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基坑工程是基础和地下工程施工中的一个古老而又极其关键的岩土工程,既要考虑岩土的强度、刚度与稳定性,同时又要考虑到涉及到土与支护结构的共同作用,涉及到工程地质、水文地质、工程力学、工程结构、土力学及基础工程的施工和管理等多种领域,是一个复杂的系统工程。随着土力学理论、计算分析技术、测试仪器以及施工机械、施工技术的进步,深基坑围护技术也得到很大的发展。
对土钉支护结构的研究一般有三种途径:试验研究、理论分析及数值模拟研究。由于影响土钉支护机理的因素复杂多样,因此,试验研究在目前土钉支护技术研究中占据主导地位。
土钉支护在土体自重作用下的基本工作特点如下:1)随着往下开挖,支护不断向外位移;2)土钉置入现场土体后,如果土体不变形,土钉就不会受力;3)土钉的拉力沿其长度变化,最大拉力部位随着向下开挖从开始时靠近面层的端部逐渐向里转移,一般发生在土体的可能失稳破坏面上;4)当破坏面穿过土钉加固的土体,后者被分割成失稳区和稳定区二个部分;5)不同深度位置上的土钉,其受到的最大拉力有很大差别,项部和底部的土钉受力较小,靠近中间部位的土钉受力较大;6)支护喷射混凝土面层背后的侧向土压力,其沿高度分布也为中间大、上下小,接近梯形而不是三角形,压力的合力值要比挡土墙理论给出的计算值(朗肯主动土压力)低得多;7)支护的最大水平位移δh一般不大于坑深或支护高度H的3‰。
土钉支护设计要求查明详细的工程地质条件,结构设计与计算应包括以下内容:1)确定土钉墙的结构尺寸及分段施工长度与高度;2)设计土钉的长度、间距及布置、孔径、钢筋直径等;3)设计面层和注浆参数;4)进行内部和外部稳定性分析计算;5)进行构造设计及质量控制要求。
土钉支护施工过程包括以下几个方面:1)作业面开挖,一般开挖至本层土钉施工有足够的工作面为止,切忌超挖;2)喷射砼面层施工,遇软土或砂土可采取复喷,或挂铁丝网;3)降排水措施,及固定距离设置泄水孔;4)土钉施工包括定位、成孔、置筋、注浆等工序;5)土钉防腐;6)边坡表面处理。
土钉墙工程质量检验包括土钉的基本抗拔力试验、土钉抗拔力检验试验、原材料的进场检验、喷射砼面层强度和厚度检验等。
对于土钉墙支护工程,监测工作是非常必要的。土钉支护的施工监测至少应包括支护整体位移的量测和附近地表、地物的变形、开裂状态观察。对于重要的工程,还宜对支护的工作状态作全面的量测,包括用测斜仪量测支护土体的水平位移,用应变仪量测土钉钢筋的应力,用收敛计监测位移的稳定过程等。
复合土钉支护就是把土钉与其他支护形式或施工措施联合应用,在保证支护体系安全稳定的同时满足某种特殊的工程需要,如限制基坑上部的变形、防止边坡土体内水的渗出、解决开挖面的自立性或阻止基坑地面隆起等。常用的复合土钉支护有三种基本形式:土钉与预应力锚杆、土钉与微型钢管桩、土钉与搅拌桩或旋(摆)喷桩(止水帷幕)联合应用。
文章主要的研究内容如下:
(1)总结土钉支护的概念及其应用范围;
(2)运用试验的方法研究土钉支护的机理及其破坏形式:
(3)土钉结构设计涉及的内容;
(4)土钉施工中定位、成孔、置筋、注浆等工序的注意事项;
(5)深圳半岛城邦基坑支护工程设计及施工实例;
(6)运用SPSS软件对深圳泛海拉菲花园基坑支护工程变形进行分析及预测。
文章通过研究得出以下结论:
(1)土钉支护由于其经济高效,在深圳地区有很大的应用前景;
(2)与其它的挡土技术或支护类型相比,土钉技术具有许多独特的优点,也有其缺点和局限性;
(3)不同深度位置上的土钉,其受到的最大拉力有很大差别,顶部和底部的土钉受力较小,靠近中间部位的土钉受力较大。但临近破坏时,底部土钉的拉力显著增长;
(4)土钉的拉力沿其长度变化,最大拉力部位随着向下开挖从开始时靠近面层的端部逐渐向里转移,一般发生在土体的可能失稳破坏面上;
(5)土钉破坏时土钉产生的剪力较小,在常规土钉墙设计时可以忽略;
(6)运用统计学的方法对基坑的变形进行分析和预测,就有一定的可行性。