復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

王宏東

（蘭州工業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院 甘肅蘭州 730050）

0 前言

土釘墻是一種工藝簡單、經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)技術(shù)，但其適用范圍卻相對(duì)狹窄，對(duì)此，人們研究開發(fā)出了復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)，將土釘墻和其他補(bǔ)強(qiáng)措施有機(jī)結(jié)合起來，在建筑工程深基坑支護(hù)中發(fā)揮出了顯著的作用。但在工程實(shí)踐中，由于作用機(jī)理和工作機(jī)制的研究了解不夠深入，導(dǎo)致復(fù)合土釘墻支護(hù)施工經(jīng)常發(fā)生事故，因此有必要進(jìn)行更加深入的研究和總結(jié)。

1 復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)簡介

早在20世紀(jì)70年代，土釘支護(hù)技術(shù)就已經(jīng)在工程作業(yè)中獲得應(yīng)用，其作用是保障邊坡部位的穩(wěn)定和安全。自此之后，這種簡便快捷、高效經(jīng)濟(jì)的支護(hù)技術(shù)得到了廣泛的推廣，應(yīng)用范圍也逐步拓展到基坑支護(hù)、邊坡加固等巖土工程中。再次之后，法國、美國等國家均對(duì)土釘墻支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并形成了相對(duì)完善的理論。在國內(nèi)，最早關(guān)于土釘支護(hù)技術(shù)的試驗(yàn)研究是由山西太原煤礦設(shè)計(jì)院的王步云在1980年開展的，為山西柳灣煤礦邊坡支護(hù)工程的實(shí)施提供了技術(shù)支撐。

世界范圍內(nèi)最早的成功應(yīng)用復(fù)合土釘墻技術(shù)的案例為法國Montpellier Opera（1985）工程所采用的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。相對(duì)而言，該技術(shù)在國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用時(shí)間則稍晚，最早的一例在1993年廣州065搶險(xiǎn)加固工程中，通過預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)和土釘?shù)膹?fù)合應(yīng)用以防止土體的過度變形。

2 復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式和作用機(jī)理分析

結(jié)合近些年的工程實(shí)踐來看，復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式已經(jīng)變得越來越多樣化，在實(shí)際工程中應(yīng)用最廣泛的幾種構(gòu)造包括土釘與止水帷幕復(fù)合支護(hù)、土釘和微型樁復(fù)合支護(hù)、土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)。

在以上幾種復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)中，土釘和止水帷幕的復(fù)合可以同時(shí)起到防止基坑周圍地表沉降和隔水的效果。尤其是是在一些地下水豐富的區(qū)域，為了避免滲水影響到基坑開挖作業(yè)，常常在支護(hù)體系中加入止水帷幕，這樣不僅能夠有效隔水，同時(shí)還可以保障基坑側(cè)壁的穩(wěn)固性，避免基坑變形的情況發(fā)生。而且止水帷幕的工程造價(jià)偏低，因此常常和土釘墻進(jìn)行復(fù)合支護(hù)。

土釘墻和微型樁復(fù)合支護(hù)適用于地下水少或是不存在地下水的地區(qū)。微型樁是指樁徑在400mm以內(nèi)，長細(xì)比大于30的灌注樁，因此也被稱作“小樁”。將土釘和微型樁進(jìn)行復(fù)合支護(hù)有效應(yīng)用于土質(zhì)松散且成孔較為困難的地區(qū)。在此類符合支護(hù)結(jié)構(gòu)中，微型樁實(shí)際上發(fā)揮著類似攪拌樁的作用，但由于無法實(shí)現(xiàn)兩兩相互搭接連續(xù)城墻，難以形成止水防滲效果，所以比較適用于地下水位偏低的工程項(xiàng)目。

土釘墻和預(yù)應(yīng)力錨桿符合支護(hù)多用于基坑變形較為嚴(yán)格的區(qū)域，如城市市區(qū)這類周邊環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū)，通過在土層中植入錨桿的方式可以有效防止邊坡變形或是基坑位移的情況發(fā)生，避免對(duì)周邊的建筑產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際使用的過程中，土釘和土體發(fā)生變形之后才能受力，而預(yù)應(yīng)力錨桿則是通過預(yù)先施加壓力的方式限制基坑、邊坡的形變，分屬于被動(dòng)受力和主動(dòng)受力，因此二者的協(xié)調(diào)配合機(jī)理相對(duì)復(fù)雜。

土釘墻和預(yù)應(yīng)力錨桿復(fù)合支護(hù)技術(shù)的實(shí)施對(duì)土體強(qiáng)度和剛度有著較高的要求，因此首先需要在基坑邊壁使用土釘注漿體以強(qiáng)化土體的粘聚力和穩(wěn)固性，為后續(xù)錨桿植入做好鋪墊。之后，將預(yù)應(yīng)力錨桿植入到巖土穩(wěn)定性較差的區(qū)域，最好選擇質(zhì)地較為堅(jiān)硬的巖層，使土釘、土層、預(yù)應(yīng)力錨桿等結(jié)構(gòu)形成聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)固的整體，共同承擔(dān)基坑開挖產(chǎn)生的荷載。

在復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的過程中，還涉及到一項(xiàng)重要的工作，即內(nèi)力和位移的計(jì)算，以多層土釘或是多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)為例，在土釘和錨桿位置不同的情況下，受力情況也存在一定的差異性。如果在距離開挖面一定深度（h）的部位置入土釘（錨桿），則需要首先開挖至h+△h處，也就是說土釘（錨桿）在置入之前維護(hù)結(jié)構(gòu)就已經(jīng)產(chǎn)生了內(nèi)力和位移。對(duì)此可以采用增量法，即將每一個(gè)施工過程中增加的荷載作為一個(gè)增量荷載，包括土壓力增量和施工開挖部分土體的反作用力。如此施工引起的內(nèi)力和位移就是所有增量計(jì)算結(jié)果的迭加。雖然預(yù)應(yīng)力錨桿和土釘存在差異，預(yù)應(yīng)力的作用會(huì)是結(jié)構(gòu)受力和變形程度減小，但也可以適用于增量法。需要特別注意的是，在實(shí)際計(jì)算中需將施加預(yù)應(yīng)力的過程看作一個(gè)增量步。

3 復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的存在的問題以及未來發(fā)展研究方向分析

3.1 現(xiàn)今復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用存在的問題分析

結(jié)合現(xiàn)如今復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)在我國工程項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)踐來看，其存在的問題主要有以下幾項(xiàng)：

（1）對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)較大。建筑工程深基坑開挖對(duì)周邊建筑存在顯著的影響，土釘和錨桿的置入對(duì)空間需求較大，而當(dāng)前城市區(qū)域的地下地上環(huán)境都十分復(fù)雜，各類管線密布，根本不具備實(shí)施復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)的客觀條件，對(duì)該技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用造成了阻礙。

（2）變形控制難度高。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的原理是通過土體變形是土釘被動(dòng)受力，在深基坑支護(hù)中，很難將變形控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。而想要解決這一問題則需要增加土釘長度和密度或是進(jìn)行超前支護(hù)，則無疑會(huì)使造價(jià)出現(xiàn)增長。

（3）監(jiān)督難度大，不利于質(zhì)量控制。復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)應(yīng)用中涉及到的土釘數(shù)量較多，為質(zhì)量檢驗(yàn)帶來了巨大困難，在一些制度不完善的地區(qū)，常常因檢測不合格導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。

3.2 復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)的未來發(fā)展研究方向

針對(duì)復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)的研究工作是為了更好的推廣應(yīng)用該技術(shù)，創(chuàng)造出更多的效果，因此未來一段時(shí)間的研究工作必然是針對(duì)現(xiàn)有的問題，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)復(fù)合支護(hù)理論進(jìn)行完善，明確復(fù)合土釘墻支護(hù)的作用機(jī)理、受力結(jié)構(gòu)的協(xié)同機(jī)制、變形規(guī)律以及施工中存在的各類影響因素，為技術(shù)實(shí)施創(chuàng)造良好條件。

（2）檢測技術(shù)的研發(fā)升級(jí)。在復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的過程中，現(xiàn)有的試驗(yàn)檢測技術(shù)根本無法有效的驗(yàn)證設(shè)計(jì)抗拔力，且檢測技術(shù)十分單一，這對(duì)技術(shù)的有效實(shí)施帶來了負(fù)面影響?；诖耍谖磥硪欢螘r(shí)期內(nèi)，該領(lǐng)域研究工作的重點(diǎn)就是探索多樣化的試驗(yàn)檢測技術(shù)，為施工質(zhì)量提供支撐。

（3）特殊土的應(yīng)用，拓展復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其能夠應(yīng)用于凍土、濕陷土等特殊土質(zhì)區(qū)域中。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用確實(shí)帶來了不錯(cuò)的綜合效益，但其仍舊存在一些問題有待解決，需要技術(shù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探索。