土钉墙支护结构土钉最优间距初探

刘兰兰 于海宁 董志远 张海成 张耀仁

（长春建筑学院，吉林 长春 130607）

土钉墙支护结构土钉最优间距初探

刘兰兰 于海宁 董志远 张海成 张耀仁

（长春建筑学院，吉林 长春 130607）

近年来，随着高层建筑的不断涌现，深基坑支护的技术和方法越来越受到重视。土钉墙支护就是常用的一种支护方法，但以往的土钉支护只是粗略地计算土钉长度和土钉间距，没有考虑不同深度基坑和土钉间距之间的影响。针对这一现象，本文探索不同深度基坑中最优间距的选择。

土钉长度；土钉间距；优化

土钉墙因为施工简单，造价低，稳定性能得到保证，目前在基坑开挖中支护应用较多，但是在进行实际工程设计时，土钉的位置以及间距常由设计人员根据工程经验进行设定，现行的《建筑基坑支护技术规程》（2012）中给出的土钉间距建议值为1m～2m，范围比较宽泛。这就使得在具体工程设计时，设计人员要进行多次计算，以此来选择合适的土钉间距。基于此，本文以实际工程为例，基于土钉的总量与整体稳定性系数，考察基坑开挖深度与土钉最优间距的相互关系。

1.计算方案

根据土钉墙的工程经验，当基坑开挖深度不变的情况下，土钉间距较小时，由于其负载面积小，使得所需土钉长度越短。相反，当土钉间距较大时，由于其负载面积较大，所需土钉长度通常较长。而基坑开挖深度越大，作用在支护结构上的土压力也较大，那么所需土钉间距往往较小，长度较大。本文在进行分析计算时，分别选取基坑开挖深度为5m、6m、7m、8m以及9m时，土钉间距为1m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m以及2m是，同一范围（本文取10m）所需土钉总量，进行土钉间距的优化。

本工程为长春地区某大路西100m处，建造万达集团写字楼，基坑开挖分为5个区（Ⅰ区开挖深度为5m，Ⅱ区开挖深度为6m，Ⅲ区开挖深度为7m，Ⅳ区开挖深度为8m，Ⅴ区开挖深度为9m），地下土层为黏性土，重度为20kN/m3，粘聚力15kPa，内摩擦角230，与锚固体摩擦阻力120kPa，与土钉摩擦阻力60kPa。

2.结果分析

本文采用用理正深基坑7.0PB1软件进行试算，依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-2012，采用增量法进行内力计算。

2.1同一开挖深度，不同间距土钉计算结果

当通过理正软件对同一开挖深度不同间距土钉的计算，整理得到了相同长度范围内土钉总用量与土钉间距的相互关系，同时得到了整体稳定性系数与土钉间距的相互关系，如图1～图5所示。

通过计算可以看出，各不同开挖深度的土钉墙，其土钉总量随土钉间距的增加先减小后增大，存在明显的转折点。主要由于，土钉间距较小时，每根土钉承担的荷载较小，所需长度较短，使得土钉总量较小；随着土钉间距的增加，虽然每根土钉承载的荷载较大，长度较大，但是土钉数量相对减少，使得土钉总量继续增加。但是当土钉间距超过某一数值后，由于土钉间距增大使数量减少的优势将不再明显，而土钉长度的增加更为显著，使得土钉总量反而增大，如图6所示。不同开挖深度的土钉虽然转折点不完全相同，但是变化趋势相同。

土钉墙的整体稳定性系数与土钉总量与土钉间距的变化趋势不完全相同，呈现出先增大再减小后又增大的趋势，存在明显的峰值点，如图7所示。分析其原因，主要由于土钉间距较小时，土钉受群锚效应影响，土钉侧阻力发挥作用不完全，使得其整体稳定性系数较小。土钉间距过大时，土钉对土体加固补强的效果减弱，导致其整体稳定性系数减小。

2.2不同开挖深度土钉最优间距分析

土体最优整体稳定性系数随基坑开挖深度增加变化的曲线：

根据前面的计算分析，在满足安全与变形的前提下，从土钉总量最小，经济效果最好的角度来看，当土钉墙开挖深度分别为5m、6m、7m、8m、与9m时，土钉间距的最优间距分别为1.6m、1.6m、1.8m、1.8m与1.8m；从整体稳定系数最大，安全储备最高的角度来看，当土钉墙开挖深度分别为5m、6m、7m、8m、与9m时，土钉间距的最优间距分别为1.2m、1m、1.2m、1.2m与1.2m。

结论

本文通过土钉的总长度和整体安全性系数的讨论与分析，给出了土钉的最优间距。在同一开挖深度范围内的土钉总长受土钉间距影响，随着土钉间距的不断增加，土钉总长度大致呈现“U”型变化，最优的土钉间距在曲线最低点左右。考虑曲线并不光滑，根据曲线走向分析：当开挖深度较小时，土钉间距取1.5m～1.6m时为最优间距；当开挖深度大于7m时，土钉间距取1.8m左右为最优间距。对于纯土钉墙来说，当开挖深度越大时，土钉最优间距的尺寸越来越大。由于本文验证单一土层，所以对于其他土层或多层土层，应重新进行验证。

［1］ JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［2］郭院成.基坑支护［M］.黄河水利出版社，2012.

［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

省级科研项目：吉教科合字【2016】第539号，非饱和土增湿变形与敏感性参数的实验研究。

TU463

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