土釘式擋土墻在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2012-08-10 來源：筑龍網(wǎng)
公路擋土墻是用來支擋路基填土或路塹土體，并使其穩(wěn)定、防止其滑移的一種構(gòu)造物。隨著我國(guó)高等級(jí)公路的飛速發(fā)展，其構(gòu)成形式日新月異，比較常見的有重力式、衡重式、懸臂式，扶臂式、加筋土式、錨桿式、錨定板式等，此外，還有豎向預(yù)應(yīng)力錨桿式，土釘式及樁板式等新的形式。土釘式擋土墻是一種新型擋墻結(jié)構(gòu)，本文就土釘式擋土墻的由來，它與其它形式相比的優(yōu)缺點(diǎn)，以及其設(shè)計(jì)原理、適用情況等做一初步探討。
土釘式擋土墻由被加固土體，放置在土中的土釘體和護(hù)面板、排水系統(tǒng)組成，天然土體通過土釘就地實(shí)施加固并與噴射混凝土護(hù)面板相結(jié)合，形成一個(gè)重力式的擋土墻，以此抵抗墻后傳來的土壓力和其他作用力，從而使得挖方坡面穩(wěn)定。土釘依靠與土體接觸界面上的粘結(jié)力，摩阻力和周圍土體形成復(fù)合體，土釘在土體發(fā)生變形的條件下被動(dòng)受力，通過其受拉作用對(duì)土體進(jìn)行加固。而土釘問土體的變形則由護(hù)面板予以約束。
土釘技術(shù)的發(fā)展始于70年代，1972年在法國(guó)凡爾賽附近為拓寬一條鐵路路基的邊坡開挖工程中，采用了噴混凝土護(hù)面板，并在土體中置人鋼筋后注漿。后來，法、德、美、英等國(guó)家均投資對(duì)土釘做了大量的研究及足尺土釘墻試驗(yàn)，并在實(shí)際工程中進(jìn)行了大量的應(yīng)用，其中有高層建筑邊的基坑開挖的臨時(shí)支護(hù)，也用做邊護(hù)穩(wěn)定加固路暫擋土墻之用。其中在利昂附近Dombes隧道的洞門擋墻（坡度72。）中采用永久性土釘支護(hù)高度達(dá)到28m。
在我國(guó)，土釘支護(hù)技術(shù)大約于八十年代初起步，迄今為止，許多勘察設(shè)計(jì)部門、高校以及軍內(nèi)工程兵單位對(duì)土釘支護(hù)技術(shù)做了許多研究工作，并在工程實(shí)踐中進(jìn)行了實(shí)踐?，F(xiàn)在，除了不良地層如軟土和降水困難地區(qū)外，只要存在允許設(shè)置土釘?shù)牡叵驴臻g，土釘支護(hù)往往成為基坑工程開挖中的首選方案，同時(shí)在一些公路和鐵路邊坡加固中，也有以土釘支護(hù)作為擋土墻的工程實(shí)例。但與國(guó)外相比，迄今國(guó)內(nèi)對(duì)土釘技術(shù)還缺乏深入系統(tǒng)研究，施工技術(shù)和水平低下，在材料部件和施工機(jī)具上缺乏專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，尤其是在質(zhì)量控制和管理跟不上設(shè)計(jì)方法。以上所述為土釘支護(hù)技術(shù)（Soil Nailing）的由來，及國(guó)內(nèi)、外應(yīng)用情況，它在公路工程中用做擋土墻時(shí)，應(yīng)稱為土釘式擋土墻（Soil Nailed wal1），簡(jiǎn)稱土釘墻。通過以上敘述，可以看出土釘墻是由建筑基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展而來的，但它之所以可成為一種形式的擋土墻是由其特有的結(jié)構(gòu)形式和施工方式?jīng)Q定的，這在后面將做進(jìn)一步闡述。
1、土釘墻中土釘類型
鉆孔注漿釘、擊人釘、注漿擊人釘、高壓噴射擊釘?shù)葞追N，其中鉆孔注漿釘為最常用的一種類型。
2、土釘墻的施工過程
（1）開挖路塹，深度應(yīng)視不同性質(zhì)土體控制在1～ 2m 之間，在飽和粘性土中可小到lm，在干硬粘性土中可達(dá)到2m。
?。?）鉆孔、設(shè)置一排土釘（即插入一排鋼筋），設(shè)置排水管，給土釘注漿，布置護(hù)面板鋼筋網(wǎng)，噴射護(hù)面板混凝土。
?。?）待護(hù)面板達(dá)到一定強(qiáng)度后，繼續(xù)開挖路塹，重復(fù)以上步驟至設(shè)計(jì)高程。
3、土釘墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1 適用土體范圍
有一定毛細(xì)水粘聚力的中細(xì)砂土（含水量不小于5％ ～6％）有一定天然膠結(jié)能力的砂土和礫石土，具有天然粘聚力粉土及低塑粘土，以及風(fēng)化巖層
等，這些土體能保持開挖時(shí)邊坡切割面的短時(shí)間穩(wěn)定。
3．2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
?。?）釘?shù)挠?jì)算內(nèi)容包括土釘設(shè)計(jì)內(nèi)力N，土釘長(zhǎng)度L、土釘孔徑d、土釘鋼筋直徑等。
（2）護(hù)面板設(shè)計(jì)，護(hù)面板土釘為點(diǎn)支承的連續(xù)板進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，作用于面層的側(cè)向壓力在同一間距可按均布考慮，其反力作為土釘?shù)亩瞬坷?。?yàn)算的內(nèi)容包括板在跨中支承截面的受彎，板在支承截面的沖切等。
3．3 土釘墻穩(wěn)定性分析
?。?）內(nèi)部穩(wěn)定性分析， 指邊坡土體中可能出現(xiàn)的破壞面發(fā)生在土釘墻內(nèi)部并穿過全部或部分土釘。
（2）外部穩(wěn)定性分析
土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性得到保證的條件下，它的作用類似于重力式擋土墻，可將由土釘加固的整個(gè)土體（土釘墻）作為重力式擋土墻，分別驗(yàn)算其傾覆滑移。
以上為土釘墻的設(shè)計(jì)驗(yàn)算過程，國(guó)內(nèi)外有多種方法，應(yīng)在具體實(shí)踐中比較其優(yōu)劣。
4、土釘墻施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行土釘抗拔試驗(yàn)和施工監(jiān)測(cè)兩項(xiàng)工作。
抗拔試驗(yàn)所得到的平均極限荷載值應(yīng)大于設(shè)計(jì)計(jì)算所用標(biāo)準(zhǔn)值的1．25倍，否則應(yīng)修改設(shè)計(jì)。施工監(jiān)測(cè)應(yīng)貫穿整個(gè)施工過程，施工監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容是土釘墻頂部水平側(cè)向位移，然后計(jì)算此側(cè)向位移與開挖深度的比值，當(dāng)比值大于3‰ （砂土中）或4‰ （粘土中）時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，分析原因并采取加固措施。
5、土釘墻與錨桿擋土墻、加筋土擋土墻的異同
土釘是一種原位加筋技術(shù)，即在土中敷設(shè)拉筋而使土體的力學(xué)性能得以改善的土工加固方法，它與錨桿、加筋土在形式上有一定的類似，但也有著本質(zhì)的差異。
5．1 土釘墻與錨桿擋土墻的異同
土釘可視為小尺寸的被動(dòng)式錨桿，兩者的差異主要在以下幾個(gè)方面：
?。?）錨桿在設(shè)置時(shí)，可施加或不施加預(yù)加拉應(yīng)力，但都將庫(kù)侖破裂面前的主動(dòng)土壓力作為荷載，給土以主動(dòng)約束，通過錨桿傳至破裂面后的穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，盡量使土體不發(fā)生變位。而土釘墻一般不施加預(yù)應(yīng)力，要求在土體發(fā)生微小變型后，使土釘被動(dòng)受到磨阻力，并于原不穩(wěn)定土體一道形成類似于重力式擋墻的具體自撐能力的穩(wěn)定土體。
?。?）土釘墻是由上而下邊開挖邊分段施工的，而錨桿擋土墻是自下而上整體施工的。
（3）錨桿沿全長(zhǎng)分為自由段和錨固段，錨桿只是在錨固段內(nèi)受力，而自由段只起傳力作用；土釘則是全長(zhǎng)范圍內(nèi)受力，而且受拉力的大小沿整個(gè)長(zhǎng)度是變化的，一般是中間大，兩頭小。
?。?）錨桿密度小，每個(gè)桿件都是重要有受力部件；而土釘密度大，靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮?fù)合整體，因而即使個(gè)別釘失效，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)物影響也不大。
（5）錨桿可承受的荷載較大，為防止墻面沖切破壞，其端部的構(gòu)造較復(fù)雜；土釘一般不需要很大的承載力，單根土釘受荷載較小，護(hù)面板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用噴射混凝土及小尺寸墊板即可滿足要求。
?。?）錨桿長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)，需用大型機(jī)械進(jìn)行施工；土釘長(zhǎng)度一般較短，直徑較小，相對(duì)而言施工規(guī)模較小，所需機(jī)具也比較靈便。
由上述可以看出，如果僅加固挖方邊坡，則土釘墻是合適的；如果墻后土體和深部土體穩(wěn)定性有問題時(shí)，則用錨桿擋墻比較合適。
5．2 土釘墻與加筋土擋土墻的異同
土釘墻與加筋土墻均是土體的微小變形使拉筋受力而工作；通過土體與拉筋之間的粘粘、摩擦作用提供抗撥力，從而使加筋區(qū)的土體穩(wěn)定，并承受其后的側(cè)向土壓力，起重力式擋土墻的作用。兩者的主要差異是：加筋土墻一般應(yīng)用于地形平坦且寬敞的填方路段上，在挖方路段不宜使用；土釘墻則應(yīng)用于挖方路塹的邊坡?lián)鯄?。與其他擋土墻相比，土釘墻的優(yōu)點(diǎn)如下：
?。?）施工設(shè)備輕便，操作方法簡(jiǎn)單；
（2）施工不單獨(dú)占用場(chǎng)地；
?。?）施工速度較快。
（4）一般來講構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。同時(shí)，土釘墻也有其缺點(diǎn)和局限性：
（1）變形稍微大于預(yù)應(yīng)力錨桿的變形；
?。?）在軟土、松散砂土中施工難度較大，變型量大，造價(jià)較高。
6、結(jié)束語(yǔ)
土釘墻是由設(shè)置于天然邊坡或開挖形成的邊坡中的加筋桿件及護(hù)面板形成的擋土體系，用以改良原位土體并與原位土體共同工作形成一重力擋土墻式的輕型支擋結(jié)構(gòu)，從而提高整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性。與其他擋土墻相比，土釘墻具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在眾多形式的擋土墻中應(yīng)占有一席之地，但也需在日后不斷的工程實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)、不斷完善，達(dá)到施工方便、造價(jià)低廉的目標(biāo)。
