复合土钉墙支护技术的研究现状与思考_孙邦宾
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这种支护方式适用于土质松散 , 自立性差 的土体 。 对于 限制基坑的变形 、增 加边坡 的稳 定性 是十分 有利 的 , 但不能 起到止水隔水的作用 。
在实际工程中 , 由于土层的复杂性 及施工中 各方面因素 的影响 , 单独使用以 上三种 基本 形式 , 有时 往往 达不 到工程 要求 。 为了 控制 基 坑开 挖过 程 中的 变形 , 提高 基坑 的 稳定 性 , 以达 到安全 、经 济 、实 用的目 的 , 通常设计 人员根 据具体 工程情 况 , 将这 三种 基本 形式 加以 组 合 , 对基 坑进 行支 护 。 常见的有土钉墙 +止水帷幕 +预应力锚杆 、土钉 墙 +微型桩 +预应力锚杆 、土钉墙 +止水帷幕 +微 型桩 +预 应力锚杆等 组合形式 。
目前对复合土钉支护的研究包括理论 研究和试验 研究 。 理论分析主要采用了有限元法和解析法 , 以及根 据工程经验 总结的经验方法 ;试验研究方法主要包 括室内的 模型墙试验 和离心试验等 ;现场抗拔试验和土压 力测试等 方法 。 迄今为 止 , 我国还没有针对 复合土 钉支 护的 技术规 范 , 理论 研究也 相对落后 。 目前国 内大 型室内 模型 试验及 足尺 墙试 验几乎 没有 , 全方位的工程现场原位测试也寥寥无几 。
(1 .江苏省淮安市人民防空办公室 , 江苏 淮安 223002 ;2 .南京水利科学研究院 , 江苏 南京 210029)
摘 要 :复合土钉墙是在土钉墙基础上发展 起来的一 种新型 的支护 结构 , 在基坑 工程中 得到了 广泛应 用 。简述了复合土 钉墙的常见形式 , 国内外研究现状 。 重点分析 了目前 复合土钉 墙支护 技术研 究中存 在的不足 , 并提出了从理论分析 、现场监测 、数值分析对复合土 钉墙进一步研究的主要内容和方法途径 。 关键词 :复合土钉墙 ;基坑工程 ;理论分析 ;现场监测 ;数值分析 中图分类号 :T U753.3 文献标识码 :A 文章编号 :1672 — 1144(2008)01 —0067— 03
(2)支护结构 受力 变形 的数 值模 拟 。 对 复合 土钉 墙支 护结构进行数 值计算 , 分析 和探 讨其加 固机 理 、受力变 形破 坏机理以及改进 设计 计算方 法是 一项 重要的 工作 。 目 前的 研究 主要集中于采用有限 元方 法对 复合土 钉墙 受力变 形进 行数值计算分 析 , 特别是对土钉受力 变形的研究 。 此类研究 欠深 入和全面 , 应加 强考虑 土体 拉裂的 本构 模型 、土钉 与不 同土层的相互 作用 、水位变 化引 起的渗 透压 力作用 、开 挖卸 荷过 程中土体应力场的改变等方面的研究 。
图 1 复合土钉墙三种常见形式
2 .1 土钉与预应力锚杆复合支护
对于基坑周围变形要求比较严格的情况 , 常采 用土钉与 锚杆复合式支 护技术 , 可以 有效 地控制 基坑 变形 , 大大 提高 基坑 边坡的稳定性 , 应用非常广泛 。
预应 力锚杆 一般施 作在基坑 顶部的 第 1 ～ 2 排 , 对主动 区土体施加初 始拉力 , 限制 基坑 的位移 , 把 土压 力荷载 传递 到深部的稳定 地层中 , 调动 深部 稳定地 层的 潜能 , 土钉 支护 体系 、锚 杆 、深部稳定 土层紧 密联系 在一起 , 共 同承受荷 载 , 使基坑边壁稳定 并减 小位移 。 土钉 与锚杆 二者 结合可 以有 效地提高土 体的 力 学强 度 , 比 之单 独土 钉 支护 或锚 杆 更有 效 , 是复合土钉支护常用而有效的形 式 。 但是这种 复合支护 方式 要求面层和自由段的土体应有足够的抗 压强度 , 因此在
软土 、砂土等不良地质土层中 , 预应力达不 到设计值 , 不宜使 用该种支护方式 。
2 .2 土钉与止水帷幕复合支护
当基坑有防渗要求 , 防止因基坑外 地下水位 下降过大而 引起地面沉降过大时 , 可以采用土钉与 止水帷幕 复合支护形 式 。基坑开 挖前 , 先采用深层搅拌法或 高压喷射 注浆法形成 水泥土止水帷幕 , 然后再分层开挖施工 土钉和喷 射混凝土面 层。
复合土钉墙是近年 来在土 钉墙 基础上 发展 起来 的新型 支护结构 。 它是将 土钉墙与 预应力 锚杆 、深层 搅拌桩 、旋喷 桩 、微型桩及钢管土 钉等结 合起 来 , 形成的 一种 复合 支护技 术 。复合土钉墙技 术弥 补了一 般土 钉墙的 许多 缺陷 和使用 限制 , 在保证支护体系安全稳定的同时 满足某些 特殊的工程 需要 , 如限制基坑上部变形 , 阻止边坡土体 内水的渗流 , 解决 开挖面的自立性以及阻止基坑底部隆起 , 安全 可靠 、造 价低 、 工期短 、使用范围广 , 因 此具有 更广 泛的应 用领 域和 适用范 围 。 复合土钉墙技术将土钉支护推广到承 压水地区 , 突破了 软土地区不宜使用土钉 支护 的禁 区 , 近年来 我国 在广州 、上 海 、深圳 、宁 波等地的软土中进行了土钉支 护的尝试 , 并取得 了许多工程的成功实践经验 。
第 6 卷第 1 期 2 00 8年3 月
水利与建筑工程学报
Jour nal of Water Resources and A rchitectural Engineering
复合土钉墙支护技术的研究现状与思考
V ol.6 No .1 M ar ., 20 08
孙邦宾1 , 唐彤芝2 , 关云飞2 , 严发根1 , 蔡 纯2
4 目前复合土钉墙支护技术有待完善的几 个方面
综合目前国内外在复合土钉墙支护技 术的研究现 状 , 虽 然复合土钉墙支护技术 在基坑 工程 中已经 得到 了广 泛的应
用 , 但目前的规范对复合土钉墙的设计 基本是借鉴 土钉墙的 设计方法 , 在设 计 计算 中未 考 虑超 前支 护 和止 水帷 幕 的作 用 。 对复合土 钉墙的 研究 目前尚 未形 成统一 的规 范 。 在现 场监测手段与 方案 、加固机 理 、支护 结构受 力情 况等方 面的 研究 仍然存在不足的地方 。 针对这些不足 , 对复合 土钉墙的 研究 工作可从以下几个方面开展 :
Research and Consideration on Composite Soil Nailing Wall
S UN Bang-bin1 , TA N G T ong-zhi2 , G UA N Y un-fei2 , YA N F a-gen1 , CA I Chun2
(1 .People' s Air Defence Of f ice of Huaian City , Huaian , J iangsu 223002 , China ; 2 .N anjing Hydraulic Research Institute , N anjing , Jiangsu 210029, China)
(1)现场监测 技术 。 对基 坑工 程的 现场 监测 是指 通过 埋设 测点和仪器对基坑开挖过程中地下水位 的变化 、支护结 构的内力和变 形以及周围 环境(建 筑物 和地下 管线)进 行测 量和分析 , 用以指导和管理施工 。 此类 研究目前主 要侧重于 针对具体工程或 个案 的现场 资料 整理 及其理 论分 析 。 现场 监测 是指导基坑施工 、分析支护结构受 力变形以判 断支护结 构和 基坑的安全稳定性 、分析开挖过程 对周围建筑 物影响以 及理 论分析和数值计算的十分重要的基础性 工作 , 该项工作 所提 供的技术资料和相关 测试 数据 对后续 的分 析评价 具有 十分 重要的影响 , 因 此 , 很 有必 要进 一步深 入研 究监测 技术 和仪 器埋设方法 , 提 高现场 监测 技术水 平 , 提高 仪器的 监测 寿命 和测试数据的准确性 。
经过十几年的发展 , 复合土钉墙技 术在工程 中得到了广 泛的应用 。 工程应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用表明 , 在地 质条件 较复杂 的地方 , 复合 土钉墙具有 传统土钉 墙无 法比拟 的优 点 。 复合 土钉 墙支护 技术具有广阔的应用领域和应用前景 。
复合土钉 墙是常规 土钉 墙 、预 应力 锚杆 、止水 帷幕 这三 种支护体系相互 结合 的产 物 , 有以 下三 种基 本形 式(如 图 1 所示)。
(3)复合土钉 墙设 计计 算方 法 。 目 前研 究主 要集 中于 复合 土钉墙的稳定性分析 , 国内流行的 基坑设计软 件中在计 算复合土钉墙 方面 , 设计方法不系统 , 不统一 , 无相 关技术标 准 , 实际工程中往往是简单套用土钉墙 的计算方法 或是基于 叠加原理的简 单计算 , 对支 护结 构与土 体的 耦合作 用 、不同 卸荷 条件 、不同边载条件以及优化设计 等方面缺乏 系统和深 入的 研究 。
止水帷幕的作用在于阻止基坑开挖后 土体渗水 , 保证开 挖面土体局部的自立性 , 减少基坑底 部的隆起 。 这种形式适 用于软弱土层 。
2 .3 土钉与微型桩复合支护
基坑开挖前 , 在 开挖线 外侧 垂直打 入钢 管 , 在钢管 内高 压注入水泥浆 , 形成沿基坑开挖线以一 定间距分 布的一组微 型桩 。 基坑开挖过程中 , 按照土钉施 工方法 , 分层开挖 , 分步 设置土钉与喷射混凝土面层 , 并与微型桩联成 一个整体 。
Abstract :As a new kind of supporting st ructure based on the soil nailing wall , the composite soil nailing wall has got a wide application in the foundation pit engineering in recen t years .T he familiar forms and the research conditions of the soil nailing wall are briefly discussed , and the insufficiency on the research of its supporting technique is analyzed emphatically .The contan ts and ways of further research for the soil nailing wall are put forward by the theory analysis , site measure and the numerical analysis . Keywords :composite soil nailing wall ;foundation pit engineering ;theory analysis ;site measure ;numerical analysis
收稿日期 :2007-09-23 修回日期 :2007-10-11 作者简介 :孙邦宾(1967 —), 男(汉族), 江苏淮安人, 高级工程师 , 硕士 , 主要从事人防工程的设计与管理工作 。
6 8 水利与建筑工程学报 第 6 卷
3 复合土钉墙支护技术研究现状[ 4 ～ 15]
对于土钉墙技术 的研究 , 国 外最 早是 法国 在 1972 年成 功地应用了土钉墙技术作为边坡和基坑支 护 , 德 国和美国在 20 世纪 70 年代中期也开展了土钉挡墙的 应用研究 。 我国开 展土钉墙技 术 和应 用的 研究 起步 较晚 , 应 用的 首例 为 1980 年山西太原煤矿设计院 将土钉 墙技 术用于 山西 柳湾 煤矿的 边坡工程 , 至 90 年 代中 期土钉 墙技 术在我 国边 坡和 基坑工 程中得到了推广 。
1 复合土钉墙技术简介[ 1]
2 复合土钉墙的常见形式[ 2 , 3]
土钉支护是 一种 原位 土加筋 和强 化的技 术 。 土钉 体与 周围的土体紧密结合 , 并依 靠接 触界 面上的 摩擦 力 , 与周围 的土体形成复合土体 , 达到支护的目 的 。 土钉支 护作为一种 经济可靠 、快速简便 的挡土 技术 , 已 在我国 高层 建筑 和地下 人防工程的深基坑开挖施工中得到愈来愈多的应用 。
在实际工程中 , 由于土层的复杂性 及施工中 各方面因素 的影响 , 单独使用以 上三种 基本 形式 , 有时 往往 达不 到工程 要求 。 为了 控制 基 坑开 挖过 程 中的 变形 , 提高 基坑 的 稳定 性 , 以达 到安全 、经 济 、实 用的目 的 , 通常设计 人员根 据具体 工程情 况 , 将这 三种 基本 形式 加以 组 合 , 对基 坑进 行支 护 。 常见的有土钉墙 +止水帷幕 +预应力锚杆 、土钉 墙 +微型桩 +预应力锚杆 、土钉墙 +止水帷幕 +微 型桩 +预 应力锚杆等 组合形式 。
目前对复合土钉支护的研究包括理论 研究和试验 研究 。 理论分析主要采用了有限元法和解析法 , 以及根 据工程经验 总结的经验方法 ;试验研究方法主要包 括室内的 模型墙试验 和离心试验等 ;现场抗拔试验和土压 力测试等 方法 。 迄今为 止 , 我国还没有针对 复合土 钉支 护的 技术规 范 , 理论 研究也 相对落后 。 目前国 内大 型室内 模型 试验及 足尺 墙试 验几乎 没有 , 全方位的工程现场原位测试也寥寥无几 。
(1 .江苏省淮安市人民防空办公室 , 江苏 淮安 223002 ;2 .南京水利科学研究院 , 江苏 南京 210029)
摘 要 :复合土钉墙是在土钉墙基础上发展 起来的一 种新型 的支护 结构 , 在基坑 工程中 得到了 广泛应 用 。简述了复合土 钉墙的常见形式 , 国内外研究现状 。 重点分析 了目前 复合土钉 墙支护 技术研 究中存 在的不足 , 并提出了从理论分析 、现场监测 、数值分析对复合土 钉墙进一步研究的主要内容和方法途径 。 关键词 :复合土钉墙 ;基坑工程 ;理论分析 ;现场监测 ;数值分析 中图分类号 :T U753.3 文献标识码 :A 文章编号 :1672 — 1144(2008)01 —0067— 03
(2)支护结构 受力 变形 的数 值模 拟 。 对 复合 土钉 墙支 护结构进行数 值计算 , 分析 和探 讨其加 固机 理 、受力变 形破 坏机理以及改进 设计 计算方 法是 一项 重要的 工作 。 目 前的 研究 主要集中于采用有限 元方 法对 复合土 钉墙 受力变 形进 行数值计算分 析 , 特别是对土钉受力 变形的研究 。 此类研究 欠深 入和全面 , 应加 强考虑 土体 拉裂的 本构 模型 、土钉 与不 同土层的相互 作用 、水位变 化引 起的渗 透压 力作用 、开 挖卸 荷过 程中土体应力场的改变等方面的研究 。
图 1 复合土钉墙三种常见形式
2 .1 土钉与预应力锚杆复合支护
对于基坑周围变形要求比较严格的情况 , 常采 用土钉与 锚杆复合式支 护技术 , 可以 有效 地控制 基坑 变形 , 大大 提高 基坑 边坡的稳定性 , 应用非常广泛 。
预应 力锚杆 一般施 作在基坑 顶部的 第 1 ～ 2 排 , 对主动 区土体施加初 始拉力 , 限制 基坑 的位移 , 把 土压 力荷载 传递 到深部的稳定 地层中 , 调动 深部 稳定地 层的 潜能 , 土钉 支护 体系 、锚 杆 、深部稳定 土层紧 密联系 在一起 , 共 同承受荷 载 , 使基坑边壁稳定 并减 小位移 。 土钉 与锚杆 二者 结合可 以有 效地提高土 体的 力 学强 度 , 比 之单 独土 钉 支护 或锚 杆 更有 效 , 是复合土钉支护常用而有效的形 式 。 但是这种 复合支护 方式 要求面层和自由段的土体应有足够的抗 压强度 , 因此在
软土 、砂土等不良地质土层中 , 预应力达不 到设计值 , 不宜使 用该种支护方式 。
2 .2 土钉与止水帷幕复合支护
当基坑有防渗要求 , 防止因基坑外 地下水位 下降过大而 引起地面沉降过大时 , 可以采用土钉与 止水帷幕 复合支护形 式 。基坑开 挖前 , 先采用深层搅拌法或 高压喷射 注浆法形成 水泥土止水帷幕 , 然后再分层开挖施工 土钉和喷 射混凝土面 层。
复合土钉墙是近年 来在土 钉墙 基础上 发展 起来 的新型 支护结构 。 它是将 土钉墙与 预应力 锚杆 、深层 搅拌桩 、旋喷 桩 、微型桩及钢管土 钉等结 合起 来 , 形成的 一种 复合 支护技 术 。复合土钉墙技 术弥 补了一 般土 钉墙的 许多 缺陷 和使用 限制 , 在保证支护体系安全稳定的同时 满足某些 特殊的工程 需要 , 如限制基坑上部变形 , 阻止边坡土体 内水的渗流 , 解决 开挖面的自立性以及阻止基坑底部隆起 , 安全 可靠 、造 价低 、 工期短 、使用范围广 , 因 此具有 更广 泛的应 用领 域和 适用范 围 。 复合土钉墙技术将土钉支护推广到承 压水地区 , 突破了 软土地区不宜使用土钉 支护 的禁 区 , 近年来 我国 在广州 、上 海 、深圳 、宁 波等地的软土中进行了土钉支 护的尝试 , 并取得 了许多工程的成功实践经验 。
第 6 卷第 1 期 2 00 8年3 月
水利与建筑工程学报
Jour nal of Water Resources and A rchitectural Engineering
复合土钉墙支护技术的研究现状与思考
V ol.6 No .1 M ar ., 20 08
孙邦宾1 , 唐彤芝2 , 关云飞2 , 严发根1 , 蔡 纯2
4 目前复合土钉墙支护技术有待完善的几 个方面
综合目前国内外在复合土钉墙支护技 术的研究现 状 , 虽 然复合土钉墙支护技术 在基坑 工程 中已经 得到 了广 泛的应
用 , 但目前的规范对复合土钉墙的设计 基本是借鉴 土钉墙的 设计方法 , 在设 计 计算 中未 考 虑超 前支 护 和止 水帷 幕 的作 用 。 对复合土 钉墙的 研究 目前尚 未形 成统一 的规 范 。 在现 场监测手段与 方案 、加固机 理 、支护 结构受 力情 况等方 面的 研究 仍然存在不足的地方 。 针对这些不足 , 对复合 土钉墙的 研究 工作可从以下几个方面开展 :
Research and Consideration on Composite Soil Nailing Wall
S UN Bang-bin1 , TA N G T ong-zhi2 , G UA N Y un-fei2 , YA N F a-gen1 , CA I Chun2
(1 .People' s Air Defence Of f ice of Huaian City , Huaian , J iangsu 223002 , China ; 2 .N anjing Hydraulic Research Institute , N anjing , Jiangsu 210029, China)
(1)现场监测 技术 。 对基 坑工 程的 现场 监测 是指 通过 埋设 测点和仪器对基坑开挖过程中地下水位 的变化 、支护结 构的内力和变 形以及周围 环境(建 筑物 和地下 管线)进 行测 量和分析 , 用以指导和管理施工 。 此类 研究目前主 要侧重于 针对具体工程或 个案 的现场 资料 整理 及其理 论分 析 。 现场 监测 是指导基坑施工 、分析支护结构受 力变形以判 断支护结 构和 基坑的安全稳定性 、分析开挖过程 对周围建筑 物影响以 及理 论分析和数值计算的十分重要的基础性 工作 , 该项工作 所提 供的技术资料和相关 测试 数据 对后续 的分 析评价 具有 十分 重要的影响 , 因 此 , 很 有必 要进 一步深 入研 究监测 技术 和仪 器埋设方法 , 提 高现场 监测 技术水 平 , 提高 仪器的 监测 寿命 和测试数据的准确性 。
经过十几年的发展 , 复合土钉墙技 术在工程 中得到了广 泛的应用 。 工程应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用表明 , 在地 质条件 较复杂 的地方 , 复合 土钉墙具有 传统土钉 墙无 法比拟 的优 点 。 复合 土钉 墙支护 技术具有广阔的应用领域和应用前景 。
复合土钉 墙是常规 土钉 墙 、预 应力 锚杆 、止水 帷幕 这三 种支护体系相互 结合 的产 物 , 有以 下三 种基 本形 式(如 图 1 所示)。
(3)复合土钉 墙设 计计 算方 法 。 目 前研 究主 要集 中于 复合 土钉墙的稳定性分析 , 国内流行的 基坑设计软 件中在计 算复合土钉墙 方面 , 设计方法不系统 , 不统一 , 无相 关技术标 准 , 实际工程中往往是简单套用土钉墙 的计算方法 或是基于 叠加原理的简 单计算 , 对支 护结 构与土 体的 耦合作 用 、不同 卸荷 条件 、不同边载条件以及优化设计 等方面缺乏 系统和深 入的 研究 。
止水帷幕的作用在于阻止基坑开挖后 土体渗水 , 保证开 挖面土体局部的自立性 , 减少基坑底 部的隆起 。 这种形式适 用于软弱土层 。
2 .3 土钉与微型桩复合支护
基坑开挖前 , 在 开挖线 外侧 垂直打 入钢 管 , 在钢管 内高 压注入水泥浆 , 形成沿基坑开挖线以一 定间距分 布的一组微 型桩 。 基坑开挖过程中 , 按照土钉施 工方法 , 分层开挖 , 分步 设置土钉与喷射混凝土面层 , 并与微型桩联成 一个整体 。
Abstract :As a new kind of supporting st ructure based on the soil nailing wall , the composite soil nailing wall has got a wide application in the foundation pit engineering in recen t years .T he familiar forms and the research conditions of the soil nailing wall are briefly discussed , and the insufficiency on the research of its supporting technique is analyzed emphatically .The contan ts and ways of further research for the soil nailing wall are put forward by the theory analysis , site measure and the numerical analysis . Keywords :composite soil nailing wall ;foundation pit engineering ;theory analysis ;site measure ;numerical analysis
收稿日期 :2007-09-23 修回日期 :2007-10-11 作者简介 :孙邦宾(1967 —), 男(汉族), 江苏淮安人, 高级工程师 , 硕士 , 主要从事人防工程的设计与管理工作 。
6 8 水利与建筑工程学报 第 6 卷
3 复合土钉墙支护技术研究现状[ 4 ～ 15]
对于土钉墙技术 的研究 , 国 外最 早是 法国 在 1972 年成 功地应用了土钉墙技术作为边坡和基坑支 护 , 德 国和美国在 20 世纪 70 年代中期也开展了土钉挡墙的 应用研究 。 我国开 展土钉墙技 术 和应 用的 研究 起步 较晚 , 应 用的 首例 为 1980 年山西太原煤矿设计院 将土钉 墙技 术用于 山西 柳湾 煤矿的 边坡工程 , 至 90 年 代中 期土钉 墙技 术在我 国边 坡和 基坑工 程中得到了推广 。
1 复合土钉墙技术简介[ 1]
2 复合土钉墙的常见形式[ 2 , 3]
土钉支护是 一种 原位 土加筋 和强 化的技 术 。 土钉 体与 周围的土体紧密结合 , 并依 靠接 触界 面上的 摩擦 力 , 与周围 的土体形成复合土体 , 达到支护的目 的 。 土钉支 护作为一种 经济可靠 、快速简便 的挡土 技术 , 已 在我国 高层 建筑 和地下 人防工程的深基坑开挖施工中得到愈来愈多的应用 。