土釘支護(hù)和錨桿支護(hù)區(qū)別之精析

　　目前，土釘支護(hù)[1]和錨桿支護(hù)[2]在基坑工程中的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，但是，許多施工人員甚至設(shè)計(jì)工程師對(duì)二者缺乏較深的理解，很容易將兩者混為一談。因此，很有必要對(duì)二者的區(qū)別進(jìn)行較為全面的分析。
　　1.受力機(jī)理和受力形態(tài)不同
　　 一般情況下，土釘為被動(dòng)受力；而錨桿是主動(dòng)受力。由于土釘長(zhǎng)度穿過(guò)非穩(wěn)定區(qū)（自由段），一部分進(jìn)入土體穩(wěn)定區(qū)（錨固段），在土釘施工完畢后，基坑的非穩(wěn)定區(qū)產(chǎn)生變形，相對(duì)于土釘向基坑內(nèi)側(cè)位移，由于土釘一部分長(zhǎng)度設(shè)置在穩(wěn)定區(qū)，使得土釘和土體間的變形不能同步，則土釘和土體之間發(fā)生相對(duì)位移。非穩(wěn)定區(qū)的土體相對(duì)土釘向基坑內(nèi)側(cè)位移，土釘給周邊土體提供向基坑外側(cè)方向的側(cè)摩阻力，來(lái)維持基坑的穩(wěn)定，相反，土釘受到的側(cè)摩阻力方向指向基坑內(nèi)側(cè)。而在穩(wěn)定區(qū)，土釘相對(duì)土體有被拔出的趨勢(shì)，則土體施加給土釘?shù)膫?cè)摩阻力指向基坑外側(cè)，以此來(lái)提供土釘?shù)目拱瘟?。也就是說(shuō)，土體施加給土釘?shù)膫?cè)摩阻力方向在非穩(wěn)定區(qū)指向基坑臨空面，在穩(wěn)定區(qū)背向臨空面，方向在非穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定區(qū)發(fā)生改變。由于側(cè)摩阻力是逐步發(fā)揮的，土釘內(nèi)力也就是由表及里依次發(fā)揮，形成中間大（非穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定區(qū)處拉力最大），兩頭小的內(nèi)力分布形態(tài)。而錨桿（當(dāng)桿體材料采用鋼筋時(shí)一般稱(chēng)錨桿，采用鋼絞線時(shí)一般稱(chēng)錨索，下文統(tǒng)稱(chēng)錨桿，且均按拉力集中型錨桿考慮）雖然也分自由段和錨固段，但是在自由段的錨桿是無(wú)粘結(jié)的，也就是錨桿桿體和注漿體分離，可以自由拉伸，而在錨固段則全長(zhǎng)粘結(jié)。當(dāng)非穩(wěn)定區(qū)產(chǎn)生變形時(shí)，非穩(wěn)定區(qū)土體的變形通過(guò)錨下承載結(jié)構(gòu)傳遞給錨頭，使得錨頭產(chǎn)生拉伸變形，進(jìn)而將拉力通過(guò)自由段直接全部傳遞到錨固段，由于錨固段設(shè)置在穩(wěn)定區(qū)域，相對(duì)土體有被拔出的趨勢(shì)，則土體給錨固體提供背向基坑臨空面方向的側(cè)摩阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)抗拔。因此錨桿在自由段內(nèi)力理論上是均勻分布的，進(jìn)入錨固段后，則隨錨固段長(zhǎng)度而衰減。一般情況下，錨桿都施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)先通過(guò)張拉錨桿來(lái)約束非穩(wěn)定區(qū)土體，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)。另外，土釘屬于土體加筋技術(shù)，即通過(guò)密集的加筋體作為土體的補(bǔ)強(qiáng)手段，從而提高被加固提提的強(qiáng)度和自穩(wěn)能力；而錨桿則是一種錨固技術(shù)，通過(guò)錨桿提供的錨固力來(lái)提高不穩(wěn)定土體的穩(wěn)定性。一般情況下，土釘支護(hù)基坑的位移比錨桿支護(hù)基坑位移要大。
　　2.支護(hù)方式不同
　　 土釘是以小間距、低承載力的土釘群實(shí)現(xiàn)基坑支護(hù)，一般土釘豎向和橫向間距在1.0m-2.0m之間，對(duì)于堅(jiān)硬粘土或風(fēng)化巖土，有時(shí)超過(guò)2.0m，而對(duì)于軟土和松散砂土則可小于1.0m。一般來(lái)說(shuō)，土釘?shù)拈g距不宜超過(guò)2.0m。土釘桿體材料一般選用Ⅱ級(jí)或Ⅲ級(jí)螺紋，鋼筋直徑宜為16-32mm，一般以直徑16mm-22mm居多，土釘一般在釘頭拉力較小，一般不超過(guò)土釘最大拉力值的30%，因此，釘頭的連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般將土釘釘頭做出90°直角彎鉤，與橫向加強(qiáng)筋焊接連接，噴射混凝土?xí)r，直接被埋置于面層里面。而錨桿一般是采用大間距、高承載力對(duì)基坑實(shí)行錨固，間距一般在2.0m-4.0m之間，采用鋼筋一般以25mm和28mm居多，當(dāng)拉力更大時(shí)，一般采用錨索更為經(jīng)濟(jì)，錨索一般以1×7Φ5（公稱(chēng)之間15.2mm）鋼絞線居多。錨桿承載力相對(duì)較大，拉力一般比土釘大的多，因此，錨頭比土釘復(fù)雜，一般需要單獨(dú)設(shè)置錨下承載結(jié)構(gòu)，拉力較小時(shí)，一般采用單根槽鋼通常連接；拉力較大時(shí)，一般采用雙榀槽鋼。
　　 土釘鉆孔直徑一般為70-120mm，長(zhǎng)度一般為基坑開(kāi)挖深度的0.5-1.2倍，一般采用洛陽(yáng)鏟人工成孔，當(dāng)人工成孔困難時(shí)也采用機(jī)械成孔，有時(shí)也采用植入式土釘（將土釘桿體材料，螺紋鋼筋、角鋼、開(kāi)孔鋼花管等材料，采用機(jī)械設(shè)備壓入土體）。錨桿鉆孔直徑一般為100-120mm，錨桿長(zhǎng)度一般由錨桿設(shè)計(jì)承載力和土體側(cè)摩阻力確定，其長(zhǎng)度相對(duì)土釘要長(zhǎng)，人工洛陽(yáng)鏟成孔有一定的困難，一般以機(jī)械成孔為主。
　　 土釘與水平面的夾角宜為5°-20°，這取決于注漿工藝以及土層特征等多種因素。一般增加土釘傾角會(huì)使支護(hù)的位移和地表角變位增大，傾角大于20°時(shí)增大的趨勢(shì)更為加劇。有限元分析表明，當(dāng)土釘傾角為零即處于水平位置時(shí)，支護(hù)變形最?。欢礃O限平衡方法進(jìn)行整體穩(wěn)定性?xún)?yōu)化分析，則給出傾角在5°～20°范圍內(nèi)，得到的穩(wěn)定性安全系數(shù)最大。所以除非出于重力注漿的需要，或者更大的傾角有利于土釘插入下層較好的土層內(nèi)，土釘?shù)膬A角不宜超過(guò)15°，一般取5°～10°為宜，多取10°。而錨桿則不同，其傾角宜采用10°-35°，有時(shí)采用大傾角能使錨桿深入較好的土層，相同的錨固段長(zhǎng)度卻能得到更大的水平分力。水平角度過(guò)小，會(huì)使得注漿時(shí)，在鉆孔的自由段形成的漿液水平面較長(zhǎng)，注漿不充盈，在錨桿拉力相同的情況下，使得基坑變形加劇，因此，錨桿傾角多取15°～20°。
　　3.穩(wěn)定性分析方法不同
　　 土釘支護(hù)需要同時(shí)進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定性和外部穩(wěn)定性分析。在進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)包括不同開(kāi)挖階段、不同位置處沿著最危險(xiǎn)破裂面的滑動(dòng)破壞、土釘本身的強(qiáng)度破壞、拔出破壞以及噴射混凝土面板的破壞等。內(nèi)部穩(wěn)定涉及到土釘筋體強(qiáng)度、長(zhǎng)度、土釘與土體的界面粘結(jié)力、土釘?shù)乃胶痛怪遍g距、支護(hù)面板的強(qiáng)度以及面板與土釘?shù)墓餐饔玫纫蛩?。因此?yīng)考慮以下幾方面驗(yàn)算：施工過(guò)程中不同開(kāi)挖階段的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面驗(yàn)算；使用階段不同位置的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面驗(yàn)算；土釘筋體本身的強(qiáng)度與抗拔力驗(yàn)算；噴射混凝土面板強(qiáng)度和土釘與面板連接強(qiáng)度驗(yàn)算。在進(jìn)行外部穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)，可以將土釘支護(hù)的邊坡看成一個(gè)“擋土墻”，它必須能承受其后部土體的推力和上部傳來(lái)的荷載。因此，外部穩(wěn)定分析應(yīng)考慮四個(gè)方面的驗(yàn)算：土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算；土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算；土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載能力驗(yàn)算；深部滑動(dòng)定性計(jì)算。而錨桿支護(hù)基坑，由于采用錨桿自由段穿越非穩(wěn)定區(qū)，將錨固段設(shè)置與穩(wěn)定區(qū)，因此只需進(jìn)行外部穩(wěn)定性分析，包括不同工況下的穩(wěn)定性分析和使用階段的穩(wěn)定性分析。
　　4.面層受力不同
　　 一般認(rèn)為土釘面層不受力，按構(gòu)造配筋一般能滿(mǎn)足工程要求。其實(shí)面層受到作用在其上面的非線性分布土壓力，土釘可看成是點(diǎn)支持，則面層的受力類(lèi)似于倒置的柱撐無(wú)梁樓板結(jié)構(gòu)。而錨桿由于錨下結(jié)構(gòu)的不同，面層結(jié)構(gòu)的受力更趨向于單向受彎的混凝土板，而且由于錨桿受力較大，錨下噴射混凝土面層還存在受剪，其下的土體在預(yù)應(yīng)力作用下還存在錨下土體承載力能否滿(mǎn)足要求的問(wèn)題。