來杭峰
摘要:城市建設(shè)在不斷地向前發(fā)展,人口不斷的密集,建筑物越來越高,因此,基坑挖掘的深度也在不斷的加深,就需要采用新的支護(hù)技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn),所以土釘支護(hù)技術(shù)得以采用,發(fā)展的也越來越迅速。就此來討論下深基坑土釘支護(hù)的機(jī)理和控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞:深基坑;土釘;支護(hù)機(jī)理;控制技術(shù);研究
中圖分類號(hào):TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1674-3954(2013)21-0001-02
土釘支護(hù)比較復(fù)雜,人們對(duì)于其作用機(jī)理和技術(shù)手段了解的不充分,還在不斷地研究。為了給土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù),通過土釘直剪試驗(yàn)、理論數(shù)據(jù)的分析、數(shù)值模擬等方法對(duì)其作用機(jī)理和和模式進(jìn)行了深入的鉆研。
1 深基坑土釘支護(hù)機(jī)理
1.1 受力機(jī)理
土本身是用來搭建的,其形成的體系稱之為土體,是一種結(jié)構(gòu)體系。土體自身有一定穩(wěn)定性,還可以承載一些其他物體,但是其抗剪、抗拉強(qiáng)度過于低下,因此在挖掘基坑尤其是基坑較深時(shí),基坑的邊坡必須保持直立的臨界高度,以保證土坡的穩(wěn)定性。土釘支護(hù),土釘與土相互作用,改變了土體的變形和破換形態(tài),不僅增加了土體本身的穩(wěn)定性,還加強(qiáng)了其強(qiáng)度,有效地改變了土的受力情況。這樣土釘在受力過程中,不會(huì)突然的塌陷,保證了深基坑挖掘的順利進(jìn)行。在土釘支護(hù)中,土釘是主要受力的其特點(diǎn)是:
(1)合理、科學(xué)的利用了土本身的承載能力,增加了強(qiáng)度與柔性。
(2)具有良好的抗拉、抗壓力。
(3)能夠有效的克服對(duì)于場(chǎng)地小、突破挖掘困難等問題。
(4)對(duì)土的要求不嚴(yán)格,不管是沙土、粘土還是軟土都能夠安全可靠地進(jìn)行施工。
(5)土釘便于制作,施工時(shí)簡單、便捷。
(6)靈活性比較大,不會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成大面積的破壞。
(7)用材少、費(fèi)用低、工期短。
1.2 作用機(jī)理
(1)土釘是復(fù)合土體的重要組成部分,主要受力元件,其在深基坑挖掘中起到了重要的作用:
①土釘將土體和土釘有效地結(jié)合形成一個(gè)整體,對(duì)復(fù)合土體起到了支撐、骨架的作用。
②土釘分擔(dān)了土體本身的受力情況,當(dāng)土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后,應(yīng)力就會(huì)逐漸地向土釘轉(zhuǎn)移,土釘對(duì)土的分擔(dān)作用就更加的明顯。
③土釘將應(yīng)力逐漸的傳遞、擴(kuò)散,這樣就推遲了開裂的形成與發(fā)展。
④加強(qiáng)了破面邊界的約束作用。
(2)作用機(jī)理
①通過土釘與土之間的摩擦力,將土體面層的壓力傳遞到穩(wěn)定的土層中,將強(qiáng)土體的強(qiáng)度。
②土釘和土體、注漿體形成的復(fù)合體,為基坑破面的變形起到了束縛的作用,能夠有效的增加土的抗拉能力。
③土釘在施工中擁有很多的孔道,這些空洞用來注漿,加固了土體。
(3)土釘支護(hù)中還有其他的重要組成成分,而且都有著重要的作用分別是:
①注漿:注漿的漿液能夠通過土體的縫隙進(jìn)入土中,將土結(jié)合起來,使土變得更加的堅(jiān)固,有效地改善了土自身的松散性,還保證了各層之間產(chǎn)生的力的傳遞。
②噴射混凝土:在面層對(duì)混凝土進(jìn)行噴射,能夠使土釘團(tuán)結(jié)合作,可以分散單個(gè)土釘?shù)氖芰ψ饔?,還能有效地調(diào)節(jié)土的承載力。可以保護(hù)基坑破面的完整性,以防坍塌,影響工程的進(jìn)度。
2 深基坑土釘支護(hù)試驗(yàn)
2.1 直剪試驗(yàn)
土釘直剪試驗(yàn)主要是由上、下兩個(gè)半剪力盒構(gòu)成的。在實(shí)驗(yàn)中為了防止土體的轉(zhuǎn)動(dòng),試驗(yàn)時(shí)將下面的剪力盒固定在試驗(yàn)所用的板面上,然后在垂直面上對(duì)土體進(jìn)行施壓,逐漸加大壓力,并保證上、下兩個(gè)剪力盒的中心對(duì)稱。土釘可用加筋替代。通過試驗(yàn)可以得知,土體加筋的阻力遠(yuǎn)比土體未加筋的阻力大,并且加筋的角度不同,產(chǎn)生的阻力也不同。在實(shí)驗(yàn)過程中還可以看到,當(dāng)剪切移動(dòng)的位置達(dá)到一定時(shí),加筋土體的抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大,隨著剪切移動(dòng)位置的加大,土體的抗剪強(qiáng)度降低,所以,土體加筋的抗剪強(qiáng)度與剪切位置的移動(dòng)有關(guān)。通過對(duì)直剪試驗(yàn)的結(jié)果分析得知土釘剪切的過程分為:
2.1.1 線性變形時(shí)期
在該時(shí)期剪切位置的移動(dòng)距離較小,加筋和未加筋的土體抗剪強(qiáng)度相當(dāng),所以,加筋對(duì)土體的抗剪強(qiáng)度并無影響,在移動(dòng)距離很小的時(shí)候,其抗剪強(qiáng)度主要有土體自己來承載。
2.1.2 塑性變形時(shí)期
在土體進(jìn)入塑性變形時(shí)期,剪切力逐步地向加筋涌動(dòng),在這一時(shí)期加筋就起到了明顯的作用。加緊通過對(duì)應(yīng)力的傳遞與擴(kuò)散,使土體相結(jié)合隨之周圍的土體也進(jìn)入到塑性階段,延長了塑性的時(shí)間,增加了土體的抗剪強(qiáng)度。
2.1.3 漸進(jìn)行破壞時(shí)期
剪切的位置移動(dòng)距離逐漸的增加,土體的塑性應(yīng)變也在逐漸的增加,體積在不多的加大、膨脹,使土體問的剪應(yīng)力變小,致使土體和加筋問的摩擦力增加,減小了集中應(yīng)力,使剪切破壞面得以貫穿。
2.1.4 破壞時(shí)期
該時(shí)期隨著剪切位置移動(dòng)距離的不斷增加,加筋土體的抗剪強(qiáng)度不再增加,達(dá)到一個(gè)飽和狀態(tài)。但是,較之未加筋的土體抗剪強(qiáng)度還是比較大的。
2.2 抗拔試驗(yàn)
深基坑土釘支護(hù)的土釘具有一定的抗拔力,因此,為了能夠更加具體的了解做了抗拔試驗(yàn)來進(jìn)行分析??拱卧囼?yàn)分為I、I兩個(gè)階段。
2.2.1 I階段(初始階段)
在此時(shí)期土釘之間的拉力較小,土釘和土體之間的剪切力出現(xiàn)兩個(gè)方向。一個(gè)剪應(yīng)力是指向土體內(nèi)部的,另一個(gè)剪應(yīng)力是指向土體外部的。兩個(gè)力之間的相互作用,保持了土釘拉力之間平衡狀態(tài)。
2.2.2 I階段
隨著拉力的不斷增加,在I階段中指向外部的剪切力逐漸減小甚至消失,土釘與土體之間的剪應(yīng)力方向均指向內(nèi)部,而且用來保持土釘?shù)钠胶馀c禿頂?shù)睦ο嗫购猓罱K達(dá)到極限,使土釘拔出。
3 深基坑土釘支護(hù)控制技術(shù)
由于施工方法的不同,所以土釘支護(hù)中運(yùn)用土釘?shù)念愋鸵膊煌S玫挠秀@孔注漿型、打入型和射入型。其中,最常用的還是鉆孔注漿型。深基坑土釘支護(hù)是一種臨時(shí)性的工程。其技術(shù)與其他工程相比較,復(fù)雜性更重。
3.1 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用
3.1.1 深基坑支護(hù)大的設(shè)計(jì)
依據(jù)挖掘基坑的場(chǎng)地的形狀、挖掘的寬度、深度對(duì)基坑的挖掘進(jìn)行設(shè)計(jì)并選則合適的方案。在設(shè)計(jì)過程中要考慮基坑支護(hù)所能承受的承載力進(jìn)行分析,分析其所能承受的壓力、垂直面上的載荷、施工時(shí)土體所承受的載荷、周圍附近的建筑物產(chǎn)生的承載力。對(duì)基坑周圍的環(huán)境進(jìn)行考察分析,分析其地質(zhì)情況、交通情況等進(jìn)行詳細(xì)的資料總結(jié),進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集,從而制定周詳?shù)脑O(shè)計(jì)方案。
3.1.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的方案選擇
因?yàn)橹ёo(hù)的種類較多,要根據(jù)所需選擇合適的結(jié)構(gòu),從而制定方案。簡單介紹幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)以供大家參考。
(1)擋土灌注排樁支護(hù)
該支護(hù)結(jié)構(gòu)適用于地下水的水位較之基坑的底面較高;基坑的變性比較大。這種支護(hù)具有很高的抗彎強(qiáng)度,剛度比較大,有較強(qiáng)的適應(yīng)性,產(chǎn)生的噪音小。但是,其不能排水,所以對(duì)于機(jī)器設(shè)備的使用也就較多。
(2)土層錨桿支護(hù)
這種支護(hù)適用于深基坑的面積大的場(chǎng)地,但是對(duì)于土層松軟或含有化學(xué)物質(zhì)的場(chǎng)地就不能夠有效地進(jìn)行支護(hù)。其能夠與土體相互結(jié)合承受更大的拉拔力,不用使用大型的機(jī)器進(jìn)行挖掘,所以比較經(jīng)濟(jì)。
(3)內(nèi)支撐支護(hù)
這種方法的受力比較合理,對(duì)于變形的控制較容易。但支撐材料所需較大,而且在基坑內(nèi)施工,操作部方便。對(duì)于土質(zhì)松軟的場(chǎng)地能夠有效地起到支護(hù)的作用。
(4)土墻支護(hù)
土墻支護(hù)對(duì)于基坑的挖掘深度、土墻的承受力等都有著詳細(xì)具體的要求。使用的材料少,減少了工程費(fèi)用,對(duì)于設(shè)備的使用更加的便捷,能夠有效地起到擋土、防水的功能。
3.1.3 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)作業(yè)
土釘支護(hù)技術(shù)要按照規(guī)定有計(jì)劃地、有順序的進(jìn)行分層挖掘,在未完成上層的土釘與噴混凝土?xí)r是不能進(jìn)行下一步的挖掘的。在基坑面積過大時(shí),只能在周圍8~10cm的范圍內(nèi)進(jìn)行開挖,而且要注意分層挖掘的協(xié)調(diào)性。利用機(jī)器進(jìn)行挖掘時(shí)切記基坑邊壁的土體松動(dòng),這樣容易造成安全隱患。必須保證坡度的合理性與平整性。分層挖掘要有一定的順序,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。有效防止邊坡滑塌。
3.2 深基坑土釘支護(hù)技術(shù)的安全管理
(1)在底下噴混凝土之前,要認(rèn)真檢查作業(yè)的周圍環(huán)境是否安全,對(duì)于不安全的因素進(jìn)行處理,以保證安全作業(yè)。
(2)不良巖層的挖掘后,掩飾會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、不穩(wěn)定,容易發(fā)生塌坍,所
以施工要盡快進(jìn)行,工作完成后盡快撤離作業(yè)區(qū),保證工作人員的安全。
嚴(yán)格控制周圍巖石的變形,防止巖石掉落,砸傷的發(fā)生。
(3)隨時(shí)檢查噴射機(jī)的使用情況,嚴(yán)防噴射機(jī)在使用時(shí)由于磨損造成管壁變薄,而給工作人員帶來危害。
(4)在處理管路堵塞問題是,決不能草率行事,馬虎不得,一定要注意安全。
(5)采取有效的措施,防止噴混凝土的時(shí)候在混合料的攪拌、回彈物的清理扎傷工作人員。
4 結(jié)語
隨著社會(huì)的進(jìn)步,時(shí)代的發(fā)展,我國建筑行業(yè)的飛速發(fā)展,深基坑土釘支護(hù)工程也越來越受到人們的重視,成為了建筑業(yè)的必要手段。因此,基坑支護(hù)技術(shù)要不斷的更新,在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境因素的影響下得到不斷的完善與進(jìn)步。更大程度的發(fā)揮其操作便捷、費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。
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