张俊杰 刘 泽

(黑龙江科技大学建筑工程学院，黑龙江哈尔滨 150000)

在基础建设中，基坑工程除需要保证自身及施工安全，还要保证周边相邻建筑物、构筑物以及一些其他地下设施的安全［1，2］。在基坑支护技术中，土钉支护技术使用较为方便，结构相对简单，造价更加经济合理，因此得到了广泛应用［3，4］。但目前对于土钉支护中土钉内力的计算方法尚不够完善。因此有必要结合现场实测数据对土钉内力计算方法进行讨论。本文以开挖唐山金盛地下广场深基坑工程为例，在现有设计理论的基础上进行分析研究，同时结合工程实际深入的研究了动态施工条件下更加可行的增量法［5］。唐山金盛地下广场，经论证采用土钉支护方式，基坑垂直开挖深度为7．2 m，土体为均匀土体，主要参数为内聚力5 kPa，内摩擦角为36°，土体重度20 kN/m3。分4步开挖，每步的开挖深度为1．8 m。设置4排钻孔灌浆钉，每排竖向间隔1．8 m，钻孔灌浆钉直径为100 mm。

1 建筑基坑支护技术规程

根据JGJ 120-2012建筑基坑支护技术规程方法，土钉内力计算结果:

每根土钉所受拉应力为:

其中，Nk，j为第 j层土钉的轴向拉力标准值;αj为第 j层土钉的倾角;ζ为墙面倾斜时的主动土压力折减系数;ηj为第j层土钉轴向拉力调整系数;Pak，j为第j层土钉处的主动土压力强度标准值;Sxj为土钉的水平间距;Szj为土钉的垂直间距。

其中，ζ为主动土压力折减系数;β为土钉墙坡面与水平面的夹角;φm为基坑底面以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值［6］。

计算结果与实测结果相比较，表明根据此方法得出的土钉力与实测结果并不一致。

2 基坑土钉支护技术规程

根据CECS 96∶97基坑土钉支护技术规程方法，土钉内力计算结果:

单根土钉受拉荷载极限值N为:

其中，P为土钉中点所处位置所受土体侧压力;SV为土钉间水平距离;Sh为土钉间竖向距离;θ为土钉倾角;Pm为土钉中点所处位置上土体自重引起的侧压力;Pq为上覆均布荷载q引起的侧压力［7］，对砂土和粉土而言，其值通常不大于0．05。

其中，Ka为主动土压力系数;γ为土的重度;H为基坑深度。

如果按通常的把作用在土钉上的侧压力按土钉所处位置的上下1/2面积分布进行计算，土钉倾角15°，则有每层土钉受力分别为 N1，N2，N3，N4，填入表1。由于该计算模式是针对均质土，垂直开挖边坡而言，所以经验简化计算模式难以考虑不同土工问题的土压力分布规律，存在一定的局限性。

3 基于动态施工的增量法

该方法是根据实际基坑开挖中土钉施工及受力过程而提出。在开挖第1层土时(临界深度h0)，如图1a)所示，由于土体本身具有内聚力，垂直边坡不产生侧向土压力。开挖第一层并施工土钉1，若不考虑土体滞后变形，则土钉1上不承受侧向土压力。顺序开挖第2层，如图1b)所示，由于土体开挖深度超过临界深度h0，土体将产生不平衡的侧向土压力增量ΔP1，由土钉1来承担。在第2层土开挖结束后，施工第2层土钉，若不考虑土体的滞后变形，则土钉2此时不承担任何土压力。继续开挖第3层，如图1c)所示，由第3层土体开挖产生的不平衡侧向土压力ΔP2，将由1，2土钉共同承担，开挖结束施工土钉3;第4层土开挖，如图1d)所示，由第4层土开挖产生的不平衡侧向土压力ΔP3将由土钉1，2，3共同承担，假如在第4层施工结束，不再继续往下开挖，则由于土钉4是在土体变形完成后再加上去的，理论上土钉4是不受力的，在理论上土钉4是可以不施工的。

图1 增量法简化计算

由以上分析可知，土钉支护在实际施工过程中，土钉是通过施工完毕后，整体承担由于开挖造成的侧向土压力增量来维护边坡的稳定。根据土压力计算原理，及本文讨论的计算方法，易得N1，N2，N3，N4并填入表1。将按照规范计算结果、动态增量法计算结果与现场检测结果相比较，见图2。

表1 土钉内力计算值 kN

图2 土钉内力计算对比

可以发现，按照规程计算方法所得结果与实测值有很大偏差，在基坑支护上半部分，土钉所受拉力远大于规范计算结果，而在基坑支护下半部分，土钉所受拉力逐渐减小，与规范计算结果正好相反;而根据动态增量法计算所得结果，与实测值变化趋势基本一致，即土钉所受拉应力在基坑中部最大，沿基坑上部和下部方向逐渐减小。说明在实际工程中，动态增量法计算结果比规范法计算结果更符合实际。

4 结语

本文基于唐山地下广场深基坑工程，着重对土钉内力的几种计算方法进行了总结分析，并用实测数据进行了验证，为类似工程设计提供了参考。得出以下结论:基于规程方法计算所得土钉内力与实测值相差很大，而基于动态施工过程的增量内力简化计算方法，较为合理地考虑了基坑施工过程对土钉内力的影响，与实际测量趋势保持一致，但计算值与实测存在一定误差，需要进一步优化计算。

［1］王旭军．上海中心大厦裙房深大基坑工程围护墙变形分析［J］．岩石力学与工程学报，2012，36(2):421-431．

［2］龚晓南．关于基坑工程的几点思考［J］．土木工程学报，2005(9):99-102，108．

［3］胡焕校，魏 涛．土钉与桩锚复合支护方案在边坡工程中的应用［J］．山西建筑，2010，36(1):107-108．

［4］田英杰．浅谈深基坑土钉支护技术［J］．山西建筑，2010，36(2):123-124．

［5］杨光华．土钉支护技术的应用与研究进展［J］．岩土工程学报，2010(S1):9-16．

［6］JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程［S］．

［7］CECS 96∶97，基坑土钉支护技术规程［S］．