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第 54 卷第 23 期 2023 年 12 月Vol.54 No.23 Dec.20232907 建 筑 技 术 Architecture Technology覆盖层压力效应影响下的土钉抗拔性能评价翟鹏凯（中铁十八局集团第五工程有限公司，300450，天津）摘要：以天津市某冲积层区域为研究对象，考虑覆盖层压力效应对土钉抗拔和粘结性能的影响，进行了抗拔性能测试。在冲积层区域中选取粗粒土和粘性土，进行了 42 次原位拉拔试验。通过单因素方差分析，评价了土压比例和覆岩压力对抗拔阻力的影响。将所得结果与常规规范进行了比较，得出标准贯入试验地基抗拔力是比较保守的土钉抗拔力评价方法。结果表明，粗粒土中土钉的粘结抗力随覆盖层压力的增大而增大，而在粘性土中覆盖层压力对土钉的粘结抗力影响不显著。覆岩压力效应是通过颗粒间应力传递来调动的。此外，土钉粘接强度与施工质量有关。随着施工质量的降低，粘结强度也随之降低。靠近开挖地表的土钉对施工质量影响较大。关键词：覆盖层压力效应；土钉抗拔性能；原位试验；标准贯入试验中图分类号：TU 472 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)23-2907-05EVALUATION OF PULLOUT RESISTANCE OF SOIL NAILING CONSIDERING PRESSURE EFFECT OF OVERBURDENZHAI Peng-kai(China Railway 18th Bureau Group Fifth Engineering Co.,Ltd.,300450,Tianjin,China)Abstract:The alluvium in Tianjin was taken as the research object,and the effect of overburden pressure on the pullout and bond properties of soil nailing was considered.In order to study its pull-out resistance,42 in-situ pull-out tests of coarse-grained soil and clayey soil were carried out in Tianjin alluvial zone.At the same time,the influence of soil pressure ratio and overburden pressure on pullout resistance was evaluated by one-way analysis of variance.The results obtained in this paper were compared with the conventional standard,and it was concluded that the pullout resistance of standard penetration test foundation was a conservative evaluation method of soil nail pullout resistance.The results show that the bond resistance of soil nailing in coarse-grained soil increases with the increase of overburden pressure,but the effect of overburden pressure on the bond resistance of soil nailing in cohesive soil is not significant.The pressure effect of overburden rock is adjusted by stress transfer between particles.In addition,the bond strength of soil nailing is related to the construction quality.With the decrease of construction quality,the bond strength also decreases.The soil nailing near the excavation surface has great influence on the construction quality.Keywords:overburden pressure effect;pulling resistance of soil nailing;in-situ test;standard penetration test支撑系统可为邻近结构提供保护，钉固和锚固是稳定土体常用的方式12。实验室试验和原位试验是估算土钉抗拔力的两种典型方法。实验室试验能够涉及广泛的土壤材料和受控条件，从而避免一系列现场的不确定性3。然而，虽然试验条件受控是实验室试验的优势，但很难提供不受干扰的试样、合适的边界条件和尺度效应。因此，全尺寸的原位试验可以提供更可靠、更实用的抗拔结果45。为了研究覆盖层压力对土钉拉拔能力的影响，本研究利用 42 次拉拔试验的结果，考虑覆盖层压力效应，评估了天津市某冲积层开挖土钉的抗拉性能，并与天津市市政公路管理局建议的方法相比较，测量并详细讨论了实际抗拔和粘结阻力。1研究背景确定项目区域土壤特征、地下水状况和整体形态对基坑稳定体系的施工和设计具有重要作用。在进行任何施工之前，需要知晓开挖区域的地质条件和土壤收稿日期：20230904作者简介：翟鹏凯（1986），男，山西晋中人，工程师，e-mail:.建 筑 技 术第 54 卷第 23 期2908特征。研究区域的冲积层由 4 个单元组成，具体见表 1。表 1冲积层区域地质单元单元时期构成材料A上新世 更新世粉砂砾石粉砂粘土混合砾石Bn第四纪粉砂砾石粉砂粘土混合砾石Bs第四纪鹅卵石，巨石，砾石和砂子C第四纪粉土D第四纪砾石，砂子，淤泥和粘土2试验方案本研究包括一系列原位试验，包括探坑试验、拉拔试验和标准渗透试验。基坑勘探包括根据 GB/T 501232019土工试验方法标准6进行的原位直剪试验、单位重量和含水率试验。根据 GB/T 501232019土工试验方法标准，挖掘之前在现场的一个机器钻孔中进行了标准贯入试验（Standard Penetration Test，SPT）。由于多种因素会影响 SPT 数量，本研究根据 YS/T 52132018标准贯入试验规程7中的方法对钻孔直径、杆长、锤击能量比、采样方法和有效覆盖层压力进行了 SPT 数值校正。拉拔试验在注浆后 7 d 进行，原位试验均保持灌浆压力恒定，为 0.2 MPa。将承载能力高达 0.5 MPa 的液压千斤顶放置在土钉的中心，并在设备上施加校准荷载（最大载荷试验的 0.025 倍）用来固定试验系统，并最大限度地减少试验设备的松弛。在每个加载步骤中对钉子施加荷载，测量土钉的位移情况。在刚性支架上放置两个独立于液压千斤顶的压力表来测量位移，并在施加校准荷载时归零。最后，采用许用应力设计方法对土钉的拉拔和粘结阻力与标称拉拔和粘结阻力进行了比较。3试验结果与讨论3.1拉拔试验的荷载 位移曲线砾石、砂质和粘土材料的荷载 位移曲线分别如图 1、图 2 和图 3 所示。图注中数字组合的第一个分量表示土钉长度，第二个分量表示覆盖层压力，如6120，表示土钉长度为 6 m、覆盖压力为 120 kPa。6-1208-1206-1556-2408-2006-28014-15014-12016-409-2006-1805-3956-3156-1105-15014-3012-1309-2158-1256-28510-40荷载/t50454035302520151050位移/mm0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2图 1砾石材料的荷载 位移曲线位移/mm0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2荷载/t5045403530252015105016-4514-508-18014-8014-906-2259-15012-1756-2609-8010-658-8010-105图 2 砂质材料的荷载 位移曲线位移/mm0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7荷载/t1412108642015-455-13012-1156-13010-2510-358-6010-105图 3粘土材料的荷载 位移曲线表 2 为进行拉拔试验的土壤单位重量和统一土 壤 分 类 系 统（Unified Soil Classification System，USCS）分类情况，同时，表 2 给出了每种情况下的土钉深度和拉拔试验次数。为了分析原位试验数据，将所得结果与粘阻方程进行比较：=cG+G（1）式中：为平均粘结阻力；为土钉中部垂直有效应力；G、cG为拟合参数，G表示覆盖层应力效应导致的剪切阻力增加值，cG反映了土钉界面的初始粘性和摩擦组分，这两个拟合参数取决于注浆压力。对完全分解的花岗岩进行了一系列实验室试验，其中注浆压力和覆盖层应力分别为 80300 kPa 和 802023 年 12 月2909翟鹏凯：覆盖层压力效应影响下的土钉抗拔性能评价表 2土壤分类和土钉深度标号重度/（kN/m3）USCS分类拉拔试验次数/次粘聚力/kPa内摩擦角/（）土钉深度/m118.3SP2617322.5，4.5220.2GC422346，6319SP305348，8419.3GC266318517.5CL1819172.5，6.5620.1GP349382，6，6，10，12，14，14719.8GP1663216，20818.8GC3216286，8917.9SP2525314.51020.5GW4220392，61116.8CL1424121.5，3.51217.1CL2126197.5，7.51319.6GM3115321.5，6.5，14.51420.4GC49203810.51520.5SWSC4112362.5，4.5，8.51619.4SP274323.5，5.51718.7SC32172910，12，141817.5CL2524202，6350 kPa。在250 kPa注浆压力下，将SC砂质材料界面抗剪强度与实验室结果进行对比，如图4所示。50 100 150 200 250 300 350 400140120100806040200抗剪强度/（kPa/m）原位试验实验室试验覆盖层压力/kPa图 4粘性砂质材料界面的抗剪强度总体而言，实验室试验与原位试验具有良好的相容性。此外，本研究进行原位试验获得的参数 cG低于实验室试验获得的参数。由于该参数大小取决于施工质量，而该影响在实验室试验中不是主要作用，因此预计 cG参数在原位试验中会显示出较低的值。在原位试验中，覆岩压力效应对粘结阻力的影响更大，这说明即使在施工质量较差的情况下，随着覆盖层压力的增大，土钉界面的抗剪强度也会被完全 调动。3.2拉拔行为和抗粘结性评价对天津市某冲积层土钉的拉拔行为和抗粘结性进行了评价，提出了 SPT 数与拉拔阻力的关系，通过与现场分析结果的比较，分析了GB/T 501232019 土工试验方法标准推荐方法的准确性。图 5 分别是对砾石土、砂质土和粘性土的拉拔试验结果进行反分析得出的粘结阻力。100 200 300 400 500300250200100500粘结阻力/（kPa/m）砾石土砂质土粘性土覆盖层压力/kPa图 5砾石土、砂质土和粘性土的粘结阻力从图 5 可以看出，粗粒土的粘结阻力随着覆盖层压力的增大而增大，而细粒土的粘结阻力随着覆盖层压力的增大变化不大。这一趋势表明，覆盖层压力对粘结阻力的影响是通过颗粒间应力传递来调动的。计算拟合参数见表 3。可以看出，在粘性土中构建的土钉，其界面处的 cG值小于在粗粒材料中得到的 cG值。表 3计算拟合参数土体类型拟合参数 G拟合参数 cG/kPa砾石土0.340 258.108砂质土0.437 626.761粘性土0.061 527.74由于粘性土的粘结界面机制、粗粒土中胶结键的存在以及颗粒应力的传递，粘性材料具有较低的粘结阻力。在细粒土中，由于覆盖层压力的影响，抗剪阻力的增加值减小。采用方差分析方法，对不同土体类型的粘结阻力进行了分析，以评估所得粘结阻力之间是否存在统计学差异。方差分析是一种常用的统计方法，用于检查两个建 筑 技 术第 54 卷第 23 期2910或两个以上组的均值是否不同。此外，该方法通过比较不同样本的均值来检查一个或多个因素的影响。为评价土体类型和覆盖层压力对抗拔力的影响，本研究对属于同一种群概率小于 5%的不同土体类型的粘结抗力进行单因素方差分析，结果见表 4、表 5。表 4土体类型影响的单向方差分析数据来源离均差平方和自由度均方F 值P 值F 临界值2土体类型之间42 788.95 2 21 394.47 18.385 57 2.37 E06 3.238 096土体 类型内45 382.58 39 1 163.656总计 88 171.53 410.485 292表 5覆岩压力影响的单向方差分析数据来源离均差平方和自由度均方F 值P 值F 临界值2土壤类型之间51 770.02 2 25 885.01 27.732 79 3.22E08 3.238 096土壤类型内36 401.51 39 933.372总计 88 171.53 410.587 151F 值大于临界值 3.238 096，表示土壤类型对土钉粘结阻力有显著影响。P 值表示不影响粘结阻力的土壤类型的可能性。单向效应的另一个效应量量度是 2，它计算土壤类型效应的比例。两组之间的差异有 48.5%是土体类型造成的，其余 51.5%是未知的。表 5 评估了覆岩压力的统计效果。结果表明，两组之间的差异有58.7%是上覆岩层压力造成的。另外，F 值和 P 值表明了考虑覆岩压力对土钉粘结阻力影响的重要性。将现场试验得到的粘结阻力与 GB/T 501232019土工试验方法标准中许用应力法的对应值进行比较，见表 6。根据每个土钉的设计报告，采用标称粘结阻力。图 6 图 8 显示了天津市某冲积层粗粒和细粒材料在增加覆盖层压力时土钉粘结阻力的变化对比情况（图中“规范”指 GB/T 501232019土工试验方法标准中方法的数据）。由图 6 图 8 可知，与 GB/T 501232019土工试验方法标准规定方法相比，土钉界面的粘结阻力表 6 土钉粘结强度材料施工方法土壤/岩石类型极限粘结强度/kPa无粘性旋转钻砂/砾石100180粉土100150细粒土螺旋钻黄土2575软粘土2030硬粘土4060100 200 300 400 500250200150100500粘结阻力/（kPa/m）规范砾石覆盖层压力/kPa图 6砾石材料的粘结阻力随覆盖层压力变化情况粘结阻力/（kPa/m）覆盖层压力/kPa50 100 150 200 250 300160140120100806040200规范砂图 7砂质材料的粘结阻力随覆盖层压力变化情况45403530252015105020 40 60 80 100 120 140粘结阻力/（kPa/m）规范粘土覆盖层压力/kPa图 8粘土材料的粘结阻力随覆盖层压力变化情况较低，表明设计程序不保守。此外，表 6 列出了所有土壤分类的标称粘结阻力和实际粘结阻力。土钉粘结阻力与规范建议之间存在显著差异。由此可以推断，土钉施工质量较差，粘结阻力没有达到最小建议值，从而对开挖的安全性产生不利影响，2023 年 12 月2911翟鹏凯：覆盖层压力效应影响下的土钉抗拔性能评价这种影响随着土钉深度的增加而减小，这是由覆盖层压力效应引起的。因此，土钉设计过程中应考虑施工质量，特别是靠近基坑顶部的土钉。本研究还评价了用 SPT 锤击数准则估算土钉抗拔力的准确性。根据 SPT 锤击数，将现场试验得到的拉拔强度与 GB/T 501232019土工试验方法标准中规定的允许拉拔强度进行比较。为检验SPT数值的准确性，本研究将原位拉拔阻力与 SPT 拉拔阻力结果进行对比，如图 9 所示。50 100 150 200 250 300 350450400350300250200150100500砾石土砂质土粘性土原位拉拔阻力/kPaSPT 拉拔阻力/kPa图 9基于原位试验和 SPT 的拉拔阻力在图 9 中，平分线以下的结果表明，基于 SPT 锤击数准则的许用拉拔阻力不适合估算土钉拉拔阻力。当冲积层的施工质量较低时，GB/T 501232019土工试验方法标准的建议不能作为第一次拉拔阻力估算的好方法。粘土中基于 SPT 锤击数准则的拉拔阻力考虑得更加保守。在砾石中获得的拉拔能力位于中位线以下，这说明此时设计过程中对拉拔阻力的估计不保守。此外，SPT 锤击数准则适用于估算土钉在砂土中的拉拔阻力。即使在施工质量较差的情况下，该方法在砂土中仍考虑得比较保守。4结论本研究以天津市某冲积层为研究对象，考虑覆盖层压力效应对土钉抗拔和粘结性能的影响，在天津市冲积层区域中选取粗粒土和粘性土，进行了 42 次原位拉拔试验。通过单因素方差分析，评价了土压比例和覆岩压力对抗拔阻力的影响。据此，得出以下结论。（1）在粗粒土中，土钉的粘结阻力随着覆盖层压力的增加而增加，而在粘性土中，覆盖层压力对粘结阻力的影响不显著。覆岩压力效应是通过颗粒间应力传递来调动的。（2）根据目前的分析结果，土钉抗粘结性取决于施工质量。由于施工方法不合理，土钉的粘结强度降低，使土钉处于危险之中。靠近开挖地表的土钉对施工质量影响较大，而覆盖层压力对其拉拔能力影响不大。（3）SPT 地基抗拔力是比较保守的土钉抗拔力评价方法。参考文献1 陈小雷.高层建筑深基坑支护施工技术 J.砖瓦,2023(2):125127.2 杨超.深基坑土钉墙支护施工技术分析 J.安徽建筑,2023,30(1):4243,69.3 RAFAEL S.三轴试验中砂土刚度的统计和回归分析及应用 J.岩土力学,2022,43(10):28732886.4 汪小刚.岩体工程力学参数取值方法研究:原位试验与定量类比 J.水利学报,2023,54(1):1323.5 张午阳,李皓,高柏辉,等.螺杆灌注桩竖向抗压承载性能原位试验研究 J.广州建筑,2022,50(6):6164.6 土工试验方法标准:GB/T 501232019S.7 标准贯入试验规程:YS/T 52132018S.山东省住房和城乡建设厅关于公布 2023 年度山东省绿色建筑与建筑节能试点示范项目的通知为深入贯彻党的二十大精神，认真落实省委、省政府关于绿色低碳高质量发展的工作部署，打造绿色建筑与建筑节能典型示范，根据山东省住房和城乡建设厅关于组织申报 2023 年度山东省绿色建筑与建筑节能试点示范(第一批)的通知（鲁建节科函20234 号）要求，经各市推荐、现场核查、专家评审等程序，确定青岛胶东国际机场 T1航站楼等 8 个项目为示范项目，济南先行区崔寨片区新材料产业园租赁住房 A-6 地块 1#-14#住宅楼等56 个项目为试点示范创建项目。一、加强监督指导。各设区市住房城乡建设局要建立完善试点示范项目管理机制，督促项目参建单位落实主体责任，确保项目建设有序推进。二、确保实施质量。按照国家、省有关标准，进一步优化技术方案、明确建设计划，做好工程资料归集整理，按时保质完成试点示范创建任务。三、及时组织验收。试点示范创建项目应在2024 年底前竣工并达到创建条件，由所在设区市住房城乡建设局提请省住房城乡建设厅进行验收。（内容来源：山东省住房和城乡建设厅网站）