绿色土钉墙支护结构体系施工工艺及经济性分析

发布时间：2020-11-10 12:45

　　 土钉墙支护具有施工速度快,施工设备简单,自承能力好和造价低等优点,因此被广泛应用于基坑、边坡等的支护中。虽然土钉墙有很多优点,但也存在一些缺点,首先传统土钉墙在材料选用上,选用钢筋和混凝土材料完成支护结构,而这两种材料属于不可再生资源,施工完成后不可回收利用,不符合国家节能减排的政策;其次在施工工艺上,土钉墙喷射混凝土面层,会造成扬尘,污染空气,不符合国家绿色环保的政策。为了响应国家和北京市“淘汰落后产能”的号召和解决传统土钉墙存在的问题,研发绿色土钉墙,绿色土钉墙采用新材料、新工艺。本文对绿色土钉墙进行结构构造设计、受力变形分析、施工工艺研究和经济性分析,以期将绿色土钉墙推广到工程实际应用中。针对此目标,本文的研究成果有:(1)研发两种新型土钉墙支护体系,提出绿色土钉墙的概念。绿色土钉墙支护体系由不同的构件组成,采用装配式施工工艺,对绿色土钉墙的各组成构件进行了研究。(2)结合实际工程,对应用到该工程中的土钉长度、面板厚度、连接杆厚度通过有限元软件Abaqus进行了比选。运用有限差分软件FLAC3D对绿色土钉墙的支护效果进行模拟,分析了土钉的轴力变化和基坑的位移变化情况,并与传统土钉墙的土钉轴力和基坑位移变化情况进行了对比分析,验证了绿色土钉墙代替传统土钉墙的可行性。(3)应用BIM技术,结合实际工程,对绿色土钉墙的施工工艺进行了研究,研究了绿色土钉墙的安装和拆卸过程,对基坑当中阴角、阳角和基坑中的高低跨处的处理进行了配板设计的研究,并通过三维图型展示了出来。(4)结合工程实例,对绿色土钉墙和传统土钉墙的直接工程费进行了造价分析,分析可得GFRP复合材料土钉墙的直接工程费造价最高,传统土钉墙直接工程费造价最低,绿色土钉墙造价比传统土钉墙造价高主要是因为原材造价高,需要对设计进行优化来降低造价;绿色土钉墙造价虽高,但社会效益显著,值得推广应用;运用全生命周期理论,从设计、施工、生产、运输等几个方面研究了绿色土钉墙的成本控制和管理方法。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU753
【部分图文】：

第1章绪论1第1章绪论1.1研究背景与选题意义土钉支护技术又称为土钉墙或喷锚支护，主要是通过对原状土体进行加筋，形成一种挡土结构，常用于土体开挖过程中的边坡加固[1]。目前施工现场常用的土钉墙由混凝土面层、土钉、和原位土体构成[2~3]，其剖面图和结构构造示意图如图1-1和图1-2所示。土钉墙受力机理，目前已经有很多种理论，接下来主要介绍其中三种岩土界内共认的理论[4~8]：（1）补强理论[4,8]：①在土钉墙中，土钉起加筋的作用，与土体共同受力，以此来提高土体抵抗变形的能力[3]；②在土钉墙中，土钉起到受力，土钉与原状土共同承担全部应力[3]；③在土钉墙中，土钉起到传递应力的作用，将土体由于变形或即将变形产生的应力传递到稳定区域，降低应力集中现象的发生；④面层对边坡变形起约束作用。（2）挡土墙理论：通过布置土钉，使原状土与土钉形成一个整体，依靠形成的整体自重抵挡土压力，与重力式挡墙结构形式及特点相似。（3）锚杆理论：施工完成的土钉墙，依靠土钉与岩体的结合力，保证边坡的稳定，其作用的形式、特点与锚杆类似。对于面层的受力机理，目前主要有两种说法：（1）面层不考虑受力：目前土钉墙设计中，面层按构造作用设计，不考虑受力大小；图1-1土钉墙剖面图Fig.1-1Sectionofthesoilnailwall图1-2土钉墙结构构造示意图Fig.1-2Schematicdiagramofthesoilnailwallstructure

第1章绪论1第1章绪论1.1研究背景与选题意义土钉支护技术又称为土钉墙或喷锚支护，主要是通过对原状土体进行加筋，形成一种挡土结构，常用于土体开挖过程中的边坡加固[1]。目前施工现场常用的土钉墙由混凝土面层、土钉、和原位土体构成[2~3]，其剖面图和结构构造示意图如图1-1和图1-2所示。土钉墙受力机理，目前已经有很多种理论，接下来主要介绍其中三种岩土界内共认的理论[4~8]：（1）补强理论[4,8]：①在土钉墙中，土钉起加筋的作用，与土体共同受力，以此来提高土体抵抗变形的能力[3]；②在土钉墙中，土钉起到受力，土钉与原状土共同承担全部应力[3]；③在土钉墙中，土钉起到传递应力的作用，将土体由于变形或即将变形产生的应力传递到稳定区域，降低应力集中现象的发生；④面层对边坡变形起约束作用。（2）挡土墙理论：通过布置土钉，使原状土与土钉形成一个整体，依靠形成的整体自重抵挡土压力，与重力式挡墙结构形式及特点相似。（3）锚杆理论：施工完成的土钉墙，依靠土钉与岩体的结合力，保证边坡的稳定，其作用的形式、特点与锚杆类似。对于面层的受力机理，目前主要有两种说法：（1）面层不考虑受力：目前土钉墙设计中，面层按构造作用设计，不考虑受力大小；图1-1土钉墙剖面图Fig.1-1Sectionofthesoilnailwall图1-2土钉墙结构构造示意图Fig.1-2Schematicdiagramofthesoilnailwallstructure

第1章绪论2（2）面层考虑受力：对于面层的设计，目前主要有三种不同的方法。德国已经施工完成的部分工程的支护面层按85%主动土压力计算；王立峰等[9~10]把面板看成是文克尔地基上的有限长梁，进行位移和力的计算；法国岩土专家认为：30%最大土钉拉力≤面层受力设计≤40%最大土钉拉力。土钉墙技术具有稳定性好、成本低、施工工艺成熟、施工设备易操作、整体性价比高等特点，在边坡、基坑等的支护中被广泛使用。近年来随着国家对节能环保意识的提高，传统土钉墙支护施工中存在的问题逐渐暴露出来，可以归纳为以下几点：（1）土钉墙完成支护功能后直接填埋在土体中，不能够回收和重复利用，属于一次性投入，因此造成了材料的浪费和土壤的污染[11]；（2）土钉墙支护施工土钉时，往往超出用地红线，侵占红线外用地，而钢筋土钉材质较硬，切割困难，会给红线外工程用地施工带来一定困难[11]，如图1-3所示。图1-3土钉施工超用地红线Fig.1-3Soilnailconstructionbeyondtheredline（3）喷射混凝土过程中会形成扬尘，据测量，喷射混凝土施工所引起的粉尘质量浓度为50~600mg/m3，是国家标准10mg/m3的5~60倍，容易导致雾霾的产生，造成空气的污染[12]，如图1-4所示。（4）土钉注浆过程中容易溢浆，既造成了资源的浪费，又造成了现场环境的污染，与国家提倡的绿色施工、文明施工相悖，如图1-5所示。图1-5溢浆Fig.1-5Overflowslurrypollution图1-4扬尘Fig.1-4Dustpollution
【参考文献】

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本文编号：2877942