復(fù)合土釘加固結(jié)構(gòu)支護(hù)原理分析

韓 凱

（太原市炘凱海威公路工程技術(shù)咨詢有限公司， 山西 太原 030000）

1 復(fù)合土釘加固結(jié)構(gòu)構(gòu)造及形式

軟弱邊坡結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期外部荷載和自重作用下很容易出現(xiàn)不同程度的垮塌和大變形病害，必須采取必要的支護(hù)和加固結(jié)構(gòu)以控制此類病害的出現(xiàn)；在工程支護(hù)工程實(shí)踐中，為了提升土釘結(jié)構(gòu)的自身承載能力和抗變形剛度，復(fù)合土釘結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本代替了傳統(tǒng)土釘結(jié)構(gòu)，目前省內(nèi)常用的復(fù)合土釘結(jié)構(gòu)主要有鉆孔灌注土釘、錘擊土釘及錨桿注漿土釘?shù)葞追N。

鉆孔灌注土釘應(yīng)先在對(duì)應(yīng)加固位置鉆孔、成孔，將預(yù)制完成的鋼筋骨架吊裝到指定孔道內(nèi)，采用高強(qiáng)度混凝土注漿夯實(shí)，經(jīng)鉆孔灌注制作的土釘結(jié)構(gòu)外部全部被混凝土材料包裹，為了確保土釘結(jié)構(gòu)的按照精度和可靠性，且土釘周圍應(yīng)保證混凝土保護(hù)層的厚度滿足設(shè)計(jì)要求，在土釘周圍以3m為標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)支撐架，土釘內(nèi)置入的鋼筋骨架應(yīng)使用直徑介于20mm-30mm的帶肋鋼筋，鋼筋型號(hào)為HRB400型，由于鉆孔灌注成孔技術(shù)對(duì)施工單位的施工技術(shù)能力和施工機(jī)械設(shè)備配套的要求較高，在工程實(shí)踐中應(yīng)用相對(duì)較少。

錘擊土釘施法的主要原材料為高強(qiáng)度角鋼和型鋼，使用高強(qiáng)度型鋼和鋼筋材料代替土釘結(jié)構(gòu)，借助沖擊錘擊技術(shù)將土釘擊入對(duì)應(yīng)支護(hù)位置，錘擊土釘施工技術(shù)不注漿，但由于土釘在錘擊過(guò)程中與支護(hù)土體的接觸面積相對(duì)較小，且土釘入土長(zhǎng)度較小，錘擊施工技術(shù)一般適用于土體質(zhì)地松軟，存在比例較大放坡的結(jié)構(gòu)支護(hù)工程中。

錨桿注漿土釘技術(shù)主要應(yīng)用在地質(zhì)條件較差，巖體堅(jiān)硬的區(qū)域，錨定管使用直徑不小于36mm的專用鋼管，錨定管的管壁厚度應(yīng)低于3mm，為了保證順利入土，錨點(diǎn)管端部應(yīng)設(shè)置為倒錐形，管壁間距值應(yīng)介于 200mm-400mm范圍內(nèi)，為了保證錨固注漿的順利進(jìn)出，應(yīng)布置直徑不小于7mm的出口管，如果短時(shí)間出漿數(shù)量大，應(yīng)在端部布設(shè)倒刺型型鋼，錨定土釘借助機(jī)械或人工錘擊入土。使用錨定注漿施工技術(shù)時(shí)，為了保證注漿材料的質(zhì)量和可靠性，應(yīng)先使用清水沖刷管道內(nèi)壁和外壁，內(nèi)壁沖洗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以流出潔凈的清水為宜，在錨定注漿過(guò)程中，為了保證注漿漿液可以充滿管道內(nèi)部，應(yīng)保證注漿壓強(qiáng)不低于0.8MPa，且注漿充滿管道內(nèi)部以后應(yīng)保持高壓狀態(tài)不少于8min；如果出現(xiàn)長(zhǎng)期的久注不滿的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)清理和排除管道內(nèi)部的水泥漿液，防止注漿材料外溢或者滲透到地表，必要情況下，可以采取間歇式注漿施工技術(shù)緩解滲透壓力。

2 復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)原理分析

工程試驗(yàn)證明，采用垂直的復(fù)合土釘加固技術(shù)同比素邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的土體承載能力至少高1.2倍，且土釘結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的借助土釘和土體結(jié)構(gòu)的相互作用和摩擦力不至于出現(xiàn)瞬間的崩塌病害，極大地改善了土體的塑性變形能力和延性破壞能力。素邊坡土體的抗剪強(qiáng)度較低，與抗剪強(qiáng)度相比，土體的抗拉強(qiáng)度基本可以忽略，一般認(rèn)為土體不具有抗拉性能，由于素邊坡土體的抗拉及抗剪性能均較差，在外部沖擊荷載的擾動(dòng)作用下，素邊坡土體很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的瞬間垮塌病害，而借助土釘結(jié)合與素邊坡土體形成可靠的摩擦結(jié)構(gòu)，能夠始終保持邊坡在外荷載作用下的臨街高度滿足設(shè)計(jì)要求。通常情況下，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上屬于一種被動(dòng)型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，土釘類似于邊坡?lián)跬翂梢猿惺軄?lái)自土體的側(cè)向荷載，以提升邊坡結(jié)構(gòu)的整體性和荷載穩(wěn)定性，防止邊坡土體出現(xiàn)嚴(yán)重的荷載失穩(wěn)病害；土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要是將土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)埋設(shè)在邊坡土體內(nèi)部，保證邊坡土釘?shù)拈L(zhǎng)度和分布間距，實(shí)現(xiàn)土釘和邊坡土體的協(xié)調(diào)變形，改善素邊坡土體的自身穩(wěn)定性和綜合承載能力。

土釘結(jié)構(gòu)用于邊坡結(jié)構(gòu)支護(hù)過(guò)程中的土釘結(jié)構(gòu)、邊坡土體與噴射混凝土襯砌結(jié)構(gòu)共同形成一個(gè)受力體，借助土釘與素邊坡結(jié)構(gòu)的粘附、摩擦力，極大地改善了邊坡土體的自身荷載穩(wěn)定性和抗拉、抗剪強(qiáng)度不足的缺陷，提升了土釘-邊坡復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體剛度指標(biāo)，最大程度發(fā)揮了邊坡土體的承載潛能。除了土釘與素邊坡土體的粘附、摩擦作用下，土釘?shù)牧硪粋€(gè)重要功能是擋土墻功能，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)在素邊坡結(jié)構(gòu)最容易出現(xiàn)滑塔的位置，借助其支護(hù)作用提供滑移面上的土釘有效長(zhǎng)度和素邊坡之間的相互摩擦，以平衡土釘受到的拉應(yīng)力，借助土釘自身的抗剪強(qiáng)度以平衡和維持土體因抗剪強(qiáng)度帶來(lái)的剪切滑移。土釘結(jié)構(gòu)在土體價(jià)格過(guò)程中由土釘和土釘打入的土體共同構(gòu)成復(fù)合土體，充分發(fā)揮土釘?shù)倪吰鹿羌茏饔谩３送玲斀Y(jié)構(gòu)的骨架作用外，土釘有效長(zhǎng)度深入到土體內(nèi)部，能夠有效約束邊坡土體的塑性變形發(fā)展速率，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期大荷載作用下呈現(xiàn)的變形為持續(xù)性地、梯次化的荷載變形，這種變形約束作用是其他支護(hù)結(jié)構(gòu)不具備的優(yōu)勢(shì)之一，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于層次化的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，土體對(duì)外暴露時(shí)間較短，人為縮短了邊坡土體應(yīng)土釘打入過(guò)程中伴隨的卸載作用時(shí)間和卸載變形值，對(duì)于控制邊坡結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定具有重要意義。

土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在深入到邊坡土體內(nèi)部后，保持一定間距的土釘結(jié)構(gòu)能夠形成局部的拱架效應(yīng)，但拱架效應(yīng)的質(zhì)量主要取決于土釘?shù)氖┕べ|(zhì)量，如果邊坡土釘打入的間距值過(guò)大，且伴隨邊坡土體的抗剪強(qiáng)度較低，土體干密度值低等問(wèn)題，打入邊坡的土釘無(wú)法形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的拱架，在外荷載的擾動(dòng)作用下將出現(xiàn)嚴(yán)重的局部荷載失穩(wěn)病害和側(cè)向大位移，因此，邊坡土體支護(hù)土釘無(wú)法建立可靠的拱架結(jié)構(gòu)。為了防止出現(xiàn)這一問(wèn)題，在布設(shè)土釘時(shí)應(yīng)在端部增設(shè)面板，借助面板的表面積提高土體和土釘之間的相互作用力值，實(shí)現(xiàn)荷載的內(nèi)部傳遞和良性引導(dǎo)。

3 總結(jié)

綜上分析可知，復(fù)合土釘支護(hù)加固技術(shù)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用日益廣泛，尤其在軟弱邊坡結(jié)構(gòu)的支護(hù)和加固中展現(xiàn)出絕佳的優(yōu)勢(shì)；本文在分析復(fù)合土釘支護(hù)及加固技術(shù)的基礎(chǔ)上，明確了土釘加固的基本構(gòu)造和形式，理清了復(fù)合土釘加固結(jié)構(gòu)在控制變形、約束塑性變形發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)，闡明了復(fù)合土釘結(jié)構(gòu)的支護(hù)和加固工作原理，為后續(xù)的工程項(xiàng)目推廣應(yīng)用提供了借鑒和參照。