土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)土釘最優(yōu)間距初探

劉蘭蘭 于海寧 董志遠(yuǎn) 張海成 張耀仁

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)土釘最優(yōu)間距初探

劉蘭蘭 于海寧 董志遠(yuǎn) 張海成 張耀仁

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130607）

近年來，隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，深基坑支護(hù)的技術(shù)和方法越來越受到重視。土釘墻支護(hù)就是常用的一種支護(hù)方法，但以往的土釘支護(hù)只是粗略地計(jì)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(duì)這一現(xiàn)象，本文探索不同深度基坑中最優(yōu)間距的選擇。

土釘長度；土釘間距；優(yōu)化

土釘墻因?yàn)槭┕ず唵危靸r(jià)低，穩(wěn)定性能得到保證，目前在基坑開挖中支護(hù)應(yīng)用較多，但是在進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，土釘?shù)奈恢靡约伴g距常由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，現(xiàn)行的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)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(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行多次計(jì)算，以此來選擇合適的土釘間距。基于此，本文以實(shí)際工程為例，基于土釘?shù)目偭颗c整體穩(wěn)定性系數(shù)，考察基坑開挖深度與土釘最優(yōu)間距的相互關(guān)系。

1.計(jì)算方案

根據(jù)土釘墻的工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)基坑開挖深度不變的情況下，土釘間距較小時(shí)，由于其負(fù)載面積小，使得所需土釘長度越短。相反，當(dāng)土釘間距較大時(shí)，由于其負(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)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(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，分別選取基坑開挖深度為5m、6m、7m、8m以及9m時(shí)，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(jìn)行土釘間距的優(yōu)化。

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

2.結(jié)果分析

本文采用用理正深基坑7.0PB1軟件進(jìn)行試算，依據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ 120-2012，采用增量法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。

2.1同一開挖深度，不同間距土釘計(jì)算結(jié)果

當(dāng)通過理正軟件對(duì)同一開挖深度不同間距土釘?shù)挠?jì)算，整理得到了相同長度范圍內(nèi)土釘總用量與土釘間距的相互關(guān)系，同時(shí)得到了整體穩(wěn)定性系數(shù)與土釘間距的相互關(guān)系，如圖1～圖5所示。

通過計(jì)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(zhuǎn)折點(diǎn)。主要由于，土釘間距較小時(shí)，每根土釘承擔(dān)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(shù)量相對(duì)減少，使得土釘總量繼續(xù)增加。但是當(dāng)土釘間距超過某一數(shù)值后，由于土釘間距增大使數(shù)量減少的優(yōu)勢(shì)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(zhuǎn)折點(diǎn)不完全相同，但是變化趨勢(shì)相同。

土釘墻的整體穩(wěn)定性系數(shù)與土釘總量與土釘間距的變化趨勢(shì)不完全相同，呈現(xiàn)出先增大再減小后又增大的趨勢(shì)，存在明顯的峰值點(diǎn)，如圖7所示。分析其原因，主要由于土釘間距較小時(shí)，土釘受群錨效應(yīng)影響，土釘側(cè)阻力發(fā)揮作用不完全，使得其整體穩(wěn)定性系數(shù)較小。土釘間距過大時(shí)，土釘對(duì)土體加固補(bǔ)強(qiáng)的效果減弱，導(dǎo)致其整體穩(wěn)定性系數(shù)減小。

2.2不同開挖深度土釘最優(yōu)間距分析

土體最優(yōu)整體穩(wěn)定性系數(shù)隨基坑開挖深度增加變化的曲線：

根據(jù)前面的計(jì)算分析，在滿足安全與變形的前提下，從土釘總量最小，經(jīng)濟(jì)效果最好的角度來看，當(dāng)土釘墻開挖深度分別為5m、6m、7m、8m、與9m時(shí)，土釘間距的最優(yōu)間距分別為1.6m、1.6m、1.8m、1.8m與1.8m；從整體穩(wěn)定系數(shù)最大，安全儲(chǔ)備最高的角度來看，當(dāng)土釘墻開挖深度分別為5m、6m、7m、8m、與9m時(shí)，土釘間距的最優(yōu)間距分別為1.2m、1m、1.2m、1.2m與1.2m。

結(jié)論

本文通過土釘?shù)目傞L度和整體安全性系數(shù)的討論與分析，給出了土釘?shù)淖顑?yōu)間距。在同一開挖深度范圍內(nèi)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(xiàn)“U”型變化，最優(yōu)的土釘間距在曲線最低點(diǎn)左右。考慮曲線并不光滑，根據(jù)曲線走向分析：當(dāng)開挖深度較小時(shí)，土釘間距取1.5m～1.6m時(shí)為最優(yōu)間距；當(dāng)開挖深度大于7m時(shí)，土釘間距取1.8m左右為最優(yōu)間距。對(duì)于純土釘墻來說，當(dāng)開挖深度越大時(shí)，土釘最優(yōu)間距的尺寸越來越大。由于本文驗(yàn)證單一土層，所以對(duì)于其他土層或多層土層，應(yīng)重新進(jìn)行驗(yàn)證。

［1］ JGJ120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］郭院成.基坑支護(hù)［M］.黃河水利出版社，2012.

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

省級(jí)科研項(xiàng)目：吉教科合字【2016】第539號(hào)，非飽和土增濕變形與敏感性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。

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