基坑支護中土釘與錨桿的區(qū)別探討

吳大國

（ 安 徽 省 水利部淮河水利委員會科學研究院 合肥 230088）

1 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，高層建筑、地下工程等項目日益增多，深基坑工程也越來越多，深基坑支護技術得到較快發(fā)展。基坑支護的方式有土釘墻支護、排樁支護、地下連續(xù)墻支護、樁錨支護等[1]。1912年，德國謝列茲礦最先采用錨桿支護井下巷道以來，錨桿支護以其結構簡單、施工方便、成本低和對工程適應性強等特點，在土木工程中得到了廣泛應用；土釘支護是近年發(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，由于經(jīng)濟可靠且施工快速簡便，成為基坑支護中常見的支護方式。雖然基坑支護相關規(guī)范中對土釘與錨桿有著明確的定義[2]、[3]，但工程實踐中技術人員對二者的概念依然混淆不清。本文通過以下幾點對土釘與錨桿的區(qū)別予以探討。

2 概念區(qū)別

土釘是用來加固或同時錨固現(xiàn)場原位土體的細長桿件，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]。土釘墻技術則是在土體內(nèi)放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。因此通過以增強邊坡土體自身穩(wěn)定性的主動制約機制為基礎的復合土體，有效地提高了土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用、土體自身結構強度潛力得到充分發(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性變形和開裂破壞，不會發(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。當采用鋼絞線或鋼絲束作桿體材料時，可稱錨索[3]。

3 工作機理區(qū)別

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

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

土釘是全長受力，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。

土釘支護是通過密集的土釘群來提高原位土體的強度和穩(wěn)定性，從而達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面以外的土體中，從而使錨固結構體系整體穩(wěn)定。土釘面層不是主要受力構件，其主要作用是保護土釘頭以及防止面層局部失穩(wěn)，因而其抗壓抗彎強度不需要太高。而錨桿則不同，面層材料要抵抗錨桿中施加的預應力，因此對面層強度要求較高。

4 計算模型區(qū)別

土釘支護計算模型，被加固土體部分可看作是加筋土重力式擋墻，按重力式擋墻計算，如圖3所示。土釘設置應滿足加筋土重力式擋墻自身不會產(chǎn)生破壞的要求，還應滿足外側(cè)土壓力作用下重力式擋墻的整體穩(wěn)定需要。錨桿支護結構計算模型，支護結構的內(nèi)力計算采用彈性支點法，可根據(jù)錨桿設置排數(shù)，選擇單支點法和多支點法，整體穩(wěn)定性可按圓弧滑動條分法，如圖4所示。

單根土釘受拉荷載標準值可按式（1）計算：

式中：ζ——荷載折減系數(shù)；

eajk——第j個土釘位置處的基坑水平荷載標準值；

sxj、szj——第j根土釘與相鄰土釘?shù)钠骄健⒋怪遍g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）計算：

β—土釘坡面與水平面的夾角。

錨桿軸向受拉承載力設計值可按式（3）計算：

式中：Nu——錨桿軸向拉力承載力設計值；

d1——擴孔錨固體直徑；

d——非擴孔錨桿或擴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層土體中擴孔部分錨固段直徑；

qsik、qsjk——土體與錨固體的極限摩阻力標準值，應根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗取值；

ck——擴孔部分土體粘聚力標準值；

γs——錨桿軸向受拉抗力分項系數(shù)，可取1.3。

整體穩(wěn)定性驗算采用圓弧滑動簡單條分法，按（4）式計算：

式中：n——滑動體分條數(shù)；

m——滑動體內(nèi)土釘數(shù)；

γk——整體滑動分項系數(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不排水粘聚力標準值；

ik——第i分條滑裂面處土體固結不排水內(nèi)摩擦角標準值；

θi——第i分條滑裂面處中點切線與水平夾角；

αj——土釘與水平面之間的夾角；

Li——第i分條滑裂面處弧長；

s——計算滑動體單元厚度；

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 結語

錨桿在我國應用較早，概念較為明確；土釘支護是在錨桿支護技術基礎發(fā)展起來的新型支護技術。工程技術人員應掌握其不同的工作機理，在工程實踐中靈活運用，實現(xiàn)基坑支護的經(jīng)濟和安全■

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

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

[3]技術規(guī)程編寫組.巖土錨桿（索）技術規(guī)程（CECS222005）[S].北京：中國計劃出版社，2005.