基于荷載作用下新型多盤土釘墻數值模擬分析

劉躍躍

（安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 230001）

1 多盤土釘墻介紹

本文提出的多盤土釘墻，其是邊開挖基坑，邊在基坑邊坡上設置多盤土釘，可通過鉆孔、利用成盤工具在土中形成盤空腔等步驟來設置，然后在坡面支模并噴射水泥砂漿待其凝固后，就形成了類似擋土的結構。該支護結構由多盤土釘、水泥砂漿和土體三者以緊密結合的方式形成，主要是由多盤土釘以單層或多層的方式通過與加固后原位土體形成一個組合體，可以抵抗墻后的土壓力，也可以把面層上受到的土壓力傳遞到更穩定的土層中，從而保持了開挖面的穩定。

2 基坑變形分析

根據實際工程及以本模型概況，本模擬分為4步進行：基坑開挖前，使土體先進行自重應力平衡；將上述位移清零后，然后放坡開挖，施加第一道多盤土釘，計算到達新的平衡；在進行第二步開挖，并施加第二道多盤土釘，計算達到新的平衡；之后在基坑頂部進行分級加載模擬。通過FLAC3D軟件模擬，把數據導出來，并繪制成載荷-位移曲線。如圖2所示，是基坑第二步開挖支護后，對基坑頂部進行豎向加載，加載區間為0kpa到20kpa，每級加載2kpa，共11級加載。

圖1 荷載下坡面最大水平位移

圖2 加載時基坑頂部的最大沉降量

從荷載下坡面水平曲線中發現，在沒有外加載荷時，新型擋墻的側向變形最大時，其值僅為-4.18mm，比等徑土釘墻小了近六分之一。在頂面負載達16kpa時，多盤擋墻變形的最大值僅僅達到了-6.67mm，比普通土釘墻下減小了64.9%。當外在載荷到達20kpa時，等徑擋墻下的最大變形為29.6mm，比新型土釘墻變形大了53.3%。從上述圖中明顯地觀察到在荷載作用下，新型擋墻對基坑變形的控制明顯優于等徑擋墻。

由圖2知，隨著荷載的增大，兩種模型的最大沉降量逐漸增大，并且新型擋墻的坑頂最大沉降量曲線均在普通土釘的上方，多盤擋墻的變形增長小于普通土釘墻。說明了在荷載作用下，對坑外土沉降控制最有效的是多盤擋墻。在無外加負載時，兩者變形相差很小；隨著載荷增加了16kpa后，發現多盤擋墻的最大變形為-4.06mm，比等徑土釘減小了72.2%；荷載到20kpa后，新型擋墻的最大沉降量為-12.45mm，等徑擋墻的為-27.6mm.多盤土釘的最大沉降相較于等徑土釘減小了54.9%。

這主要是因為釘盤的存在，使得土釘與土體的接觸面增大了，從而使得土體受力能力提升；釘盤可以分擔土體中很大一部分的荷載，亦可以把受到的土壓力傳遞到更穩定、更深層的土層中，并向穩定土體中擴散。故新型擋墻的支護機理概述為以下方面：

1）新型擋墻結構中，多盤土釘會與土體形成共同承受外力的組合體，從而可以約束土體變形。

2）多盤土釘可以分擔土體中很大一部分的荷載作用，其抗拉能力高、抗剪強度高且盤體的存在使得應力向多盤土釘中的盤體轉移，多盤段分擔應力的大小除外界因素和多盤段自身強度的影響外，還受多盤段直徑、長度的影響。另外盤體的存在，延緩了塑性區的開展以及土體開裂面的出現，其對荷載作用下土體裂縫出現的位置以及裂縫區域的形成也有所影響。

3）由于土層中常伴有裂縫，在進行注漿時，漿液會向裂縫中擴散，形成膠結，盤體的存在使得接觸面積增大，從而提高了其與土體的相互作用，也就提高了盤阻力，同時也使得土體的強度有所提高。

3 結論

多盤土釘墻，在有外來荷載作用時，相較于等徑土釘墻，多盤土釘墻的側向變形明顯較小，且荷載加大時水平變形增加的趨勢也較小。

釘盤的存在使得支護機理變得更加復雜，釘盤會分擔外來荷載的作用，延緩裂縫的出現，從而提高了支護效果。