钢管代替钢筋土钉杆体在粉砂及松填土层基坑土钉支护中的运用(MATLAB实现)

function ESS;
%%等强度代换分析（Equal strength substitution）
%%在地质条件较好的情况下，钢管无法施工，需下部采用钢筋锚杆  
%%在理正深基坑软件中无法识别上层为土钉，下层为钢筋锚杆模型
%% 原理为：土钉与钢筋锚杆等强度代换
%% 土钉 soil nailing；钢筋 concrete iron
%% 牌号Q235钢的抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215 N/mm^2
%%  大直径钢筋常采用3级钢，普通钢筋HRB400抗拉强度设计值fy=360 N/mm^2
syms R_sn R_iron Q235 delta;
%%R_sn 土钉半径，一般为φ48钢管，取值24
%% delta 土钉壁厚，一般为3或者3.25mm
R_sn=24;
delta=3;
R_iron=9;
syms f fy;
f=215;
fy=360;
syms re_sn re_iron
re_sn=pi*(R_sn^2-(R_sn-delta)^2)*f;
re_iron=pi*R_iron^2*fy
format long 
fprintf('土钉强度值为 %d \n',re_sn)
fprintf('钢筋强度值为 %d \n',re_iron)

%% https://wenku.baidu.com/view/d5b0d8d33186bceb19e8bb7e.html

　　

钢管代替钢筋土钉杆体在粉砂及松填土层基坑土钉支护中的运用

蒋孙春     文章编号：1672-7045(2005)07-0048-02

摘  要:在粉砂层和松填土层等土层进行土钉施工，存在成孔时孔壁稳定性差的问题。影响了土钉的运用，本文主要从改变土钉杆体出发，用工程实例介绍在粉砂层和松填土层等成孔困难的土层土钉的运用技术。

关键词:钢管杆体  代替  粉砂及松填土层  土钉支护

[中图分类号] TU753

[文献标识码] B   

土钉是基于新奥法的原理发展起来的，20世纪70年代法国的Bouygues首次在铁路边坡的土层中成功应用土钉技术，我国在20世纪80年代开始试验研究和工程实践，90年 代得到迅速发展并进入普遍应用阶段。土钉支护由被加固土、放置于原位土体的土钉杆件和喷射在边坡面层上混凝土面板组成加固区带，其结构类似重力式挡土墙。 土钉技术融合了锚杆技术和加筋土挡墙技术，它具有结构轻型、柔性大、施工简便、速度快及经济效益明显的特点。它一般适用于有一定粘性的杂填土、粘性土、粉 土、黄土类土及弱胶结的砂土，开挖深度一般不超过5m的 基坑，土钉一般不适合软土边坡：主要原因是软土提供的界面摩阻力很低，而且成孔时孔壁不稳定。在工程实践中我们也遇到这种问题，但我们采取改变土钉杆体即 用钢管代替钢筋土钉杆体，并获得成功而且经济效益比较明显。以下是我们在广西区新华书店营业办公综合楼基坑支护中实际运用：

广西区新华书店营业办公综合楼位于南宁市竹溪路,地上21层,地下2层，框架剪力墙结构。建筑面积23590m2。项目场地南面为竹溪沟绿化带，北面为其他单位待建空地，东面为竹溪路(坡顶外边线距竹溪路路缘石边约为4m)，西面为竹溪沟。基坑设计等级:基坑东面毗邻快速环道竹溪路，为一级；其余为二级。根据广西电力勘察设计研究院提供的《岩土工程勘察报告》，建筑场地属邕江I级冲积阶地，场地为竹溪沟河床，地形低洼，项目动工时已填至绝对标高76m处，场地土层分布从上到下为：

（1）素填土1：黄～黄褐色，结构较松散，上部干燥，强度较高，填土厚度为5.3m～10.50m,底层标高65.6～70.69m,场地内均有分布;

（2）淤泥质粉土2：深灰色，局部为淤泥质粉砂，含腐植质,具腥臭味,略具粘性,土层呈饱和软塑状。厚度为   1.1m～6.60m,层顶埋藏标高65.6～   70.69m;

（3）粉砂3：深灰色，局部含粘土团块，该层厚度为2.00m～2.50m,层顶埋藏标高67.49～68.03m;

（4）砾砂4：灰～灰黄色，以中粗砂为主，砾石含量20～49%，砾径2mm～15mm，厚度为0.7m～3.70m,层顶埋藏标高63.02～66.18m，场地内均有分布;

（5）粉细砂5：灰～灰绿色，浅黄色，均质，呈饱和，稍密状，场地内均有分布，厚度为1.1m～3.10m,层顶埋藏标高62.12～64.19m;

（6）圆砾6：灰～灰黄色，以中粗砂含量10%～20%，砾石含量54%，砾石成分以石英为主，砾径2mm～30mm，少数大于30mm，多以中～细砾为主，级配差，磨圆度好，次圆状，中密，该层分布均匀，厚度为8.4m～9.80m,层顶埋藏标高60.78～62.36m。

基础底设计标高最低为66m，基坑最深达9.30m,由于基坑开挖较深，同时又临近竹溪沟，因此设计采用土钉支护结合水泥土搅拌桩隔水，土钉行距和排距均为1m，呈梅花状分布（见图1）；基坑采用分两个大层开挖的方案，即在第一层土开挖完后，在（标高约72m）的基坑东南北三面用两排深层搅拌桩隔水，并在以下部位采用土钉支护。在土钉施工前在项目基坑的东南北三面做了6根土钉试验土钉，施工的各项技术参数均按设计参数施工，土钉钻深5.5m 和9.5m两种各3根,采用水泥净浆,水灰比0.45,根据国内外的实践证明，采用这种水灰比浆液具有泵送所要求的流动性，且易于渗入小型开口和空隙中，硬化后的浆体有足够的强度，收缩也小。注浆压力0.4MPa,设计孔径150mm,单根Φ25mm,倾角15°,注浆深度为钻孔深。检验结果为：试验土钉长5.5m的抗拔力分别为:100KN、80KN、100KN；试验土钉长9.5m的抗拔力分别为:140KN、160KN、140KN。均满足设计要求。因此施工按照设计技术参数组织施工。

在开始第二层土开挖施工时，在场地的东面出现粉细砂层。用MD-50型机械钻机成孔钻进非常容易，但孔壁的稳定性非常差,不断出现塌孔现象；后改用洛阳铲人工成孔，同样出现塌孔。导致施工一度出现停顿，施工单位提出的用钢管杆体代替钢筋土钉杆体，经过施工、设计、监理等专业技术人员的研究分析认为：用钢管代替钢筋可以克服成孔中存在的困难，而且投资费用比原钢筋土钉的费用还经济，因此决定采取此办法替代施工方案，其他技术参数 同原设计。采用等截面钢管代替土钉杆体，这种施工方法在国内近几年也曾出现，它比较适合卵石层、杂填土层和淤泥层等难以成孔的地层。由于用钢管代替土钉没 有成熟施工经验可以借鉴，经过几方讨论确定：用Φ48×3.5的钢管代替钢筋，在钢管上每米间距上用电焊烧一个Φ10mm的孔，孔开在钢管两侧并相互错开。在孔的打进方向前端焊一根Φ14mm长100mm的 短钢筋，目的是一方面为了防止打入时出现堵孔，另一方面可以增加钢管土钉杆体的锚固力。其他技术参数：土钉杆体长、水泥浆液水灰比、注浆压力、倾斜角度、 土钉杆体排距及间距同原土钉的技术参数。施工采用汽锤打入，钢管接长采用绑条焊。每打入完一排钢管土钉杆在注浆前先插入塑料软管通入自来水对钢管内进行冲 洗，冲洗完后紧接着马上从钢管端头开始压力注浆，以钢管端口溢出浆液或邻近钢管土钉溢出浆液为止。从现场施工情况看，压力注浆时在基坑顶面及竹溪路的路缘石处有浆液渗出（第一层杆体距地表距离为1.2～5.3m）。

施工完毕,由甲方委托专业检测机构对锚杆进行了检测,检测结果表明：除-8.9m部位的钢管土钉没有达到设计轴向拉力207KN，钢管锚杆在拉力上升至183KN时出现塑性变形外，主要原因是Φ48×3.5的钢管的抗拉设计强度(屈服强度)在166KN左右,这也是我们在分析解决此问题时忽视了的一个问题:那就是在用Φ48×3.5的钢管代替原设计Φ32mm的钢筋时没有考虑到钢筋与钢管等截面替换的问题。尽管出现这个失误，但该项目由于其他一些原因，桩基础及基坑支护在2003年10月施工完毕后，地下室及其主体至今尚未开始施工。通过现场对基坑的观察来看：基坑四周没有出现地表开裂,附近竹溪路主干道在基坑支护施工完成近二年的时间里经受了大型车辆的来来往往的考验也没有出现变形和裂缝等不良现象, 这说明在松填土和砂性土中水泥浆液的渗透性较好，充分改良了基坑边坡的土质的成分,增大了边坡自身的稳定性,弥补了钢管土钉杆体自身强度达不到土钉设计轴向力所引起的缺陷。其他土钉轴向力的检测结果均满足设计要求。

目前在广西南宁采用钢管土钉杆体代替钢筋土钉杆体这两年在其他项目的松填土基坑支护中也时有使用,但其运用范围仍然不够。采用钢管土钉杆体代替钢筋土钉杆体具有以下优点：

(1)解决了在松填土和砂性土成孔时孔壁不稳定所带来的施工困难；

(2)通过钢管对松填土和砂性土进行压力注浆,其渗透性和渗透效果比在正常土钉孔里更好，可以充分改良基坑边坡的土质的成分,增大了边坡自身的稳定性；同时由于水泥浆液的渗透,也使实际的锚固体直径大于原设计钻孔的直径，增大了浆体与周围土层间的摩阻力;另一方面由于浆液渗透的不均匀性使具有不规则形状的锚固体表面产生一种横向压力,这种压力可以明显提高土体中钢管土钉锚固体上的摩擦力。

(3)以钢管杆体代替钢筋杆体，由于采用打入式安装，将土钉的钻孔、放杆、注浆及锚固几个工序在一个过程中一次施工完成，施工速度大大提高，可以节约大量工期。

 

参考文献

[1]程良奎，范景伦，韩军，许建军.岩土锚固[M].中国建筑工业出版社,2003.

[2]叶观宝.地基加固新技术[M].机械工业出版社.2002.

 

(作者单位:广西大通建设监理有限责任公司)