近年来, 随着我国城市建设的迅速发展, 高层建筑日益增多, 地下空间的利用也随之加大。基坑工程在很大程度上满足了当前的需要, 土钉支护技术作为基坑工程的关键步骤, 因其具有经济适用、施工简便快捷、安全性高等特点已经受到人们越来越多的关注, 而一套好的设计方案和施工方法, 对于基坑工程就显得尤为重要。所以, 探讨基坑工程中支护的设计与施工具有重要的现实意义。
1 基坑工程中土钉支护的设计
1.1 土钉支护概述
土钉就是置于土体中排列间距较密集的细长杆件, 常以钢筋、圆钢和扁钢作为土钉材料。土钉支护主要是用于基坑工程中土体开挖及边坡稳定的一项新型挡土技术, 具有经济适用、施工简便快捷、安全可靠等特点。
1.2 土钉支护的设计原则
土钉支护作为一种挡土结构就必须满足规定的耐久性、稳定性、变形和强度等要求。土钉支护的具体设计原则包括如下几点。
(1) 土钉支护方案的选择要尽量与土体性状相适应。首先, 要了解并掌握土体的工程特性;其次, 还要考虑地下水、地表径流及地下水管漏水等影响因素。
(2) 为了能够适应边坡的限量变形, 土钉支护结构要具有一定的柔性, 要刚度适宜, 同时还要限制开挖深度和台阶高度, 以便及时进行支护, 控制结构的变形量。
(3) 土钉在沿支护高度上下分布时, 因其在使用状态下的内力相差较多, 通常为中间大, 顶部和底部偏小, 所以, 中部的土钉所起的作用也要比顶部和底部的大。由于顶部土钉能有效的限制地表开裂, 如果顶部土钉较短, 则会导致土钉尾部以外的地表出现大面积开裂现象, 虽然土钉支护的稳定性和强度不会受到很大影响, 但却会使整个支护结构发生水平移位。因此, 在设计时最好适当加长顶部的土钉长度。
(4) 为了使土钉能够更好的与周围土体复合在一起, 对于不同的土体, 土钉的间距要尽量控制在合理的范围, 不宜过大, 如饱和粘土中土钉的水平间距以1m/根比较合适, 干硬粘土中水平间距应尽量大于2m/根。土钉的竖向间距要和开挖的深度相对应。
(5) 土钉倾角主要是取决于土层特征及注浆方法等因素, 通常其角度约在5°～20°之间。
1.3 土钉支护设计的有限元法
土钉支护主要是通过土钉来改善基坑开挖面附近的土体强度, 以达到支护目的, 是一种柔性主动制约机制的支护技术。土钉支护技术由于涉及的问题较多, 如面层上的土压力大小、土钉的有效长度及间距、滑裂面、支护结构变形等。因此, 需借助数值模拟的方法对这些问题进行解决。有限单元法是岩土工程中较为常见的一种数值分析方法。从原理上讲, 有限单元法将支护和土体都作为变形体, 分析基坑开挖和卸载条件下土体和各支护点的应力位移, 是一种适用性广、合理准确的设计计算方法。
1.4 土钉支护的设计内容
进行土钉支护设计, 首先要根据工程类别和施工经验, 初步选定各部件的尺寸和材料参数;其次, 进行计算分析, 其主要包括以下几个方面的内容。
(1) 支护的内、外部整体稳定性分析。内部稳定性可按圆弧破坏面采用条分法进行分析, 对于外部, 可以将土钉加固的土体当做挡土墙, 并以此进行抗隆起、抗倾覆、抗滑动和抗管涌验算进行稳定性分析。
(2) 土钉设计计算。其中包括土钉设计内力、最大抗力和土钉长度的确定, 以及土钉抗拉断裂极限状态计算和注浆钉包裹体锚固极限状态计算。
(3) 喷射混凝土面层的设计计算。
(4) 土钉与混凝土面层的连接计算;最后, 根据以上的计算对各部件的初步参数进行调整及修改, 绘制施工图开始施工。
2 基坑工程中土钉支护的施工
2.1 基坑开挖
为了让施工工作能够快速、安全的进行, 土钉支护必须逐层进行, 开挖的最大高度要以土体的稳定性和土钉竖向间距的大小来决定。通过施工流程和施工期间边坡稳定和坡面面积的衔接, 确定基坑开挖的纵向长度。使用机械设备开挖时, 要尽量减少扰动支护土层, 在支护之前必须对坡体表面出现松动的部位进行清除, 基坑开挖过程中, 要严格按照完成上层支护后才能开挖下层的原则, 以此确保边坡稳定及控制边坡变形, 保证开挖工作能够安全进行。
2.2 排水
基坑土钉支护在施工时, 应充分考虑到地下水对其结构的影响, 必须做好排水工作, 防止静水压力过大, 导致混凝土面层受损, 同时还要尽量避免基坑加固土体处于饱和状态, 如果出现饱和状态将很有可能使支护结构出现位移, 影响结构的稳定性。在基坑土钉支护施工过程中, 主要采用的排水方式有:浅部排水、深部排水和坡面排水。
2.3 喷射混凝土面层
由于地层性质的差异, 喷射混凝土面层时, 一定要控制好施工时间。通常情况下, 为了防止坡面土体崩解和松弛, 应尽快喷射混凝土面层。为了使混凝土面层能够更好的起到加强作用, 可在其中配备一些钢筋网。
2.4 土钉支护施工
土钉支护的施工工序主要包括定位、成孔、置筋、注浆和锚头焊接等。在基坑土层含水量大或土质差时, 成孔后要尽快放置钢筋, 为了确保钢筋能够位于孔中心, 需在钢筋上每隔2m～3m焊制一个定位架, 然后注入浆液。由于注浆时要尽量将孔内的水和气排出, 所以应采用由孔底向外的注浆方法, 保证注浆质量。浆体凝固并达到相应强度后, 开始锚头焊接, 锚头应与土钉焊接牢固, 并和钢筋网相连接形成整体。
2.5 施工监测
土钉支护施工过程中, 较为重要和直观的监测主要是针对土钉支护时的位移而言的。监测时如果发现跳跃点和位移突变, 要及时停止施工, 并进行变形原因分析和处理, 问题解决后才能继续施工。做好施工中的监测工作, 可以更好的保证工程质量。
3 结语
总而言之, 在基坑工程土钉支护的设计与施工中, 应遵循土钉支护的设计原则, 选择适当的计算方法做好设计工作, 以此保障土钉支护施工的顺利进行, 从而为提高土钉支护的施工质量提供保障。
摘要：土钉支护技术已经成为工民建施工中基坑开挖所采取的常用技术措施之一, 因其具备很多优点, 近些年来在基坑工程中得了广泛应用。本文对基坑工程土钉支护的设计与施工中的相关问题进行初步探讨, 仅供同行参考。
关键词：基坑工程,土钉支护,设计,施工
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