复合土钉墙技术中几个术语命名及定义的探讨 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2013-01-10

【作者】：付文光，杨志银
【作者机构】：中国京冶工程技术有限公司
【摘要】：复合土钉墙术语宜定义为：由预应力锚杆、水泥土墙及弱桩等复合构件中的一类或几类，与土钉、面层、被土钉加固的土体及必要的防排水措施组成，以土钉为最主要受力构件的基坑复合支护结构。与类似定义相比，该定义中没使用土钉墙术语，用术语水泥土墙取代了截水帷幕，用新术语弱桩取代了微型桩或超前支护桩，并强调了土钉的重要性。
【曾发表在】：铁道工程学报

1 概述
在这个信息时代，知识爆炸产生了“术语爆炸”[1]。“术语爆炸”的后果之一是大量的专业术语“不专业”，引发了学术界及社会各界的很多混乱及争论，影响了技术交流，浪费了社会资源，严重者甚至干扰了该学科、专业或技术的发展进步。这是各行各业的通病，基坑工程领域概不例外。土钉墙优点很多，在世界各地得到广泛应用，是目前国内最主要的基坑支护技术之一，上个世纪末开始，国内采用土钉墙支护的基坑占到基坑总数五成以上[2]，其中近些年复合土钉墙又占到当中的八成以上，但土钉墙、尤其是复合土钉墙技术中，仍有不少术语词不达意，不少术语随意滥用，不少术语相互矛盾。李广信教授评论道[3]：“各行业规范自成体系，形成了名词术语……的高度不一致”，“几个不同行业的专家院士……比与外国人交流还困难”。在规范等专业技术标准中这些现象都比比皆是，就不用说在其它场所了。这成为了很多学术混乱的源头。术语是一门学科或技术的核心，地位太重要了，甚至有人说“没有术语就没有知识[4]”，其表达的概念必须要准确、严密。笔者曾对土钉墙等术语的概念及定义进行过深入探讨[5]，本文将对复合土钉墙技术中的一些术语进行探讨、厘清，以一些基坑支护技术标准中的术语及定义为主要讨论对象。
2 “土钉墙”术语
“土钉”及“土钉墙”是译语。土钉的曾用名有锚杆、小锚杆、非预应力锚杆、全长粘结型锚杆、锚管、土锚、锚筋、锚钉、插筋、加筋等，近几年在各种技术标准的努力下，已逐渐统一为“土钉”。土钉墙的曾用名有喷锚、锚喷、喷锚网、锚喷网、锚钉支护、锚杆喷射混凝土、土钉喷锚网、锚钉墙、锚管墙、插筋补强护坡技术、补强加固土、原位土加筋、原位加筋土、原位加固土、土钉支护、改良支护法、土钉加固法等，近几年大体归纳为“土钉墙”、“土钉支护”及“喷锚”3种，其中前两者为主流。由于现行技术标准中3个术语都在应用，为减少混乱，笔者曾建议为三者划分出不同的势力范围：（1）当锚杆与网喷联合支护技术用于围岩稳定、较破碎至完整的岩质边坡或基坑侧壁支护时，称为锚喷支护技术；（2）用于土质及“类土”质（“类土”不是专业术语，这里指全风化岩、强风化岩及极破碎、破碎的中风化岩）边坡及基坑侧壁支护时称为土钉墙技术，土钉墙指这种技术形成的复合结构物；（3）土钉支护技术是土钉墙、土钉格构梁、土钉加固与修复（已有的挡土墙等）、土钉预制板等各种土钉支护技术的统称，土钉支护形成的结构物统称为“土钉支护结构”，不宜称为“土钉支护”，因为“土钉支护”作为术语名词不符合汉语语法。
3 “复合土钉墙”术语
“复合土钉墙”的术语命名目前仍处于混乱时期。国外没有刻意强调复合支护概念，外文中没有土生土长的“复合土钉墙”或“复合土钉支护”术语，现有的英文术语是对汉语的翻译。很多学者把“复合土钉墙”定义为土钉墙与预应力锚杆、截水帷幕、微型桩等构件其中的一种或几种联合组成的复合支护结构，已被住建部标准《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2011)(报批稿)、深圳市标准《基坑支护技术规范》（SJG05-2011）(报批稿)等技术标准所采用。
但也有技术标准将这种技术命名为“复合土钉支护”或“加强型土钉支护”。复合土钉墙在上世纪90年代多称为“土钉墙与××联合支护”或“超前支护”，如土钉墙与预应力锚杆联合支护、土钉墙与深层搅拌桩联合支护、钢花管注浆超前支护土钉墙等，后来又陆续出现了改良土钉支护、止水型土钉墙、结合型土钉墙、加强型土钉墙、新型土钉墙、复合喷锚网等名词，近几年来已逐渐集中为“复合土钉墙”或“复合土钉支护”术语。就全国范围而言，“加强型土钉支护”已被大多数地区弃用，不应再坚持，“复合土钉墙”及“复合土钉支护”能得到普遍接受已属不易。但“复合土钉支护”一词也不妥当：（1）“支护”是动词，“复合土钉支护”作为术语名词不符合汉语语法；（2）如果称为“复合土钉支护结构”符合语法，但不够简洁；（3）国外一些复合材料形成的土钉称为“复合土钉”，“复合土钉支护”不知道是指“与土钉复合支护”还是“用复合土钉去支护”，容易造成混乱。
这是同一概念不同术语现象，还有同一术语不同概念现象。土钉墙与其它支护技术的组合形式在工程中得到了越来越多的应用，如上半部分土钉墙、下半部分桩锚的组合支护结构，或在立面上土钉墙单元与桩锚单元间隔布置的组合支护结构（即疏排桩土钉墙），或是土钉、预应力锚杆混合与排桩联合支护等，有些学者把这些组合形式也称为复合土钉墙，更有极端者只要有土钉就称为复合土钉墙，这些都是不准确的。“复合土钉墙”强调的仍是土钉墙技术，即土钉作为最主要受力构件，而上述三种组合支护形式中，起最主要作用的是桩锚，尽管桩锚单元与土钉墙单元之间有着相互作用的机制，但其工作机理、设计理论等已与土钉墙相差甚远，已经无法采用土钉墙设计理论，视为组合结构更为妥当。还有一种情况：为防止开挖面在土钉施工前发生剥落或坍塌，有时采取注浆等手段对土钉墙进行超前加固，有些人将之称为复合土钉墙，也不妥当。注浆对土钉墙稳定的有利影响很难定量，设计计算时一般不予计算，只作为安全储备，将之归类于施工措施更适合些。不能把复合土钉墙这一术语无限扩大化使用。
但把“复合土钉墙”定义为“土钉墙与预应力锚杆、截水帷幕、微型桩等……”也存在不足。“土钉墙”起源时只有基本形式，即由土钉、喷射混凝土面层、被加固土体及必要的防排水措施组成，不存在其它构件。随着大量应用及技术发展，逐渐产生了与预应力锚杆、截水帷幕、微型桩等各种构件的各种复合形式，在广义上，土钉墙技术包括了这些复合支护技术，“土钉墙”一词在不引起歧义的情况下也泛指复合土钉墙。由于被不当使用及过度滥用等多种原因，本世纪本年代中期起，一些省市地区陆续对基本型土钉墙的应用进行了限制，在这种情况下，“土钉墙”术语被定义成了基本型，“复合土钉墙”的概念被刻意强调，突出了与“土钉墙”的不同，把“土钉墙”与“复合土钉墙”视为有所区别的两类技术，这样做具有很强的现实意义，也更能推动和促进复合技术的应用。但是，定义中如直接使用“土钉墙”术语，需要先对“土钉墙”进行定义，没有摆脱“土钉墙”的束缚，不够彻底，且在“截水帷幕”及“微型桩”等名词的使用上也存在着不足。
国标《复合土钉墙基坑支护技术规范》（征求意见稿中），把复合土钉墙术语定义为由预应力锚杆、截水帷幕及超前支护桩其中的一类或几类，与土钉、面层、被土钉加固的土体及必要的防排水措施组成，以土钉为最主要受力构件的基坑复合支护结构。定义中不再有“土钉墙”术语，强调了“以土钉为最主要受力构件”，解决了前面提出的几个矛盾。但是，该定义在“截水帷幕”、“超前支护桩”等术语的使用上也同样存在着不足。
4 几个复合构件术语
笔者建议国标《复合土钉墙基坑支护技术规范》对复合土钉墙的定义中分别用“水泥土墙”及“弱桩”替代“截水帷幕”及“超前支护桩”，将三类复合构件当中的一类或几类与基本型土钉墙组成的复合支护结构分别命名为预应力锚杆复合土钉墙，水泥土墙复合土钉墙，弱桩复合土钉墙，预应力锚杆与水泥土墙复合土钉墙，预应力锚杆与弱桩复合土钉墙，水泥土墙与弱桩复合土钉墙，预应力锚杆与水泥土墙及弱桩复合土钉墙。此外，建议“复合土钉墙”英文宜译成Composited Soil Nail Wall。用composited比用composite等单词更好一些，更能突出土钉墙“被”复合的意思。
（1）截水帷幕及水泥土墙
截水帷幕又称止（阻、隔、挡、防）水帷幕、防渗帷幕、止（截、阻、隔、挡、防）水墙、地下防渗墙等。截水帷幕的成形方法大致有两类：一类是某一种工法单独形成，如深层搅拌法、高压喷射注浆法、灌浆法、地下连续墙法、微型桩法、钻孔咬合桩法等，另一类是两种结构物相互咬合搭接而成，如钻孔灌注桩桩间设置旋喷桩共同形成截水帷幕，配筋桩与素桩或水泥土桩相互咬合共同形成截水帷幕等，都较为常见。
建议采用“水泥土墙”而不采用“截水帷幕”的原因主要有三：①用于复合土钉墙时，大体只有深层搅拌法及高压喷射注浆法这两种方法形成的、以水泥作为固化剂、与原位土拌合而成的水泥土桩，两两相互搭接形成水泥土连续墙，其它方法基本不用。故用于复合土钉墙时，“截水帷幕”一词过于笼统，不如“水泥土墙”准确；②一般认为，基坑中设置了截水帷幕后，就应该能完全阻隔住基坑外的地下水向基坑内的渗流及坑外地下水位的下降。理应如此，但复合土钉墙实际上做不到。无截水帷幕时，土钉墙施工前，坑外的地下水在土方开挖时从开挖面流入坑内；土钉墙完成施工后，坑外地下水主要从坡脚逸出，也会从土钉墙与坑底土的交界面、土钉孔及喷射混凝土面层中的薄弱点等处向坑内渗透，坑外水位下降较多，浸润线较长，降水漏斗较大，基坑起到了一个巨大的降水井的作用，对周边环境影响较大。有截水帷幕时，土钉施工期间及完成施工后，地下水仍会沿着土钉孔及预应力锚杆孔向坑内渗透，但帷幕防止了地下水从坡脚逸出，阻止了地下水向坑内的自由渗流，改变了流线轨迹，减缓了地下水的渗流速度，减少了渗流量，提高了地下水位，从而缩短了浸润线，缩小了降水漏斗半径，缩小、减轻了对周边环境的影响。也就是说，由于土钉或预应力锚杆的存在，截水帷幕并没有完全把水阻隔住，其作用不能得到全部发挥，用“截水帷幕”一词容易引起误解；③水泥土墙有超前支护及提高支护结构整体稳定性的作用，用“截水帷幕”一词体现不出且易被误解。综上，复合土钉墙中采用“水泥土墙”一词比“截水帷幕”更为准确。
“水泥土墙”一词除了“水泥土”概念外，还强调了“墙”的概念。这对于复合土钉墙来说很重要。“墙”连续分布，对墙后土约束较强，迫使墙后复合土体与墙体同时受力、变形、破坏，与土钉墙的复合作用效果好于断续分布的微型桩。
需要说明的是，水泥土墙不是新术语，一些技术标准中把重力式水泥土挡土墙简称为水泥土墙。但复合土钉墙中的水泥土墙在构造上与重力式水泥土挡土墙有所不同，用于复合土钉墙时一般单排桩或双排连续布置，用于重力式水泥土挡土墙时水泥土桩还可呈网状或称格栅状布置。
（2）微型桩、超前支护桩及弱桩
《建筑桩基支护规范》（JGJ94）按桩径大小把桩分为不小于800mm的大直径桩、不大于250mm的小桩及两者之间的中等直径桩。微型桩严格意义上属于小桩，意即直径不大于250mm的小直径钻孔灌注桩，是1952年意大利利兹博士首创并付之实践，主要用于地基处理、既有建（构）筑基础加固、基础托换、边坡治理、基坑支护、隧道穿越等工程。国外早期应用时，大多采用100mm左右的直桩及斜桩组成网状结构，形似树根，故也称树根桩。国内目前应用中，桩径一般200~400mm，较少用到150mm以下，这与国外树根桩的差别还是较大的。
微型桩用于复合土钉墙支护时，是从狭义上的微型桩起源的，但经过多年的发展，已经远远超出了狭义微型桩的范畴。目前复合土钉墙中的所谓的“微型桩”是一种广义上的概念，泛指各种刚性或半刚性竖向增强构件，包括这些构件或作法：①直径100~300mm的钻孔灌注桩，骨架可为钢筋笼、型钢或钢管等，胶结材料可为混凝土、水泥砂浆或水泥净浆；②直接打入土中的角钢、工字钢、H型钢、方钢等各种型钢，钢管，木桩，不注浆；③预制钢筋混凝土管桩、圆桩、方桩或扁桩；④注浆钢花管，竖向锚杆；⑤在截水帷幕中插入型钢或钢管等劲性材料（如SMW工法）等。这些构件或作法有很多种称呼，大体分两类，一类以构件或材料名词称呼，如微型桩、钢管桩、型钢桩、管桩、方桩、竖向锚杆、小桩、竹桩、木桩、工字钢、钢花管、注浆钢花管、插筋水泥土桩等，一类以主要作用称呼，如超前锚杆、竖向增强构件（体、结构）、竖筋、超前支护桩（构件、体、结构等）等，其中以“微型桩”及“超前支护桩”为代表，分别被一些技术标准所采用。
复合土钉墙支护技术已极大发展，仍延续使用“微型桩”这个名词实属勉强。微型桩这一术语不该被扩大化使用，被扩大化的后果一方面词不达意，另一方面也掩盖了其本身含义。住建部标准《建筑基坑支护技术规程》中没有对“微型桩”一词进行定义，从内容可知其仅指上述微型桩第1种作法，是较狭义的微型桩。该规程中尽管微型桩概念较为准确，但因没有考虑其它作法，故仍存在不足之处。
“超前支护桩”一词更不适宜。所谓“超前支护”是相对于土钉而言的，“超前”桩在土方开挖前埋置在土体中，土方一旦开挖即起作用，即“超前”作用，主要目的是提高支护结构临时稳定性及减少基坑变形；而土钉在土方开挖之后设置，随着下一层土方开挖才起作用，即作用滞后。这是超前支护的意义。但是：①水泥土墙也有超前支护作用，也应该被归纳为“超前支护桩”，但水泥土墙的最主要作用仍是帷幕止水，与上述微型桩桩的作用机理还是有很大差别的，不宜归为一类；②不仅在复合土钉墙中，其它支护形式，如桩锚、桩撑等，“桩”也是在土方开挖之前被预先埋置在土中的，相对于预应力锚杆、支撑等构件来说也是“超前”的，只在复合土钉墙中强调“超前”作用容易误导；③微型桩最初应用时，仅作为安全储备，没有考虑其对整体稳定性的贡献。随着对复合土钉墙技术的深入研究与应用，目前已计入了其抗剪强度及入土深度对提高支护结构整体稳定性的有利影响[6]，即其不仅起到“超前支护”作用，还起到了竖向增强构件作用，如使用“超前”一词，其对整体稳定性的贡献体现不出且易被误解为没有这方面的作用；④基坑支护中的“支护桩”主要起抗弯及抗剪作用，其中抗弯是主导作用，支护桩是支护构件中的主要受力构件。复合土钉墙中的微型桩只计取抗剪作用，受力机理与支护桩差别很大，不是主要受力构件，不应称之为支护桩，而“超前支护桩”易被理解为“超前的支护桩”；⑤有时在基坑开挖到坑底后，在坑底打设一排木桩、钢管或型钢以提高土钉墙的整体稳定性，这种情况下“超前支护桩”并不起超前支护作用。综上，“超前支护桩”也不理想。
故建议命名一个新术语－弱桩，定义为：埋设在土体中，沿基坑侧壁走向断续分布，主要起超前支护作用并利用其抗剪强度及入土深度提高支护结构稳定性的各种竖向增强构件，包括各种材料及形式的预制构件（预制桩、钢、木、竹等）、中小直径灌注桩、插筋水泥土桩及注浆钢管等。“弱”的意思就是要强调在复合土钉墙中，土钉起主要作用，不是桩，以示与上半部分土钉墙、下半部分桩锚及疏排桩土钉墙等组合支护结构的区别。“弱桩”的缺点是新名词，推广应用较困难，而“微型桩”及“超前支护桩”已经有了较多的应用。
（3）预应力锚杆
预应力锚杆与土钉墙联合支护已得到了广泛的成功应用，但是，预应力锚杆是主动受力构件，土钉是被动受力构件，“钉是钉，锚是锚[7]”，二者的共同协调作用机理究竟如何，预应力锚杆在其中到底起了多大的作用，仍有很多学者在质疑。在其它支护体系中，例如桩锚结构，预应力锚杆的自由段与锚固段是有严格区分的，自由段必须要穿过主动土压力区、即假定滑移面，进入稳定土层1~2m，力的传递路线和作用机理是清晰的。但不能完全按此理论把锚杆复合土钉墙设计为“锚拉土钉墙”。有人将土钉墙整体视为一块较厚的墙面板，锚杆复合土钉墙类似于锚杆挡土墙，按锚杆挡土墙理论进行分析设计。锚杆复合土钉墙的整体刚度较差，这样做是否可行很值得商榷。深圳市福田区某三层地下室基坑按此理论设计，变形很大，最终第三层地下室因风险太大没有开挖，改成了两层。在复合土钉墙中，预应力锚杆的设计承载力较低，稳定区（最危险滑移面外）提供的极限抗拔力一般为100~300kN；自由段长度一般4~6m，不要求自由段一定要穿过假定滑移面，可见从工作机理角度这不是严格意义上的“锚”，已带有“钉”的性质。可以将预应力锚杆视为“超级土钉”，只是与其它土钉相比强度更大、长度更长、且预加了一些应力。实际工程中，一般都将之设计为拉拔力适当折减的“超级土钉”，与其它土钉同时作用，实践证明这是合理可行的。尽管预应力锚杆与“超级土钉”有所区别，但区别不大可以忽略，故在复合土钉墙中使用预应力锚杆并延用“预应力锚杆”一词目前来看还算妥当。
5 结束语
《术语工作原则与方法》[8]规定，术语的选择与构成应符合6项要求：①单名、单义性，即一个概念只由一个术语来表示、一个术语只表示一个概念；②顾名思义性，即术语应能准确扼要地表达概念的本质特征；③简明性，信息交流要求术语尽可能的简明，以提高效率；④派生性，即术语应便于构词。基本术语越简短，构词能力越强；⑤稳定性，即使用频率高、范围较广、已经约定俗成的术语，没有重要原因，即使是有不理想之处，也不宜轻易变更；⑥合乎本族语言习惯，用字遣词，务求不引起歧义。当然，在这个“术语爆炸”的时代，想要达到上述要求确实是非常不容易，但这并不能成为术语继续混乱甚至更加混乱的理由。
在岩土工程界，尽管术语的起源及扩散很难控制，但是，专业技术标准、尤其是国家标准及住建部等行业标准，对术语的传播与规范能起到主导性作用。专业术语也是有生命期的，容易造成歧义、过于模糊、词不达意、故弄玄虚、以点代面、以偏盖全、一概念多名词及一名词多概念的术语，必然应该逐渐被更贴切的术语取代，这是科学发展规律。因此起草及审查技术标准的专家们负有重大的责任，对术语的选择、命名及定义应综合考虑、慎之又慎，一旦写入技术标准，应能经得起全面考查与时间的检验。能有幸参与这些工作的专家们，除了应精通专业技术、了解术语命名及定义原则、有较强的文字表达能力外，更应该具有摒弃不同行业、不同门户、不同流派的利益之争、各自为政及固执己见之胸怀，为岩土学术界的进步及和谐发展创造更有利的环境。

参考文献
[1] 郑述谱. 专业术语与专业名称[N]. 中国社会科学院院报, 2006, (2006-01-05) .
[2] 付文光，杨志银．土钉墙技术的新进展及前景展望[J]．岩土工程学报．2010，32（1）：17－21(FU Wen-guang，YANG Zhi-yin，New progress and development foreground in soil nail walls technology[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(1): 17－21).
[3] 李广信．岩土工程50讲．北京：人民交通出版社，2010(LI Guang-xin. 50 lectures on geotechnical engineering. Beijing: China Communication Press, 2010).
[4] 周大平. 要让科技术语本土化日趋规范[N].科技日报， 2006，(2006-03-24).
[5] 付文光，卓志飞．对“土钉墙”等术语命名的探讨[J] ．岩土工程学报．2010，32（1）：46－51(FU Wen-guang，ZHUO Zhi-fei，Discussion on term definition of soil nail walls[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2010, 32(1): 46－51) .
[6] 杨志银，张俊，王凯旭．复合土钉墙技术的研究及应用[J] ．岩土工程学报．2005，27（2）：153－156(YANG Zhi-yin, ZHANG Jun, WANG Kai-xu. Development of composite soil nailing walls[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005, 27(2): 153－156).
[7] 程良奎，李象范．岩土锚固•土钉•喷射混凝土－原理设计与应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008.
[8] 国家质量技术监督局．术语工作原则与方法（GB/T10112-99）[S]．北京：中国标准出版社，2000(State Bureau of Quality Technical Supervision. Terminology work--Principles and methods（GB/T10112-99）[S]. Beijing: China Standards Press, 2000).