談土釘墻支護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀

王龍祥

(河北中色華冠巖土工程有限公司，河北廊坊 065201)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，人民對(duì)生活空間的需求量劇增，為了解決這一矛盾，大量高層或超高層建筑物和各種地下建筑物不斷出現(xiàn)，從而加速了基坑工程的發(fā)展。土釘墻支護(hù)具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單、安全性好、噪聲低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于基坑工程中［1］。但施工過(guò)程中對(duì)土釘墻支護(hù)的認(rèn)識(shí)還不夠，常導(dǎo)致事故的發(fā)生。為此，有必要對(duì)土釘墻支護(hù)的支護(hù)形式和工作性能以及其存在的問(wèn)題和發(fā)展方向進(jìn)行概述。

1 概述

1.1 土釘墻定義

土釘墻具有“土”“釘”“墻”三個(gè)基本特征［2］，由土釘體、混凝土面層、原位土體及防排水系統(tǒng)構(gòu)成，是一種擋土結(jié)構(gòu)。其中土釘是主要的受力單元，它是一種細(xì)長(zhǎng)的金屬桿件，一般為鋼筋。土釘墻支護(hù)是將這種金屬桿件預(yù)先插入鉆好的斜孔中，并進(jìn)行全孔注漿封填，然后將土釘頂端焊接在鋼筋網(wǎng)，最后進(jìn)行噴射混凝土面層而形成的一種支護(hù)形式。

1.2 土釘墻發(fā)展簡(jiǎn)史

土釘墻支護(hù)最初出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代初期的法國(guó)［2］，主要用于公路和鐵路的邊坡施工，隨后很快被用于基坑開(kāi)挖的支護(hù)中。后來(lái)德國(guó)、美國(guó)、加拿大和英國(guó)先后將其用于基坑工程中。我國(guó)于20世紀(jì)90年代在較淺的基坑開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始應(yīng)用這種技術(shù)。與此前廣泛使用的地下連續(xù)墻和排樁相比，其造價(jià)低廉，施工快捷，成為了目前應(yīng)用最廣的基坑支護(hù)形式之一［3］。

1.3 土釘墻適用范圍

土釘墻支護(hù)的適用范圍如圖1所示，適用于粘性土、粉土、雜填土、素填土、非松散的砂土和碎石土等土層。此外，土釘墻支護(hù)形式不適用于含有較大粒徑的卵石、碎石的土層和飽和軟粘土層，因?yàn)樵谶@種地層中掏孔比較困難。對(duì)于基坑底部位于地下水位以下的條件應(yīng)給予降水。特別值得注意的是當(dāng)有上層滯水，上、下水道漏水，或有積水的化糞池、古井、防空洞等存在時(shí)，常會(huì)引起土釘墻結(jié)構(gòu)的局部坍塌，要查清水的來(lái)源和分布，并妥善處理。

圖1 土釘墻支護(hù)應(yīng)用范圍

2 土釘墻的支護(hù)形式及發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 普通復(fù)合土釘墻

目前采用單一的土釘墻支護(hù)常常不能滿足施工的需求，所以常采用土釘墻與其他支護(hù)方法結(jié)合的形式，稱為復(fù)合土釘墻。這種支護(hù)技術(shù)以土釘墻支護(hù)形式為主體，以其他補(bǔ)強(qiáng)措施為輔助，提高了土體的穩(wěn)定性，克服了單一傳統(tǒng)土釘墻支護(hù)的固有缺陷，擴(kuò)大了土釘墻的適用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，復(fù)合土釘墻的支護(hù)形式多種多樣，其中基本的構(gòu)造設(shè)計(jì)有以下四種:1)土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿;2)土釘墻+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿;3)土釘墻+止水帷幕+預(yù)應(yīng)力錨桿;4)土釘墻+止水帷幕+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨桿。

2.2 鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)

在一些特殊的基坑中，尤其是基坑外側(cè)地下水位高于基底的工程中，因?yàn)榈叵滤挠绊懀茈y預(yù)成孔，因此產(chǎn)生了打(壓)入式鋼管土釘工藝，即采用專用設(shè)備將鋼管打入或壓入土體中，不需成孔，并在鋼管內(nèi)插入注漿管進(jìn)行壓力注漿，通過(guò)預(yù)先在鋼管壁上留下的小孔，使?jié){液擴(kuò)散在周圍土體中，從而形成注漿體，類似于加固工程中的水泥注漿加固工藝。鋼管式土釘解決了特殊土層中土釘成孔的困難，且經(jīng)濟(jì)成本不高［4］。但是鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)也存在一些缺點(diǎn)，與鋼筋土釘相比，因鋼筋土釘是先行成孔，故在不塌孔的前提下，注漿體成型較好，基本呈規(guī)則的圓柱體，經(jīng)過(guò)壓力注漿后與土體接觸緊密，可以很好的產(chǎn)生摩擦力;而鋼管式土釘是直接進(jìn)入土層，通過(guò)管壁上預(yù)留的小孔將漿液擠入土體，由于無(wú)法控制漿液的走向，漿液進(jìn)入土體后在土層的最松散薄弱處分布，導(dǎo)致注漿體成型不規(guī)則，與土體接觸面很少，可能出現(xiàn)鋼管局部甚至全部四周無(wú)漿的情況。對(duì)于鋼管樁復(fù)合土釘墻支護(hù)的應(yīng)用和改進(jìn)需要進(jìn)一步研究。

2.3 毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)

我國(guó)南方盛產(chǎn)毛竹(見(jiàn)圖2)，該種植物繁殖力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短且生長(zhǎng)迅速，是一種綠色環(huán)保的可再生資源［5］。新伐的毛竹的纖維有很強(qiáng)的抗拉能力，雖然長(zhǎng)期強(qiáng)度因纖維老化腐蝕會(huì)逐漸降低，但其短期強(qiáng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定［6］。毛竹的這種特性正符合建筑物基坑的臨時(shí)支護(hù)的特性。以毛竹作為新型土釘不會(huì)對(duì)相鄰的構(gòu)筑物的施工造成較大的困擾。毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)就是以毛竹取代鋼制土釘，用竹篾網(wǎng)取代鋼筋網(wǎng)，與基坑坡腳的毛竹排樁一起構(gòu)成的復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)［7］。與普通復(fù)合土釘墻相比，用毛竹代替鋼筋和水泥是復(fù)合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，滿足了國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，毛竹復(fù)合土釘墻支護(hù)形式是一種綠色環(huán)保的新技術(shù)，值得推廣與進(jìn)一步研究。

圖2 我國(guó)南方盛產(chǎn)的毛竹

3 存在的問(wèn)題及發(fā)展方向

1)土釘墻的施工結(jié)合開(kāi)挖過(guò)程，是一種動(dòng)態(tài)的支護(hù)過(guò)程。在理論上，目前還未能完全的研究透徹土釘?shù)淖饔脵C(jī)理［8］，并且由于是隱蔽工程，因此存在很多不確定的巖土參數(shù)。為大限度保證基坑的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)提高土釘墻的安全系數(shù)，這就造成了材料的浪費(fèi)。

2)對(duì)土釘墻的計(jì)算模型也有很多值得探討之處。有些基坑規(guī)范上，土壓力的計(jì)算仍然選用三角形土壓力分布模型計(jì)算，或者根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，這與實(shí)際測(cè)出的土壓力相差較大。

3)利用各種分析建模軟件對(duì)土釘墻的變形分析也是目前比較常用的方法［9］。用軟件來(lái)進(jìn)行模擬分析雖然會(huì)與實(shí)際工程有些出入，總有一些理想化的邊界條件，但是為土釘墻變形的理論分析提供了可靠的依據(jù)。

4)土釘設(shè)計(jì)中對(duì)面層的工作原理的認(rèn)識(shí)不夠，工程中測(cè)出的面層土壓力和面層的設(shè)計(jì)有著極大的差別［10］。面層土壓力會(huì)對(duì)基坑變形和應(yīng)力分布產(chǎn)生影響，因此，對(duì)土釘墻的另一個(gè)重要研究就是對(duì)面層的工作原理的研究。

5)毛竹復(fù)合土釘墻是一種低耗能環(huán)保的支護(hù)結(jié)構(gòu)，還具有優(yōu)于傳統(tǒng)土釘墻的優(yōu)勢(shì)，具有良好的發(fā)展勢(shì)頭。土釘墻與其他各種支護(hù)形式復(fù)合使用是未來(lái)土釘墻支護(hù)形式的主要發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

土釘墻支護(hù)造價(jià)低廉，施工快捷，是目前應(yīng)用最廣的基坑支護(hù)形式之一，土釘墻的施工工藝、加筋機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算也是巖土工程中的一個(gè)重要問(wèn)題。本文介紹了土釘墻支護(hù)的概念與發(fā)展，評(píng)價(jià)了土釘墻現(xiàn)存的各種形式，并指出了土釘支護(hù)存在的問(wèn)題和發(fā)展方向，以期給土釘墻支護(hù)的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。