1、1土钉支护结构设计在土木工程中的应用【摘要】土钉支护结构的设计是土木工程中极其重要的部分之一，一直以来有很多国内外学者从事着对土钉支护结构设计研究实践工作。本文简析了土钉支护的概念、土钉支护结构设计分析的内容，探讨了在土木工程中土钉支护结构设计的常用方案，并结合这些方案指出土钉支护结构设计中的不足。 【关键词】土钉支护，设计，概念，土木工程，方案，应用 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 前言 随着我国经济发展的需要，大量的土木工程需要被建设，土钉支护结构设计是土木工程中重要的环节之一。好的土钉支护结构设计能够增加土木工程的稳定性，保障了工程的安全性，对于土钉支护结构设计如何适应
2、与复杂环境、软土地层深基坑等不利条件下的土木工程施工，采取怎样的措施来优化土钉支护结构设计的方案等问题一直困扰着国内外学者。本文从土钉支护概念、工程应用方案等方面进行了以下综述研究。土钉支护的概念及土钉支护结构设计分析 土钉支护是指在原位土中敷设较为密集的土钉，并在土边坡表面构筑钢丝网喷射混凝土面层，通过土钉、面层和原位土体三者的共同作用而支护边坡。其特点是在发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的2粘结力和摩擦力，使土钉被动受拉，给土体以约束加固，使土体稳定1。在土木工程中使支护结构能够在极端环境中保证安全性，并且在使用条件中能满足变形限制条件是土钉支护结构设计分析的主要目的及任务。支护结构
3、的设计原则包括：安全可靠、经济合理以及便于施工等。土钉支护结构设计分析主要涉及以下主要内容：（一）内部的稳定性分析；（二）外部的稳定性分析；（三）支护面层的内力分析和有关强度的验算。 在土木工程中土钉支护的分析方法一般被分为四类： 工程简化分析方法；直接给定不同部位的土钉的最大拉力，直接给定临界滑移面的正确位置是工程简化分析的实质。虽然工程简化方法在很多方面依然存在不足，但是它在土木工程中依然被应用广泛。正确确定破裂面的具体形状是工程简化计算方法中最重要的一点，它有利于优化稳固土钉支护设计方案。 经验设计法；凭经验直接给定土钉的间距、直径、长度以及倾角等是经验设计的最大的特点。经验设计法是从事
4、土木工程行业多年，并对土钉设计有过很多实践经验后而总结出来的方法，它为土钉设计分析工作提供了大量重要的参考文献。 3.有限元分析法；有限元分析法的理论研究非常完善，是目前应用非常广泛的土钉支护结构设计分析方法之一。它具有以下几点突出的优点：（一）考虑钉、土相互作用，协调两者的变形；（二）可以模拟基坑开挖过程；（四）可以求得支护结构的应力和位移，从而对支护结构进行合理设计。它能弥补很多其他设计方法的误区，能给出体系的变形3数据，而且还能够分析体系的稳定性。 4.极限平衡法；它是我国目前土木工程中土钉支护运用最广的方法之一，也是基坑支护和土坡稳定理论中较早采用的方法。国外国内有很多专家对此理论进行
5、过研究，并且理论研究成果显著。例如德国的stocker 在 1979 年提出了有关土钉支护结构设计的极限平衡法的德国方法，bride 在 1989 年提出的 bride 的方法，以及由 juran 等人在 1990 年提出的机动法等。 在土木工程中土钉支护结构设计常用方案举例 土钉支护结构通过对基坑边壁土体强度的加强和提高，使基坑边壁产生荷载的土体成为支护结构的一部分，基坑开挖支护过程中，随着边壁邻空高度增加，土体侧压力的增加，支护结构的抗力水平相应提高，从而使边壁土体强度得到最大限度的利用2。在土木工程中有很多有关土钉支护结构的案例：下面我们将结合一些案例来分析： 有关土钉墙支护的案例； 土
6、钉支护结构设计的优点： （一）能合理利用土体的自身承载能力，将土体作为支护结构不可分割的部分。结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性。 （二）施工设备简单，土钉的制作与成孔不需要复杂的技术和大型机具，土钉施工的所有作业对周围环境干扰小。 （三）施工不需要单独占用场地，施工场地狭小，基坑深度不大，大型护坡施工设备不能进场等情况下，该技术显示出独特的优越性。 （四）在基坑开挖过程中有利于根据现场监测的变形数据，及时调4整土钉长度和间距。 （五）防腐性能好，造价较低。 土钉墙土钉支护结构设计要与基坑开挖紧密的配合，各道工序应该实行平行作业，依次有序地进行。土钉墙施工流程包括以下几方面：（一）人工修坡
7、、清面；（二）土钉锚杆定位、成孔；（三）土钉锚杆制作、安装；（四）注浆；（五）挂钢筋网；（六）焊加强筋；（七）喷射砼；（八）预应力锚杆龄期等待；（九）张拉锁定。对于土钉墙土钉支护结构设计方案实施要做好详细的规划工作，包括施工前的准备，施工中标准化的要求等等。 2.在软土层中或者是基坑开挖支护过程中涉及到的有关土钉支护结构设计的复合支护结构。复合支护结构即是桩体与土钉联合支护结构，它通常包括土钉墙支护结构和前置排桩支护。在这种应用环境中，土钉墙支护和前置排桩支护是一个密切联系的整体结构，只有它们成为一个整体，才能共同抵抗土的侧面压力，防止基坑的变形。一般复合支护结构设计分析会从面层设计、土钉设计
8、、桩体嵌入深度、以及稳定性验算等四个方面来入手。其中内部稳定性和外部稳定性验算、整体稳定性和底部稳定性验算是稳定性验算的重要组成部分。 总之，目前我国对于土钉结构设计的方案应用成功案例有很多，以上只是小小的两个案例，对于案例的分析与总结有助于我们增长土钉支护结构设计的经验，使其能更好的适应更复杂的施工环境。 土钉支护结构设计中的不足及对此的建议 我国对于土钉支护结构设计方面的研究存在很多不足之处，主要体5现在以下几个方面： 对于土钉支护结构设计方面的研究往往考虑到的条件不全面，一些研究只重视了钉土之间的抗拉作用，而对于土钉挡墙外部整体的稳定性有所忽视。 现在的土钉支护结构设计的具体方案往往只能
9、适应条件好的环境的土木工程的施工，而不能适用于一些地质、自然环境、天气条件复杂的地区。这就不符合我国发展偏远地区的目标要求。 一些土钉结构设计方法中采用的力的计算方法，稳定性计算方法，假定条件等存在不当，造成误差较大，影响工程的稳定性与质量。例如Juran 的机动法关于土钉内力剪力计算的假定不严格。Brude 方法计算土钉剪力过程中引用了桩基础的经验公式有一定的欠缺。这些都在一定程度上影响了土钉结构设计的精确度。 我国对于土钉结构设计方面的人才的缺失也是土钉结构设计滞足不前的重要原因之一。 另外，土钉支护结构的设计不能因地制宜，盲目的照搬应用也是造成我国土木工程建设存在重大安全隐患的原因之一。
10、所以在具体的工程施工中，要把质量安全放在首要位置，综合全面考虑土钉支护结构的设计，因地制宜，合理施工。 总结 总之，在具体的工程实践中土钉支护结构要科学的设计，在施工中采用安全合理的支护技术措施是保证施工质量安全的重要保障。工程土钉支护结构的作用是保证基坑挖土期间挡土又挡水，以保证基坑开挖与6施工的安全进行，并不对周围的道路建筑物产生威胁。因此土钉支护结构的设计既要确保基础安全顺利的施工，又要考虑方便施工安全合理。我国在土钉支护结构设计方面还存在很多不足，我们要注重对这方面的研究与实践应用。 参考文献 1周义，李梦玄等，土钉支护内部稳定性计算方法的现状，中国学术科技出版社，2005 2陈清华，复合土钉支护在复杂环境、软土地层深基坑支护中的应用，防渗技术，2002
