C)土釘的拉力沿其長度變化,最大拉力部位隨著向下開挖從開始時靠近面層的端部逐漸向里轉移,一般發生在土體的可能失穩破壞面上。當土釘長度較短時,土體破壞面可能移出上不土釘之外,這些釘中的最大拉力一般法身在釘長中不。
d)當破壞面穿過土釘加固的土體,后者被分割成失穩區和穩定二個部分,前者向外運動,與土釘之間的界面剪力或粘結力的方向向里,使土釘的拉力從端部逐漸增加并在可能的破壞面上達到峰值。而在被動區內,土體與土釘之間的界面剪力方向向外。土體破壞面上的土釘或受拉屈服,或者被拔出。
e)不同深度位置上的土釘,其受到的最大拉力有很大差別,頂部和底部的土釘受力較小,靠近中部的土釘受力較大。但臨近破壞時,底部土釘的拉力顯著增長。
f)支護噴混凝土面層背后的側向土壓力,其沿高度分布也為中間大、上下小,接近梯形而不是三角形,壓力的合力值要比擋土墻理論給出的計算值低得多。這表明土釘支護的面層完全不同于一般的擋土墻。支護面層所受的土壓力合力遠小于土釘到得最大拉力之和。
g)支護的最大水平位移&一般不大于基坑深度或支護高度H的3%。
2、土釘支護工作性能的有限元分析
有限元法用于土工分析已很普遍,對其有效性有不同的看法,其中的主要原因困難在于選擇合適的計算模型和輸入參數。
清華大學宋二祥曾用Plaxis土工有限元程序對土釘支度護做過分析,采用的支護參數,改變支護面層厚度(10㎝和20㎝)和土釘長度,發現面層厚度變化對土釘的最大拉力與支護最大位移都沒有明顯影響,而增加上部土釘長度可以減少支護變形。利用Plaxis程序能模擬開挖過程,在模擬開挖的計算完成之后,可以利用程序中一個特有的計算功能來逐步減少土層的強度參數是體系破壞,這樣就可得到體系的安全系數。這個安全系數與條分法分析土坡穩定時所得到的安全系數由相同的意義。
3.土釘與土體之間的界面粘結性能
界面粘接力是土釘得以發揮作用的基礎。不同的注漿壓力機成孔方法可對界面的粘接性能產生重大影響。對于滲透系數在10-1~10-2cm/s之間的砂、礫石與軟弱巖體,漿體可滲入土的孔隙與巖體裂隙,從而提高粘結范圍。漿體不能滲入滲透系數小于10-3cm/s的粉細砂內,但在壓力漿體下能使其密實,也可改善粘結性能。通常,界面粘結性能用粘結強度表示,通過相處抗拔試驗用下式來確定極限粘結強度τυ,
Т=πÐLτυ,
式中,Т為極限抗拔力;Ð為鉆孔直徑;之中πÐ用土釘的截面代替。由于粘結力沿釘長的分布是不均勻的,所以通過抗拔試驗給出的τυ值與粘結或錨固長度L有關。
只要施工方法相識,注漿錨桿的粘結強度數據也可作為土釘的參考。
四、設計施工的一般原則和要求
土釘支護作為一種擋土結構應滿足規定等的強度、穩定性、變形和耐久性等要求。當土釘支護用于城市建筑密集地區的深基坑開挖時,限制支護的變形,保證周圍建筑物設施的環境安全就變得更為重要。基坑工程中的土釘支護設計與施工必須特別重視一下問題:
а)施工過程必須自始至終與現場的測試監控相結合。通過變形等量測數據和施工過程中不斷發掘的現場地質情況,及時反饋修改設計并指導下一步的施工。
Ь)設計施工文件中要規定控制支護變形的具體措施。比如:限制每步作業的開挖深度和安排合力的挖土工序;限制邊坡開挖面得裸露時間,盡快加以支護;加快注漿和噴混的凝土早期強度的發展等。
с)要充分考慮地表徑流、地下水管變形后漏水和地下水的影響。施工時如土體滲水嚴重,就很難噴設面層混凝土,而且容易引起塌孔。當地下水的流量較大,施工時應采取專門措施降低地下水或設置防水帷幕。
d)基于設計與施工的緊密聯系,土釘支護的設計與施工宜統一由支護施工承包單位負責。一般可由發包單位提出設計的初步方案,有施工承包單位負責完成詳細的初步設計,并交發包單位或第三方審查。完成初步設計所需的地質勘察資料常由發包方提供,但施工單位應對此作出必要的復查與補充,并承擔因勘察資料不全或數據有誤而導致工期延誤或損失的責任,
1.土釘支護的土體包括:有一定毛細粘聚力的中細砂土(含水量不小于5—6%),有一定天然粘聚力的粉土即低塑粘土,以及風化巖層等。這些土體能夠保持開挖時邊坡切割面得短時間穩定,否則就要預先加固土體而增加造價和工期。
2,說明繼配很差,土體松散,不宜修建土釘結構。
2.結構設計參數
土釘支護結構設計所需的參數包括:
⑴現場原位土的力學性能,其中最重要的是選定各層土體的с、φ值。必須通過現場勘探取樣獲得土體內摩擦角。粘聚力、重度、含水度、以及粘性土的液限、塑限等數據。
⑵荷載。除土體自重產生的圖壓力外,有地表荷載,地下構筑物荷載,地下水靜壓和滲流壓力等。
⑶土與土釘之間的界面粘結力。
⑷土釘鋼筋和面層網筋的標準(屈服)強度,砂漿和噴混凝土的強度等級及規定的早期強度。
⑸支護的幾何形狀與平剖面尺寸,通常竊取一個剖面按平面問題進行穩定性分析。
⑹土釘的類型,孔徑,土釘鋼筋直徑、間距和傾角。
⑺面層厚度和配筋。
3.結構分析內容
土釘支護的結構分析需要做到的是,支護結構對極限狀態(強度破壞和穩定破壞)而言有一定的安全儲備,并在使用狀態下能滿足變形要求。結構分析涉及的內容主要有:
⑴結構的整體穩定性分析,其中又分為外部穩定性、失穩的破壞面分析和內部分析。前
⑵土釘內力分析。
⑶土釘抗力計算,包括抗拉強度和抗拔能力二個方面。
⑷支護面層的內力分析和強度驗算。
⑸支護變形及其對周圍建筑物、道路和地下設施影響的環境安全分析評價。
4.開挖過程
控制每步的開挖深度和合理安排作業順序,使開挖面上的裸露土體能在設置支護前的短時間內(至少幾小時)保持穩定,這對于限制土釘支護的變形至關重要。每步的開挖深度一般與土釘的豎向間距相應,通常為1—2米。對于粒狀砂土,能夠保持開挖面直立穩定的高度取決于土體的密度和粘聚力,包括毛細水粘聚力時約分別為0.5、1.2、1.5米。粘性土的直立高度與含水量與有很大關系。對于松散低密砂、無天然粘聚力的干砂(含水量小于1%),或有滲流壓力的含水層時,可在開挖后立即噴上2—3㎝厚的砂漿。
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