土钉支护技术现场测试及有限元分析

　　1　前　言

　　从二十世纪70年代开始,法国、德国和美国各自独立开发了用于土体开挖和边坡稳定的一种新的支护技术,称之为土钉支护[1],并迅速在法、德二国获得推广。这些国家在应用该项技术时,均进行了大量的现场量测、室内试验及有限元分析等研究。大量的工程实践不断证明了土钉支护技术的可靠性与经济性。它具有工程量少,施工速度快,施工设备轻便,操作简单,费用低等优点,更为重要的是土钉支护施工具有隧道新奥法施工中的特点,边开挖边支护,不占独立工期,可以根据现场监测情况随时修改土钉间距和长度,进行信息化施工。

　　我国近年来已在许多高层建筑的深基坑开挖中采用土钉支护,与国外相比,国内土钉支护工程的规模一般较大,如由我们设计和施工完成的山东金龙大厦深基坑支护,基坑的两个边长分别超过了100m和50m。但是迄今为止,国内还没有对土钉技术有过比较深入的研究,计算分析方法亦十分粗糙,大都是依靠设计者对其工作性能的理解和以往工程经验进行设计,缺乏完整的设计方法和施工的技术要求,现已出现个别工程事故,如作者在处理一起土钉支护边坡塌方事故时,施工单位根本拿不出完整的设计计算书,只有几张施工方案图,施工期间更没有完善的监测措施,工程处于失控状态,以致出现明显的事故预兆时,也未及时采取可靠的加固措施。因此,对土钉支护进行现场量测是非常必要的。针对土钉的受力特点,我们在两个大型土钉支护工程中进行了现场量测,主要量测土钉应力分布,坡顶水平位移和土钉极限抗拔力,并用土工有限元程序PLAXIS进行了分析。

　　2　土钉应力分布

　　2.1　工程概述

　　济亨商业中心大厦位于济南市市区(图1),主楼地上24层,局部26层,总高度88.80m,裙楼5层,主楼下设3层地下室,开挖深度12.98m,裙楼下设2层地下室,开挖

　　深从上往下为:①杂填土,厚0.9～3.5m不等;②黄土,厚为0～2.1m;③黄土夹碎石,厚为1.1～2.3m;④粉质粘土～碎石,厚3.8～5.1m;⑤粘土夹姜石,厚0～14m;⑥辉长岩,厚5.5～12.6m。各层土的状态及有关力学指标详见表1。

　　2.2　土钉应力分布

　　为了探讨土钉内应力分布,在基坑南壁设置一根试验土钉,沿土钉长度方向设7个测试点,每个测试点贴一应变片,量测结果见表2和图2,土钉轴力为36kN。

　　由测试结果可以看出,全长锚固式压力注浆土钉应力分布是很有特点的,首先它存在一个峰值,此峰值即是内部潜在的破裂面,其次是应力向峰值两侧递减,在锚固段递减为零,由此可得,锚固段长度只需满足设计要求即可,不要人为增加其锚固段长度;在非锚固段其应力也递减很快,到达面层时已很小,所以土钉支护中面层虽然承受一定的内力,但受力不大,面层不是主要的受力构件。本工程面层设计为C20喷射混凝土,厚为100mm,内配 6@200×200钢筋网。