吳大國(guó)

（ 安 徽 省 水利部淮河水利委員會(huì)科學(xué)研究院 合肥 230088）

1 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，高層建筑、地下工程等項(xiàng)目日益增多，深基坑工程也越來越多，深基坑支護(hù)技術(shù)得到較快發(fā)展?；又ёo(hù)的方式有土釘墻支護(hù)、排樁支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、樁錨支護(hù)等[1]。1912年，德國(guó)謝列茲礦最先采用錨桿支護(hù)井下巷道以來，錨桿支護(hù)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、成本低和對(duì)工程適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在土木工程中得到了廣泛應(yīng)用；土釘支護(hù)是近年發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術(shù)，由于經(jīng)濟(jì)可靠且施工快速簡(jiǎn)便，成為基坑支護(hù)中常見的支護(hù)方式。雖然基坑支護(hù)相關(guān)規(guī)范中對(duì)土釘與錨桿有著明確的定義[2]、[3]，但工程實(shí)踐中技術(shù)人員對(duì)二者的概念依然混淆不清。本文通過以下幾點(diǎn)對(duì)土釘與錨桿的區(qū)別予以探討。

2 概念區(qū)別

土釘是用來加固或同時(shí)錨固現(xiàn)場(chǎng)原位土體的細(xì)長(zhǎng)桿件，通常采取土中鉆孔、置入變形鋼筋即帶肋鋼筋并沿孔全長(zhǎng)注漿的方法做成。土釘也可用鋼管、角鋼等作為釘體，采用直接擊入的方法置入土中[2]。土釘墻技術(shù)則是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足。因此通過以增強(qiáng)邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動(dòng)制約機(jī)制為基礎(chǔ)的復(fù)合土體，有效地提高了土體的整體剛度，彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。通過相互作用、土體自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過程中不會(huì)發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進(jìn)性變形和開裂破壞，不會(huì)發(fā)生整體性塌滑。

錨桿是將拉力傳遞到穩(wěn)定的巖層或土體的錨固體系，通常包括桿體（由鋼絞線、鋼筋、特制鋼管等筋材組成）、注漿體、錨具、套管和可能使用的連接器。當(dāng)采用鋼絞線或鋼絲束作桿體材料時(shí)，可稱錨索[3]。

3 工作機(jī)理區(qū)別

土釘依靠與土體之間的界面粘結(jié)力或摩擦力，在土體發(fā)生變形的條件下被動(dòng)受力，并主要承受拉力作用。土釘對(duì)復(fù)合土體起箍束骨架作用，制約土體變形并使復(fù)合土體構(gòu)成一個(gè)整體，土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和土體自重應(yīng)力，土釘起分擔(dān)作用，由于土釘有很高的抗拉抗剪強(qiáng)度，所以土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，土釘分擔(dān)作用更為突出。土釘支護(hù)如圖1所示。

錨桿由自由段和錨固段組成，通過錨固結(jié)構(gòu)（錨具、腰梁等），將荷載由桿體的自由段傳遞到深層土體中，錨桿自由段長(zhǎng)度不小于5m，穿過潛在滑動(dòng)面不小于1.5m[3]，錨桿是主動(dòng)受力。錨桿支護(hù)如圖2所示。

土釘是全長(zhǎng)受力，不過受力方向分為兩部分，潛在滑裂面把土釘分為兩部分，前半部分受力方向指向潛在滑裂面方向，后半部分受力方向背向潛在滑裂面方向；錨桿則是前半部分為自由端，后半部分為受力段。

土釘支護(hù)是通過密集的土釘群來提高原位土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而達(dá)到加固原位土體的目的；而土層錨桿是通過桿體將荷載傳到潛在滑動(dòng)面以外的土體中，從而使錨固結(jié)構(gòu)體系整體穩(wěn)定。土釘面層不是主要受力構(gòu)件，其主要作用是保護(hù)土釘頭以及防止面層局部失穩(wěn)，因而其抗壓抗彎強(qiáng)度不需要太高。而錨桿則不同，面層材料要抵抗錨桿中施加的預(yù)應(yīng)力，因此對(duì)面層強(qiáng)度要求較高。

4 計(jì)算模型區(qū)別

土釘支護(hù)計(jì)算模型，被加固土體部分可看作是加筋土重力式擋墻，按重力式擋墻計(jì)算，如圖3所示。土釘設(shè)置應(yīng)滿足加筋土重力式擋墻自身不會(huì)產(chǎn)生破壞的要求，還應(yīng)滿足外側(cè)土壓力作用下重力式擋墻的整體穩(wěn)定需要。錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算采用彈性支點(diǎn)法，可根據(jù)錨桿設(shè)置排數(shù)，選擇單支點(diǎn)法和多支點(diǎn)法，整體穩(wěn)定性可按圓弧滑動(dòng)條分法，如圖4所示。

單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按式（1）計(jì)算：

式中：ζ——荷載折減系數(shù)；

eajk——第j個(gè)土釘位置處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

sxj、szj——第j根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄?、垂直間距；

aj——第j根土釘與水平面的夾角。荷載折減系數(shù)ζ可按式（2）計(jì)算：

β—土釘坡面與水平面的夾角。

錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值可按式（3）計(jì)算：

式中：Nu——錨桿軸向拉力承載力設(shè)計(jì)值；

d1——擴(kuò)孔錨固體直徑；

d——非擴(kuò)孔錨桿或擴(kuò)孔錨桿的直孔段錨固體直徑；

li——第i層土體中直孔部分錨固段直徑；lj——第j層土體中擴(kuò)孔部分錨固段直徑；

qsik、qsjk——土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值；

ck——擴(kuò)孔部分土體粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；

γs——錨桿軸向受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3。

整體穩(wěn)定性驗(yàn)算采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，按（4）式計(jì)算：

式中：n——滑動(dòng)體分條數(shù)；

m——滑動(dòng)體內(nèi)土釘數(shù)；

γk——整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3；

γ0——基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；

wi——第i分條土重；

bi——第i分條寬度；

cik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；

ik——第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；

θi——第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線與水平夾角；

αj——土釘與水平面之間的夾角；

Li——第i分條滑裂面處弧長(zhǎng)；

s——計(jì)算滑動(dòng)體單元厚度；

Tnj——第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力。

5 結(jié)語

錨桿在我國(guó)應(yīng)用較早，概念較為明確；土釘支護(hù)是在錨桿支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型支護(hù)技術(shù)。工程技術(shù)人員應(yīng)掌握其不同的工作機(jī)理，在工程實(shí)踐中靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)基坑支護(hù)的經(jīng)濟(jì)和安全■

[1]技術(shù)規(guī)程編寫組.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120—99）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]技術(shù)規(guī)程編寫組.基坑土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程（CECS96:97）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[3]技術(shù)規(guī)程編寫組.巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程（CECS222005）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.