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)計工程師對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，土釘為被動受力；而錨桿是主動受力。由于土釘長度穿過非穩(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，相對于土釘向基坑內(nèi)側(cè)位移，由于土釘一部分長度設(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)生相對位移。非穩(wěn)定區(qū)的土體相對土釘向基坑內(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)，土釘相對土體有被拔出的趨勢，則土體施加給土釘?shù)膫?cè)摩阻力指向基坑外側(cè)，以此來提供土釘?shù)目拱瘟ΑＲ簿褪钦f，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一般稱錨桿，采用鋼絞線時一般稱錨索，下文統(tǒng)稱錨桿，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，而在錨固段則全長粘結(jié)。當(dāng)非穩(wěn)定區(qū)產(chǎn)生變形時，非穩(wěn)定區(qū)土體的變形通過錨下承載結(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，相對土體有被拔出的趨勢，則土體給錨固體提供背向基坑臨空面方向的側(cè)摩阻力來實現(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，則隨錨固段長度而衰減。一般情況下，錨桿都施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)先通過張拉錨桿來約束非穩(wěn)定區(qū)土體，實現(xiàn)主動支護(hù)。另外，土釘屬于土體加筋技術(shù)，即通過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)，通過錨桿提供的錨固力來提高不穩(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，對于堅硬粘土或風(fēng)化巖土，有時超過2.0m，而對于軟土和松散砂土則可小于1.0m。一般來說，土釘?shù)拈g距不宜超過2.0m。土釘桿體材料一般選用Ⅱ級或Ⅲ級螺紋，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，一般不超過土釘最大拉力值的30%，因此，釘頭的連接相對比較簡單，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、高承載力對基坑實行錨固，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，一般采用錨索更為經(jīng)濟(jì)，錨索一般以1×7Φ5（公稱之間15.2mm）鋼絞線居多。錨桿承載力相對較大，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，一般采用單根槽鋼通常連接；拉力較大時，一般采用雙榀槽鋼。
　　 土釘鉆孔直徑一般為70-120mm，長度一般為基坑開挖深度的0.5-1.2倍，一般采用洛陽鏟人工成孔，當(dāng)人工成孔困難時也采用機(jī)械成孔，有時也采用植入式土釘（將土釘桿體材料，螺紋鋼筋、角鋼、開孔鋼花管等材料，采用機(jī)械設(shè)備壓入土體）。錨桿鉆孔直徑一般為100-120mm，錨桿長度一般由錨桿設(shè)計承載力和土體側(cè)摩阻力確定，其長度相對土釘要長，人工洛陽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使支護(hù)的位移和地表角變位增大，傾角大于20°時增大的趨勢更為加劇。有限元分析表明，當(dāng)土釘傾角為零即處于水平位置時，支護(hù)變形最??；而按極限平衡方法進(jìn)行整體穩(wěn)定性優(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°，有時采用大傾角能使錨桿深入較好的土層，相同的錨固段長度卻能得到更大的水平分力。水平角度過小，會使得注漿時，在鉆孔的自由段形成的漿液水平面較長，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)定性分析計算時，應(yīng)包括不同開挖階段、不同位置處沿著最危險破裂面的滑動破壞、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)考慮以下幾方面驗算：施工過程中不同開挖階段的最危險滑動面驗算；使用階段不同位置的最危險滑動面驗算；土釘筋體本身的強(qiáng)度與抗拔力驗算；噴射混凝土面板強(qiáng)度和土釘與面板連接強(qiáng)度驗算。在進(jìn)行外部穩(wěn)定性分析計算時，可以將土釘支護(hù)的邊坡看成一個“擋土墻”，它必須能承受其后部土體的推力和上部傳來的荷載。因此，外部穩(wěn)定分析應(yīng)考慮四個方面的驗算：土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定性驗算；土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性驗算；土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)底部地基承載能力驗算；深部滑動定性計算。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)造配筋一般能滿足工程要求。其實面層受到作用在其上面的非線性分布土壓力，土釘可看成是點支持，則面層的受力類似于倒置的柱撐無梁樓板結(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足要求的問題。