閱讀 4479 次 沿海地區(qū)土釘技術的使用情況分析與研究

 

 

毛慶東  西安 710075

西安高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會規(guī)劃建設局

    土釘技術在許多方面與修建隧道時常用的新奧法類似，可以認為是新奧法概念的延伸。現(xiàn)代土釘支護技術是由法國的Bouygues在1972年將新奧法隧道施工經(jīng)驗推廣于邊坡開挖支護過程中，從此開始了其真正的工程應用。但最早對土釘進行系統(tǒng)的研究是在1975年，當時，西德承包商Karl Bauer作為先導，與Karl Sruhe大學的巖土力學研究所聯(lián)合，進行了為期四年的研究，在這次研究中，他們共進行了七個大型足尺土釘墻試驗、模型試驗，以及不同埋設條件下的上百個抗拔試驗，得出了一系列關于土釘變形和受力等的重要結論，緊接著法國進行了著名的CEBTP試驗。這兩次著名的研究為后續(xù)的理論研究和工程實踐提供了可靠的數(shù)據(jù)，并為土釘支護技術在這些國家的廣泛應用起到了直接的推動作用。

 

    我國是在1992年，由中國人民解放軍89002部隊第一次將土釘支護技術應用于深圳文錦廣場的基坑邊壁搶險加固的實際工程中的。在應用該技術的同時，廣大工作人員結合我國國情，發(fā)展了如洛陽鏟成孔那樣簡便的成套施工技術，并對軟弱土層，特別是對存在地下水位的土層進行土釘支護的探索，并取得了初步的經(jīng)驗，我國也于1995年，在北京地區(qū)首次使用了爆破成孔而成的擴大頭土釘。

 

    但是，迄今為止，我國還沒對土釘支護技術有過比較深入系統(tǒng)的研究；設計計算理論依然停留在摩擦加筋理論基礎上，沒有考慮釘土相互作用的土拱效應，因此設計計算方法還比較粗糙。總的說來，土釘支護技術在我國尚處于起步階段，應用的領域也很窄，許多技術人員對這一技術尚不了解。

 

    隨著深圳文錦廣場第一個土釘支護工程的成功，土釘支護技術很快便向其周邊地區(qū)，尤其是廣州地區(qū)輻射開來。土釘支護技術正在以其獨有的施工經(jīng)濟、周期短、安全可靠等優(yōu)點，成為沿海地區(qū)深基坑圍護方法的新貴。

 

    目前，沿海地區(qū)土釘支護技術，特別是加強型土釘支護技術，即攪拌樁止水結合土釘支護，或攪拌樁結合超前鋼管樁結合土釘支護，或攪拌樁、超前鋼管樁、預應力錨索結合土釘支護技術，在沿海地區(qū)的應用日益增長。從目前沿海地區(qū)基坑支護市場看，除西關、珠江邊、長江邊等地區(qū)的深厚淤泥區(qū)域、砂層較厚區(qū)域，或基坑周邊軟土、砂土地基上天然地基民房較多區(qū)域外，一般都以采用土釘支護或加強型土釘支護技術為主。據(jù)初步統(tǒng)計，目前沿海地區(qū)基坑支護工程中，約70%的工程項目的基坑支護方法采用土釘支護或加強型土釘支護。由此可見，這種支護方法已成為沿海地區(qū)基坑支護方法的主流方法。

 

    從發(fā)展過程看，20世紀90年代中后期，沿海地區(qū)地基的基坑支護工程，只在可塑~硬塑的粉質(zhì)粘土層、殘積層或強風化、中風化巖層中使用。但到最近幾年，通過采用各種加強措施后，已發(fā)展到可以在一定厚度的淤泥、砂層中都能使用；甚至在周邊環(huán)境寬松時，在砂層厚達10m上的地層中都能使用；或基坑邊鄰近民房，且地基中淤泥層厚達達3~4m的地層，同樣采用這種技術，且采用這種技術設計的支護方案，只要施工能滿足要求，基本上不會產(chǎn)生安全問題。

 

    在沿海地區(qū)，土釘支護技術的應用范圍雖然已涉及到了巖土高邊坡、深基坑邊壁、鐵路公路隧道、地鐵、橋墩、橋涵、鐵塔、路基堤壩、機場和人防等工程的支護應用中，可以說應用越來越廣泛、越來越深入，但其暴露出的問題卻越來越多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

 

    目前的土釘支護設計方法和施工方法還存在許多問題，具體表現(xiàn)為：

    1)目前的設計方法還無法考慮時空效應影響的問題；

    2)目前的設計方法還無法計算砼噴層位移的問題；

    3)施工過程中由于降水造成地面下沉的問題；

    4)施工過程中由于地面發(fā)生了較大沉降或砼噴層發(fā)生了較大位移而導致地面開裂或民房開裂的問題；

    5)施工過程中由于位移（包括水平位移和豎向沉降）或者別的原因而導致地下管線開裂的問題；

    對以上問題的合理解決，還需要土釘支護機理的進一步提高和相關施工工藝的進一步開發(fā)。

 

    隨著土釘支護技術在廣州地區(qū)的廣泛應用，由土釘所帶來的環(huán)境負效應問題也越來越顯著，具體表現(xiàn)為：

    1)對相鄰地塊樁基施工的影響；

    2)對相鄰地塊基坑開挖的影響；

    3)對地鐵施工的影響；

    4)對周圍的市政施工的影響；

    5)對城市的長遠規(guī)劃的影響；

    對土釘支護環(huán)境負效應問題的解決辦法，目前主要采用以下兩種有針對性的方法：

   1)加強可回收式土釘工藝的開發(fā)與應用。

   2)加強端部帶擴大頭的土釘?shù)拈_發(fā)與應用。

 

    由于土釘支護技術在我國的普及程度還不高，相關技術推廣的力度還不大，使得我國土釘支護施工隊的專業(yè)技術性還不強，其中有部分施工隊伍素質(zhì)尚不高。由此所帶來的直接后果，就是工程質(zhì)量得不到保證。對這個問題的合理解決，需從施工人員和相關監(jiān)理人員的技術培訓做起。因此，該問題的徹底解決，還有待沿海地區(qū)乃至全國土釘支護技術市場的成熟和土釘支護技術市場管理水平的提高，這可能還要假以時日。

 

    土釘支護優(yōu)越的經(jīng)濟技術效果，是它在優(yōu)勝劣汰的建筑市場上具有較強競爭力的最根本原因。建筑投資者對工法的選擇，可以有多項參數(shù)指標，但歸納起來，最要緊的一條就是綜合經(jīng)濟指標，即對工程總造價的權衡。這可以從土釘支護方法在廣州地區(qū)建筑市場的單價走勢看出一定問題：最初廣州地區(qū)土釘支護基坑邊壁的單價約為1000~2000元/㎡，個別特殊工程可達到3000元/㎡以上。后來降至600~800元/㎡。而目前僅有400~500元/㎡，甚至更低。這一單價走勢一方面反映了土釘支護技術在廣州地區(qū)的發(fā)展逐步走向成熟，管理水平逐步提高；另一方面也反映了在競爭中互相壓價或投資方盲目壓價的問題，其結果自然會導致一些偷工減料等豆腐渣工程的產(chǎn)生[1]。對這一問題的合理解決還有待土釘支護技術市場的進一步成熟和進一步規(guī)范化。

 

    我國目前所使用的土釘支護的施工機械設備還很落后，基本上還處在半機械半人工的水平。在某些礫石層中，成孔常常非常困難；在軟土中，常采用錨管作為土釘?shù)闹ёo形式，但其錨固段注漿的質(zhì)量和有效性很難保證；垂直錨管的施工效率也還較低，等等。所有這些都與施工所用的機械設備的落后有關。這一問題的解決還需要進一步探討。

 

    在沿海地區(qū)，目前的基坑圍護方法有傳統(tǒng)方法、改良方法和土釘技術，但隨著土釘技術的廣泛應用，傳統(tǒng)方法和改良方法在廣州地區(qū)的采用概率已大大減少，尤其是傳統(tǒng)方法，在深、差基坑中已十分少見。

 

    盡管土釘支護技術本身從設計計算理論到施工工藝尚有若干需探討、改進和完善的地方，并還需編制相應的可遵循的設計、施工規(guī)范和規(guī)定，亟需培訓專業(yè)設計、建設及管理工程技術人員和專業(yè)施工隊伍，致使其推廣應用的速度和范圍受到一定影響，但隨著在經(jīng)受市場經(jīng)濟優(yōu)勝劣汰的選擇和考驗中，土釘支護法將以更快速度在廣州地區(qū)逐步取代傳統(tǒng)方法和改良方法，這是沿海地區(qū)土釘技術使用的一個大的發(fā)展方向。

 

    同時，隨著土釘支護技術環(huán)境負效應問題的越來越突出，已引起有關政府部門和有關專家、學者的重視。因此，筆者認為，發(fā)展可回收土釘和端部帶擴大頭土釘，是沿海地區(qū)土釘技術使用的另一個發(fā)展方向。

 

    土釘支護方法在我國應用的10來年中，在沿海地區(qū)發(fā)展較快，并逐步走向成熟，已取得了一些令人矚目的成果。但這絕不等于說它不存在問題，相反，它還有許多問題待進一步解決，主要表現(xiàn)如下：

 

    目前在廣州地區(qū)，土釘支護的設計軟件雖有多個版本，但其設計理論都沒有從實質(zhì)上揭示土釘支護機理的本質(zhì)，依然停留在工程類比法和摩擦加筋理論的基礎上，完全忽略了釘土相互作用的問題，這也是目前土釘支護理論落后于工程實踐的一個具體表現(xiàn)。因此，土釘支護設計理論還有待進一步的發(fā)展和提高，特別是對軟弱巖土介質(zhì)相互作用機理的研究還較欠缺，這是這方面的問題一。另外，我們知道，目前我國的土釘支護設計方法是基于定值準則的，即根據(jù)設定的土體破壞準則，對導致破壞和抗御破壞的兩種作用的定量判別，來確定其安全系數(shù)。然而大量的實踐表明，土工構筑物的實際反映與計算結果差距甚大：計算得到的安全系數(shù)大于1而發(fā)生事故的不在少數(shù)，算得的安全系數(shù)小于1而結構仍然無恙的事也不少。這說明用安全系數(shù)來衡量穩(wěn)定性總有一定的誤差，并且往往也不能反映邊坡穩(wěn)定性的真實情況。基于這個原因，筆者認為：我國土釘支護設計理念應該向概率分析法方向發(fā)展，目前國外已普遍采用這種方法，這是這方面的問題二。

 

    在對以上兩個問題合理解決的同時，應加強對符合工程實際、界面友好并且使用方便的設計計算軟件的開發(fā)，這是這方面的問題三。

 

    這實際上就是土釘支護臨空面的深度上限問題，既是一個涉及設計理論的問題，也是一個實際工程問題。目前在全國范圍內(nèi)，土釘支護臨空面深度還不大，對于一般巖土介質(zhì)，目前為20.5m，對于軟土介質(zhì)目前僅為10.0m，準確回答土釘支護臨空面特別是直立臨空面的深度上限問題，目前尚有困難。

 

    我們知道，由不同介質(zhì)構成的臨空面穩(wěn)定性不取決于變形大小，而是取決于變形速率的大小，因而，不同的臨空面存在著不同的臨界變形速率，迄今為止，我們只能對很少的幾種巖土介質(zhì)的臨空面臨界變形速率提出相應的判斷準則，而對更多的巖土介質(zhì)尚處于未知狀態(tài)，這是這方面的問題一。我們知道，在支護條件下，臨空面的變形速率的大小，與土釘支護參數(shù)的強弱相關，但這種關系的定量描述，目前還在研究中，這是這方面的問題二。由于以上兩個問題的存在，導致目前土釘支護臨空面的總變形還不能有一個定量描述，這是這方面的問題三。

 

    常常由于降水而導致鄰近建筑物的地下水位下降，從而進一步導致建筑物的下沉甚至開裂的事時有發(fā)生，因此應加強施工過程中不會引起鄰近建筑物的地下水位下降的施工工藝的開發(fā)。這是這方面的問題一。

    同時，由于在軟土層、砂層中施工較困難，因此應加強在軟土層、砂層中先進施工工藝的開發(fā)。這是這方面的問題二。

 

[1] 曾憲明等：土釘支護設計與施工手冊，中國建筑工業(yè)出版社，2000年8月第1版；

[2] 陳肇元、崔京浩：土釘支護在基坑工程中的應用，中國建筑工業(yè)出版社，2000年12月第2版；

[3] JOSEPH E·BOWLES：FOUNDATION ANALYSIS AND DESIGN，Mc Graw-Hill Book Company，Third Edition，1982；

[4] 秦四清等：土釘支護機理與優(yōu)化設計，地震出版社，1999；

[5] 秦四清等：深基坑工程優(yōu)化設計，地震出版社，1998年9月第1版；

[6] 劉懷恒：巖石的臨界狀態(tài)模型，西安礦業(yè)學院學報，NO·1，1982；