土釘墻支護結構土釘最優間距初探

劉蘭蘭 于海寧 董志遠 張海成 張耀仁

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

土釘墻支護結構土釘最優間距初探

劉蘭蘭 于海寧 董志遠 張海成 張耀仁

（長春建筑學院，吉林 長春 130607）

近年來，隨著高層建筑的不斷涌現，深基坑支護的技術和方法越來越受到重視。土釘墻支護就是常用的一種支護方法，但以往的土釘支護只是粗略地計算土釘長度和土釘間距，沒有考慮不同深度基坑和土釘間距之間的影響。針對這一現象，本文探索不同深度基坑中最優間距的選擇。

土釘長度；土釘間距；優化

土釘墻因為施工簡單，造價低，穩定性能得到保證，目前在基坑開挖中支護應用較多，但是在進行實際工程設計時，土釘的位置以及間距常由設計人員根據工程經驗進行設定，現行的《建筑基坑支護技術規程》（2012）中給出的土釘間距建議值為1m～2m，范圍比較寬泛。這就使得在具體工程設計時，設計人員要進行多次計算，以此來選擇合適的土釘間距。基于此，本文以實際工程為例，基于土釘的總量與整體穩定性系數，考察基坑開挖深度與土釘最優間距的相互關系。

1.計算方案

根據土釘墻的工程經驗，當基坑開挖深度不變的情況下，土釘間距較小時，由于其負載面積小，使得所需土釘長度越短。相反，當土釘間距較大時，由于其負載面積較大，所需土釘長度通常較長。而基坑開挖深度越大，作用在支護結構上的土壓力也較大，那么所需土釘間距往往較小，長度較大。本文在進行分析計算時，分別選取基坑開挖深度為5m、6m、7m、8m以及9m時，土釘間距為1m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m以及2m是，同一范圍（本文取10m）所需土釘總量，進行土釘間距的優化。

本工程為長春地區某大路西100m處，建造萬達集團寫字樓，基坑開挖分為5個區（Ⅰ區開挖深度為5m，Ⅱ區開挖深度為6m，Ⅲ區開挖深度為7m，Ⅳ區開挖深度為8m，Ⅴ區開挖深度為9m），地下土層為黏性土，重度為20kN/m3，粘聚力15kPa，內摩擦角230，與錨固體摩擦阻力120kPa，與土釘摩擦阻力60kPa。

2.結果分析

本文采用用理正深基坑7.0PB1軟件進行試算，依據《建筑基坑支護技術規程》JGJ 120-2012，采用增量法進行內力計算。

2.1同一開挖深度，不同間距土釘計算結果

當通過理正軟件對同一開挖深度不同間距土釘的計算，整理得到了相同長度范圍內土釘總用量與土釘間距的相互關系，同時得到了整體穩定性系數與土釘間距的相互關系，如圖1～圖5所示。

通過計算可以看出，各不同開挖深度的土釘墻，其土釘總量隨土釘間距的增加先減小后增大，存在明顯的轉折點。主要由于，土釘間距較小時，每根土釘承擔的荷載較小，所需長度較短，使得土釘總量較小；隨著土釘間距的增加，雖然每根土釘承載的荷載較大，長度較大，但是土釘數量相對減少，使得土釘總量繼續增加。但是當土釘間距超過某一數值后，由于土釘間距增大使數量減少的優勢將不再明顯，而土釘長度的增加更為顯著，使得土釘總量反而增大，如圖6所示。不同開挖深度的土釘雖然轉折點不完全相同，但是變化趨勢相同。

土釘墻的整體穩定性系數與土釘總量與土釘間距的變化趨勢不完全相同，呈現出先增大再減小后又增大的趨勢，存在明顯的峰值點，如圖7所示。分析其原因，主要由于土釘間距較小時，土釘受群錨效應影響，土釘側阻力發揮作用不完全，使得其整體穩定性系數較小。土釘間距過大時，土釘對土體加固補強的效果減弱，導致其整體穩定性系數減小。

2.2不同開挖深度土釘最優間距分析

土體最優整體穩定性系數隨基坑開挖深度增加變化的曲線：

根據前面的計算分析，在滿足安全與變形的前提下，從土釘總量最小，經濟效果最好的角度來看，當土釘墻開挖深度分別為5m、6m、7m、8m、與9m時，土釘間距的最優間距分別為1.6m、1.6m、1.8m、1.8m與1.8m；從整體穩定系數最大，安全儲備最高的角度來看，當土釘墻開挖深度分別為5m、6m、7m、8m、與9m時，土釘間距的最優間距分別為1.2m、1m、1.2m、1.2m與1.2m。

結論

本文通過土釘的總長度和整體安全性系數的討論與分析，給出了土釘的最優間距。在同一開挖深度范圍內的土釘總長受土釘間距影響，隨著土釘間距的不斷增加，土釘總長度大致呈現“U”型變化，最優的土釘間距在曲線最低點左右。考慮曲線并不光滑，根據曲線走向分析：當開挖深度較小時，土釘間距取1.5m～1.6m時為最優間距；當開挖深度大于7m時，土釘間距取1.8m左右為最優間距。對于純土釘墻來說，當開挖深度越大時，土釘最優間距的尺寸越來越大。由于本文驗證單一土層，所以對于其他土層或多層土層，應重新進行驗證。

［1］ JGJ120-2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［2］郭院成.基坑支護［M］.黃河水利出版社，2012.

［3］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊（第二版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

省級科研項目：吉教科合字【2016】第539號，非飽和土增濕變形與敏感性參數的實驗研究。

TU463

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