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土钉的结构、国内外使用情况简介及适用范围

341 2022-05-23 09:15:36

土钉(Soil Nailing)护坡是通过小间距地在边坡原状土中钻孔置筋灌浆(也有将型钢等直接打入土体者)),形成土钉网,以使边坡土体得到加固,并保证加固后的土体具有足够的强度和刚度而维持边坡的稳定。所以说土钉是一项通过"加筋补强"来加固土体、用于边坡支护和建筑基坑围护的新技术。实践证明土钉加固边坡具有投资省、及时、快速、施工场地占用小等优点。因此,在一些国家,土钉已成为土坡稳定和深基坑护壁的通用技术。


在法国,土钉是基于新奥法的原理发展起来的。出现于20世纪60年代初新的奥地利隧道施工法——新奥法,是利用喷射混凝土与全长粘结的锚杆相结合,为岩石隧道开挖提供及时有效的稳定支护。后来新奥法在土质隧道中也得到了成功应用。


1975年,法国承包商博格斯提出了新奥法原理能够用于土质边坡的加固支护,并与斯来坦村合作,在法国凡尔赛市铁路边坡开挖工程中进行了成功的应用,该边坡坡高14 m,坡角70°,总加固面积12000 m²。1974年.上述承包商又在法国巴黎 Les Invalides地铁车站工程中首次采用击入式钢管土钉,取得成功。此后,土钉技术很快在法国各地得到普及。


1975年,法国扩建马黎到布雷斯特铁路线,在原铁路线旁两条平行铁路.需要大量削坡,而坡顶为一条高速公路,因严格受场地限制,削坡使坡面变陡,采用土钉加固,边坡最大高度20余米,坡角70°。日本于1983年开始也用土钉加固了一系列工程,包括铁路和公路路基、桥台的锥体护坡和隧道沿口斜坡加固等。1992年长沙铁道学院土木系在湖南娄底成功地用土钉对一处永久性直立公路路堑边坡进行了支护加固,边坡高7 m,土体为红粘土,含水量大,在坡顶面有一栋5层楼建筑距坡顶边不过2 m 左右,土钉支护结构至今工作良好。我国候月线通过六百多米长、最大高度14.4m 的路堑,路堑的顶部为粘砂土,其余12 m 为膨胀土,经方案比选后.采用土钉加固。加固工程证明既安全又经济,且大大缩小了施工时间。


1995年,济南铁路局对某铁路边坡采用土钉成功地进行了加固处理。工程实践和试验证明.土钉加固的边坡具有良好的抗动力性能,例如,在美国加利福尼亚州修建的三项土钉工程经受住了1989年Loma Priata大地震(震级7.】)的考验而完好无损;不少国家的工程技术人员和研究者,为了了解土钉边坡上部铁路公路或其它动荷载作用的影响,进行了一些动荷载作用下大比例尺试验,其结果表明,这种动荷载仅给整个结构物附加一个非常小的永久变形,在实际工程中其值小到可以忽略不计。


(1)土钉支护主要由以下各部分组成;


①土钉∶由变形钢筋及其四周的水泥砂浆组成,通常还包括用于保证钢筋处于孔径中心位置的定位托架,以及钉体外端与支护层相连接的金属垫板等连接件。


②面层∶通常为钢筋网喷混凝土或外加模筑混凝土(用于永久性支护)。


(2)钻孔灌浆土钉支护适用于下列土体∶有一定胶结能力和密实度的砂土、粉土、砾石土和素填土,较硬的粘性土,以及风化岩层等。除非采取专门的措施和掌握专门的技术,在下列不良土体中一般不宜采用土钉支护∶松散砂土和杂填土、有承压水的粉细砂、软塑粘土、淤泥质土和淤泥。只有在满足以下条件的承包单位,方可在上述不良土体中进行土钉支护施工∶


①支护的设计施工单位有在类似土体中成功完成类似规模的土钉支护经验,并能出示工程实例及当时的现场测试数据,足以说明支护变形能满足要求;


②在施工过程中,有完整、连续的量测监控手段,且有可靠的应急加固抢险措施。


(3)土钉用作深基坑开挖支护时采用从上到下分步修建,其典型的施工步骤为∶


①开挖有限高度;


②在这一高度的作业面上设置土钉,距坡面一定距离(一般为面层设计厚度的一半)挂钢筋网并喷混凝土面层;


③继续向下作开挖并重复上述步骤,直至设计所需的基坑深度。在施工中必须进行现场测试与监控并反馈设计,实现信息化施工,确保安全。


(4)土钉支护的设计施工应充分考虑施工作业周期和一些环境因素(降雨、振动)对陡坡开挖面上临时裸露土体稳定性的影响,必须随开挖随支护,尽快构筑混凝土面层和土钉,以减少边坡变形,保持边坡稳定。一般情况下,支护工程发包方应提供地质勘察资料,基坑四周地面和地下各种建筑物、构筑物、管线等资料以及邻近江河湖沼水源等资料。土钉支护的初步设计文件应包括∶


①工程地质与水文地质条件及基坑周围现有建筑施工与地下埋置物的描述,以及初步设计选用的土体力学性能参数。


②支护结构施工图。标明支护平面位置,断面几何形状,结构总体尺寸;标明全部土钉(包括测试用土钉)的位置并逐一予以编号,以及土钉的尺寸(直径、孔径、长度)、倾角和间距,标明喷混凝土面层厚度,钢筋网尺寸与焊接要求;标明土钉与网喷混凝土面层的连接构造方法;规定钢材、砂浆、混凝土等材料的规格与强度等级。


③排水系统施工图及施工要求。


④施工方法和施工过程的主要要求,如每步作业的开挖深度,边坡开挖面的裸露时间限制,现场测试内容与监控要求等。


⑤土钉承载力与支护稳定分析的计算书,并提出有关安全系数,以及预估的支护最大侧向位移量。


⑥为防止危及周围建筑物、道路、地下设施而采取的措施。

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