土钉支护

土钉支护

土钉是一种基于新奥隧道法(T h e Ne wAustrian Tunelling Method)原理在原位土体中铺设拉筋而使整体土工系统的力学性能得

以改善从而提高基坑、边坡开挖稳定性的支挡技术。土钉支护技术作为一种工程措施，它的优越性是很明显的。从施工方面看，其操作方便、设备简单、成本低、工期短、对周围环境影响小。从受力方式分析，它不同于一般被动式的支护形式(如重力式挡土墙), 而是一种主动式的支护体系，能充分发挥土体的潜力。发展于六十年代初期的新奥隧道法，是采用喷射混凝土结合全界面粘结钢锚栓，提高硬岩层的整体性，从而进行有效的隧道稳定开挖的一种主动型的支挡技术。六十年代中期根据在许多硬岩中应用该支挡体系的观测资料与经验，成功地将此法推广到软岩层中，不久在粉土、砾石和砂石中又得到了应用。这些对于土钉墙技术的出现给予了积极的影响。此外60年代发展起来的加筋土墙，一般在填方区如筑路、平整场地填方区域形成的挡土墙，在分层回填土方时分层铺放土工织物并与预制硅面板拉结，形成加筋土挡墙。这也对土钉墙技术的萌生产生了一定的推动作用。

目前国内外研究综述：

一、国外土钉墙支护研究现状

70年代出现了土钉墙，1972年法国首先在工程中应用土钉墙技术。从事土钉工作最早者是法国人Bouygues，完成了第一项有详细文字记录的土钉稳定边坡工程。该工程为凡尔赛附近的一处铁路路堑的边坡

开挖工程，边坡坡度为70°，长965m，最大坡高21.6m，采用厚50-80m m的喷射混凝土面层和在土体中设置的长度为4m和6m的土钉作为临时

支护，共采用了25000多根土钉。后于1974年在les Invalides地铁站首次采用了打入式土钉。1979年巴黎国际土加固会议之后在西方得到广泛应用，德国、美国在七十年代中期开始应用此项技术，开发应用土钉支护仅次于法国的是德国。美国最早应用土钉墙在1974年，使用中一项有名的土钉墙工程是匹次堡P P G工业总部的深基开挖。1990

年在美国召开的挡土墙国际学术会议上，土钉墙作为一个独立的专题与锚杆挡墙并列，使它成为一个独立的土加固学科分支。法国、德国、美国、英国等国还十分重视土钉墙的工作性能的试验研究。在土钉墙内部整体稳定性分析方面，国外许多国家进行了大量的试验研究，产生了相应的分析计算方法，这些分析方法有不同的安全系数定义，不同的破裂面形状假定，不同的钉－土相互作用类型和土钉力分布假定。根据其分析基本原理可分为极限平衡方法和有限元方法，但大多数为极限平衡方法。目前，国外进行土钉墙稳定性分析的方法有下列几种:1、法国方法；2、德国方法；3、D a v is方法；4、运动学方法；5、英国的R.J Bridle方法；6、简化的 Schlasser方法；7、有

限元方法；8、通用极限平衡法。

二、国内土钉墙支护研究现状

我国于八十年代初期由中国工程勘察大师王步云教授与广东省

航务工程总公司岩土公司周龙翔开始进行土钉的试验研究和工程实践，完成了五项土钉工程，进行了现场抗拔试验和变形监测并提出了

简化、实用的设计计算方法。我国应用土钉的首例工程可能是1980

年将土钉用于山西柳湾煤矿的边坡稳定。近年来，随着我国土建工程规模的扩大，基坑工程日益增多，寻求可靠而经济的基坑支护方法有着巨大的社会经济效益。土钉支护由于具有经济、可靠、施工便捷等突出优点，自90年代初开始在我国基坑工程中应用，并显示了强劲发展的势头。但对其作用机理在当时还不甚了解，也无较完整的设计分析方法。鉴于这种形势，在1995年初，冶金部建筑研究总院、清华大学等单位成立了课题组，选定了这一研究课题，在国内属于较早开展这一研究的单位之一。研究的目的是要弄清土钉支护的作用机理，提出合理的计算模型及计算方法，并在此基础上编制土钉支护设计施工规程，以促进我国基坑土钉支护技术的健康发展。这一计划一直得到建设部科技委及一些施工单位的支持。经数年努力，进行了大量的理论分析、编程计算、现场实测对比等工作，进一步揭示了土钉支护的工作机理，提出了可行的设计分析方法。实际成果主要有：①较全面深入地总结了国内外(特别是国外)的有关研究工作，并通过比较分析，对基坑土钉支护的构造、性能及设计施工方法等提出看法。②深入研究土钉支护的有限元计算模型及方法，较早提出土钉支护的二维有限元计算模型，取得较好的计算结果，同时也研究了二维模型难以较好模拟钉-土界面性能的局限，进而提出一种三维有限元模型，研究了

模型参数的取值原则，取得更为符合实际的计算结果。③通过理论分析及现场实测，深入揭示了土钉支护的工作机理，包括土钉支护的受力变形特点、土钉长度的合理布置等。④提出土钉支护稳定分析的改

进条分法，并通过实际工程的计算比较给出安全系数的合理取值，研究影响基坑稳定安全系数的一些因素。现在,只要存在允许设置土钉墙的地下空间, 土钉支护往往成为基坑开挖中的首选方案。尽管土钉墙支护技术的应用在我国开展稍晚，但由于国内近几年的建设规模不断变大，基坑土钉墙支护的应用也得到了广泛推广。虽然国内的土钉墙支护工程数目越来越多，但在土钉墙的研究和设计水平上距离国外还有很大的差距。国内只进行过少量的试验室内小尺寸的模型试验或现场抗拔试验而已，对于土钉墙的应力、应变测试工作也做得很少。土钉支护技术在支护工程领域是一种新型的支护方法,该方法近年来在国内支护工程中得到了广泛的应用。从目前来看,国内外很多学者对土钉支护技术纷纷进行了大量的研究,并取得了一系列研究成果。从总体上来看,国内外研究成果可分为理论研究和试验研究两大类,

其中的理论研究中有代表性的主要包括极限平衡法进而有限元法等

方法,试验研究中具有代表性的主要包括室内模型试验、离心试验以及土压力测试等方法。

1 理论研究

1 . 1 有限元法有限元法是一种生命力很强的数值计算方法,该方法不仅把土体的非均匀性以及各向异性的复杂性态考虑进来,而且还能够对开挖过程进行有效弄i,并由此对土钉挡墙中的土钉内力等

指进行精确计算。(1)I．M．Smith对于土钉支护,首先采用了3维模型来进行有限元分析。该模型主要针对土钉设置密度对土钉中拉力、剪力以及弯矩产生的影响,采用14结点六面体单元作为土体,土钉也采