，防止岩石掉落，砸伤的发生。

（3）随时检查喷射机的使用情况，严防喷射机在使用时由于磨损造成管壁变薄，而给工作人员带来危害。

（4）在处理管路堵塞问题是，决不能草率行事，马虎不得，一定要注意安全。

（5）采取有效的措施，防止喷混凝土的时候在混合料的搅拌、回弹物的清理扎伤工作人员。

4 结语

随着社会的进步，时代的发展，我国建筑行业的飞速发展，深基坑土钉支护工程也越来越受到人们的重视，成为了建筑业的必要手段。因此，基坑支护技术要不断的更新，在经济与环境因素的影响下得到不断的完善与进步。更大程度的发挥其操作便捷、费用低、工期短的优点。

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