蘭州地區(qū)土釘墻支護受力研究

梁瀟文，張福龍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000)

蘭州地區(qū)土釘墻支護受力研究

梁瀟文，張福龍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000)

雖然蘭州地區(qū)在基坑開挖時多采用土釘墻支護，但由于地層的復雜性，使得土釘墻的受力變形分析變得較為復雜，尤其是土釘墻在開挖期間土壓力及土釘的受力分析，在理論與實踐應用中還存在一定差距。以蘭州城市規(guī)劃展覽館基坑工程為例，結合理正深基坑支護結構設計軟件FSPW-7.0，分析基坑在開挖時土壓力及土釘拉應力的變形規(guī)律，并與現場實際監(jiān)測數據進行對比分析。研究表明：采用軟件FSPW-7.0計算分析時，所得的計算結果與現場實測的土釘最大拉應力及土壓力吻合度較高，其計算結果可作為設計土釘墻參數選取的依據，并用以施工指導。

基坑；土釘墻；土壓力；拉應力

0 前 言

傳統(tǒng)的支擋結構均基于被動制約機制，即以支擋結構自身的強度和剛度，承受其后面的側向土壓力，防止土體整體穩(wěn)定性破壞。土釘墻支護原理與傳統(tǒng)的支擋結構的支護原理不同，在基坑開挖時，通過打入土體內不同長度與密度的土釘與邊坡土體共同作用，形成了類似于加筋土的復合結構土體[1]。通過土釘與土的共同作用，從而達到加固與穩(wěn)定邊坡的目的。從某種意義上來說，土釘加固邊坡土體可以理解為土體的一種改良措施。因土體的抗拉、抗剪強度遠低于土釘，當邊坡土體中打入土釘時，在復合作用下，土體的抗剪強度、抗拉強度、整體穩(wěn)定性均有顯著的提高，并且由于土釘的作用，延緩了邊坡土體的塑性變形發(fā)展階段，把“脆性”破壞轉變?yōu)椤八苄浴逼茐模词惯吰峦馏w喪失承載能力，也不會發(fā)生突發(fā)性的整體滑坡破壞[2]。

1 工程概況及支護方案

1.1 工程概況

蘭州城市規(guī)劃展覽館工程總建筑面積16 460 m2，地上4層，地下1層，建筑基礎采用筏板基礎，基礎埋深-6.3 m，其中機械開挖深度為-5.6 m，剩余0.7 m采用人工開挖。工程勘察資料[3]顯示，該場地地下水為階地型潛水，主要含水層為卵石層，卵石層滲透系數為85 m/d。該場地緊臨黃河，在枯水期地下水主要接受大氣降水和地表水入滲等補給黃河，豐水期黃河補給地下水。地下水變化幅度約1.5～3.0 m。根據《建筑基坑支護技術規(guī)程》規(guī)定，該基坑安全等級為二級，支護結構重要性系數取1.0。

1.2 支護設計原則與土釘參數

根據現場實際情況，依據《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ 120-2012，該基坑支護設計包括兩部分：a用極限平衡法進行局部抗拉計算，得出土釘參數；b使用條分法分層進行穩(wěn)定性分析計算，之后進一步調整土釘參數，再進行包括外部穩(wěn)定性計算在內的穩(wěn)定分析[4]。設計驗算采用北京理正深基坑支護結構設計軟件FSPW-7.0版本，并手工驗算復核，最終確定支護設計計算結果。以計算結果為依據，結合蘭州地區(qū)工程實踐進行適當調整，形成本工程最終設計。

1.3 驗算結果與參數整理

根據驗算結果，現取具有代表性的2-2′剖面為例。表1～2分別為土層參數、土釘參數。最終抗拔承載力驗算結果如表3所示。

2 土釘開挖受力分析

分析基坑在開挖時，土釘受力的變化情況，然后歸納土釘在基坑開挖時的受力特征，并總結變形特征，找出變化規(guī)律。在數據分析時，著重考慮主要的，最常見的影響因素，如土釘的長度、布置等，暫不考慮偶然的，人為的因素，以突出重點。

表1 土層參數

表2 土釘參數

表3 抗拔承載力驗算結果

基坑在開挖時，隨著土體中的應力釋放，土體中應力來不及調整，并呈現逐漸變小的趨勢，為了保證基坑土體的穩(wěn)定，此時的土釘將受到一定的土壓力。在進行土釘開挖受力分析時，以縱坐標為土釘開挖時受到的拉力F，橫坐標為土釘的長度L，并對每排土釘實測的數據進行擬合，得出基坑在開挖時土釘沿長度方向的受力變化圖。通過分析各排土釘在開挖時的圖形及數據，可將受力分為3個階段。

第1階段：當土釘剛打入基坑邊坡時，由于邊坡土層已基本完成了大部分的位移，土釘打入土層的側向位移發(fā)展不大，因此，作用在土釘上的土壓力并不大，此時土釘沿全段長度的拉應力基本為零。

第2階段：當土釘打入邊坡土體時，與土體形成類似于加筋土的結構。根據加筋土的受力特性，當基坑在開挖下一層土體時，上一層土體會因下一層土體開挖產生的側向位移而產生相應的側向位移，上層土體相應的側向位移約為下層土體側向位移的20%左右，此時，處于上一層土體中的土釘就會產生拉應力[5]。

第3階段：隨著基坑開挖深度不斷增加，土體水平及垂直位移量因開挖卸荷而逐漸增加，土釘受到的拉應力也呈現增大的趨勢，并且拉應力最大值逐漸向后移動，拉應力峰值所處位置會因不同土層而不同，一般情況下，越靠近上層土體的土釘拉應力峰值越靠后，越接近下層土體的土釘拉應力峰值越靠前，將各排拉應力峰值所在的土釘橫斷面連起來，既是基坑開挖時邊坡潛在的危險滑移面。

3 結 語

結合現場實測數據及理正深基坑設計軟件的計算結果，可總結以下幾點。

1) 當基坑在開挖下層土體時，必定會引起上層土釘的應力增加，并且上層土體會因下層土體的開挖而繼續(xù)產生側向位移，但是上層土體的側向位移值并不等于下層土體開挖時的側向位移值。

2) 隨著基坑開挖深度的增加，土釘受到的拉應力也會逐漸增加，并且發(fā)生在開挖下一層土體的時候。隨著開挖面層的遠離，土釘拉應力的增加值呈現逐漸減小的趨勢。

3) 土釘在基坑開挖過程中所受到的拉應力是一個不斷調整與變化的值，隨著基坑開挖深度的不同，其所受到的最大拉應力值大小、應變增加量都不同，并按一定的規(guī)律分布。

[1] 孫鐵成, 張明聚, 楊茜. 深基坑復合土釘支護模型試驗研究[J]. 巖石力學與工程學報, 2004, 23(15): 2385-2392.

[2] 高盟, 高廣運, 張遠芳. 土釘支護結構優(yōu)化設計的有限元分析[J]. 巖土力學, 2007, 28(11): 2463-2470.

[3] 魏煥衛(wèi), 宋豐波, 孫劍平. 基于明德林解的土釘內力計算方法[J]. 巖土力學, 2011, 32(1): 2464-2471.

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

[5] Simth I M. Three-dimensional analysis of reinforced and nailed soil[C]//Proceedings of the International Symposium on Numerical Models in Geomechanics. Rotterdam: Balkema A A, 1992.

Soil Nailing Wall Supporting Stress Research in Lanzhou Area

LIANG Xiaowen, ZHANG Fulong

(ShaanxiInstituteofTechnologyofProfessionofRailwayEngineering,Weinan,Shanxi714000,China)

Although soil nailing wall in foundation pit excavation support is adopted in in Lanzhou area, the complexity of the strata makes an analysis of stressed deformation of soil nailing wall relatively complex, especially in the soil nailing wall during the excavation of earth pressure and force analysis of soil nailing. It still exists in a certain gap to be theory and practice applications. In LanZhou city, the planning exhibition hall of foundation pit engineering, for example, is combined with the principle of the deep foundation pit in supporting structure design software FSPW-7.0. There is an analysis of earth pressure when foundation pit excavation and soil nail tensile stress are in the deformation law to be compared with the actual monitoring data. Our research analysis of software FSPW-7.0 calculation will show that the calculation results with the field measurement of soil nailing the maximum tensile stress and soil pressure alignment are higher. The calculation results can be taken as the basis for design of soil nailing wall parameters selection to guide construction.

Foundation pit; Soil nailing wall; Earth pressure; Tensile stress

2017-02-28

國家自然科學基金項目(50978128)

梁瀟文(1986-)，女，甘肅定西人，助教，研究方向：地基基礎，手機：15706092100，E-mail：510393233@qq.com.

TU971

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.055