《土钉墙基坑支护设计资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土钉墙基坑支护设计资料（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、地基基础课程设计UJ川建筑职业技术学院土木系基础工程教研室 2008 年6月目录1. 土钉墙基坑支护设计基本理论2. 土钉墙基坑支护设计任务书3. 土钉墙基坑支护设计指导书4. 本次设计的相关资料5. 设计步骤参考资料1 土钉墙基坑支护设计基本理论1.1概述1.1.1基坑支护的作用基坑开挖后，形成临空面，在基坑土体自身重量、地表荷载、地下水渗透作用 下，可能产生破坏或过大变形，危及基础施工或周围建筑物的安全，因此，须对 基坑侧壁采取一定的措施进行支护。1.1.2 土钉墙及土钉的定义、支护原理土钉墙:由土钉、被加固的土体、面层组成的支护结构。土钉墙支护在某些 施工企业也称为喷锚支护。其组成如图：
2、图1.1.2-1 土钉墙剖面示意图土钉：用来加固、锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用土中钻孔，置入 变形钢筋，并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩 擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可用钢 管、角钢直接击入土中，并全长注浆的方法做成。面层：在土钉端部沿水平方向及竖向焊接加强钢筋，在加强钢筋上焊接分布 钢筋，再喷射砼制作而成。加固原理：基坑临空面形成后，侧壁土体有向临空面位移的趋势，及沿某一 潜在破坏面破坏的趋势，置入土钉后，土钉承受了由周围土体及面层传递过来的 土压力，把土压力传递至稳定的土层中去，从而阻止了侧壁土体向基坑方向的位 移；土
3、钉加固土体使土体强度提高，并由于土钉的拉力，使潜在破坏面上的法向 应力增大，因而摩擦力增大，阻止基坑侧壁沿某一潜在破坏面破坏。1.1.3 土钉墙的适用条件1. 基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地（基坑侧壁安全等级根据侧 壁破坏后果的严重程度划分）。2. 基坑深度不宜大于12m。3当地下水位高于坑底面时，应采取降水或截水措施。当土质较差，且基坑边坡靠近重要建筑设施,需要严格控制支护变形时，宜开 挖前先沿基坑边缘设置密排的竖向微型桩（见图1.1.3-1）,其间距不宜大于1m， 深入基坑底部13m。微型桩可用无缝钢管或焊管，直径48150m，管壁上应设 置出浆孔。小直径的钢管可分段在不同挖深处
4、用击打方法置入并注浆；较大直径 （大于100mm）的钢管宜采用钻孔置入并注浆，在距孔底1/3孔深范围内的管壁 上设置注浆孔，注浆孔直径1015mm，间距400500mm。当支护变形需要严格限制在不良土体中施工时，宜联合使用其他支护技术， 将土钉支护扩展为土钉一一预应力锚杆联合支护、土钉一一桩联合支护、土钉一 一防渗墙联合支护等，并参照相应标准进行设计施工。图1.1.3-1超前设置微形桩的土钉支护1.1.4与锚杆支护相比，土钉与土钉墙支护的特点1土钉的作用之一是加固周围土体，使周围土体的强度增加，保证其稳定性， 并和被加固的土体一起作为挡土结构，支护基坑。锚杆常与桩、墙联合使用，作 为桩墙等挡土
5、结构的支点，与桩墙一起作为支护结构，此时，锚杆周围的土体不 再为支护结构的一部分。2. 土钉在基坑侧壁上的排列较密，锚杆的排列间距较大。3土钉在土体发生变形后才被动受拉，土钉对土体的约束需要土体变形作为 补偿，锚杆一般在设置时预加拉应力，给土体以主动约束。4. 土钉沿孔全长注浆、锚杆应考虑自由段长度不应小于5m。1.1.5 土钉及土钉墙的受力状态和破坏形式1土钉墙在自身重量等荷载作用下，可能沿内部或外部破裂面产生整体破坏， 如图所示。破坏面2. 土钉墙沿墙底产生滑移，或沿墙趾产生倾覆。3单根土钉在拉力作用下被拔出。土体在自身重量等荷载作用下，产生变形, 作用土压力于面层，面层传递给土钉，土钉承
6、受了由面层及及周围土体传递过来 的拉力，有向基坑方向拔出的驱势；同时破裂面以外稳定土体与土钉的粘结力对 土钉产生抗拔力，阻止土钉向外拔出。当拉力抗拔力时，土钉被拔出。4土钉墙墙底承载力不够，产生破坏。1.2 土钉墙的构造要求1. 土钉墙墙面坡度不宜大于 1:0.1;2. 土钉和面层须有效连接,应设置承压板或加强钢筋等构造措施,承压板或加 强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接;3. 土钉的长度宜为开挖深度的0.51.2倍，间距宜为12m,与水平面夹角宜 为5。20。;4. 土钉钢筋宜采用HPB235、HRB335级钢筋，钢筋直径宜为1632mm，钻 孔直径宜为 70120mm；5注浆材料宜为水泥
7、浆或水泥砂浆，其强度等级不低于 M10；6. 喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为610mm,间距宜为150 300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于C20，厚度不宜小于80mm;7. 坡面上下段钢筋搭接长度应大于 300mm； 8排水系统参照如下规定：基坑四周支护范围内的地表应加修整，构筑排水沟和水泥砂浆或混凝土地 面，防止地表降水向地下渗透，靠近基坑坡顶宽24m的地面应适当垫高，并且 里高外低，便于迳流远离边坡。为了排除积聚在基坑内的渗水和雨水，应在坑底设置排水沟及集水坑。排水 沟应离开边壁0.51 m，排水沟及集水坑宜用砖砌并用砂浆抹面以防止渗漏，坑 中积水应及时抽出。在支护面层背部应
8、插入长度为 400600mm ，直径不小于 40mm 的水平排水 管，其外端伸出支护面层，间距可为1.52m，以便将喷射混凝土面层后积水排 出。1.3 设计1.3.1 一般规定1. 根据构造要求和工程经验，初选支护各部件的尺寸和材料参数；2. 进行计算分析，主要有：(1) 支护的内部整体稳定性分析与外部整体稳定性分析；(2) 土钉的设计计算(抗拉承载力验算)；(3) 喷射混凝土面层的设计计算，及土钉与面层的连接计算。 通过上述计算对各部件的初选参数作出修改，给出施工图。3. 根据施工过程中的量测监控数据和发现的问题，进行反馈设计。1.3.2 土钉支护的整体稳定性分析 土钉支护的内部整体稳定性分
9、析是指边坡土体中可能出现的破坏面发生在支护内部并穿过全部或部分土钉。破坏模式如下图，破坏面为一圆弧面，并考虑 土钉的拉力，采用普通条分法对支护作整体稳定性分析。安全稳定性系数计算公 式如下：乙(w + Q )cos a - tan +(R / S )sin P - tan + c (A / cos a ) + (R / S )co s Phbk三(w + Q )sijj_ sin ai iiF L iiijkkkjj iik hkk sw、Q :分别为作用于土条的自重和地面荷载；iia : 土条i圆弧破坏面切线与水平面的夹角；iA : 土条i的宽度；i : 土条i圆弧破坏面所处的第j层土的内摩
10、擦角；jc : 土条i圆弧破坏面所处的第j层土的粘聚力；jR :破坏面上第K排土钉的最大抗力，按133.3条确定;kp :第k排土钉轴线与该处破坏面之间的夹角；kS :第k排土钉的水平间距。hk需要收索所有可能破坏的圆弧面，并计算其安全稳定性系数（此工作量较大, 一般由计算机完成），安全稳定性系数最小值所对应的圆弧面为最可能破坏的圆弧面，该安全稳定性系数最小值要求大于下表中的值。基坑深度（m）W661212安全系数最小值1.21.31.4土钉支护还应验算施工各阶段的内部稳定性。土钉支护的外部整体稳定性分析是指整个土钉沿底面水平滑动、绕基坑底角 倾覆、沿深部的圆弧破坏面失稳。1.3.3单根土钉抗
11、拉承载力验算1.3.3.1 土钉的设计计算遵循下列原则：1只考虑土钉的受拉作用；2. 土钉的设计内力按1.3.3.2条规定的侧压力图形算出；3. 土钉的尺寸应满足设计内力（受拉荷载）的要求，同时还应满足支护内部整 体稳定性的要求。1.3.3.2 土钉设计内力N（受拉荷载）的计算N=p SVSh/cos 9 其中 p=p1+pqSV：计算土钉在水平方向与相邻土钉中点的间距。Sh：计算土钉在竖直方向与相邻土钉中点的间距。9 土钉的倾角；p土钉长度中点所处深度位置上的侧压力；pl-土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力，据图 1.3.3.2-1 求出；pq地表均布荷载引起的侧压力。 p
12、l及pq沿基坑深度分布图如下:基坑侧壁侧压力分布圈图1.3.3.2-1 p1及pq沿基坑深度分布图Pm：基坑深度方向土体自重产生的侧压力p1的最大值，其求解方法如下： 对于 C/YH0.05 的砂土和粉土 P =0.55k yH。ma对于C/ Y H20.05的一般粘性土：p = k （1 -2c ）yH 0.55k yHm a rH、： Kaa粘性土 Pm的取值应不小于0.2 Y H。pq=kaq，其中q为地表荷载，最小取15Kpa。k = tan 2 （450 - k）a2Y为土的重度，H为基坑深度。0k这样确定：基坑侧壁若为单层土，则取该层土的内摩擦角角标准值;若为多层土，则先求:tan
13、 k工 h tan iii=1工h再求0k。（糾、hi分别为侧壁第i层土的内摩擦角和厚度）1.3.3.3 土钉的极限抗拉承载力R =兀d St l0i 2i各层土钉的长度l应满足下列条件：F N kd 工t ls ,d0i 2i其中l 土钉在破坏面以外稳定土体第i层土中的长度；2i潜在破坏面与水平面的夹角取（B+）/2 , B为基坑侧壁坡角。如下图:k图1.3.3.3-1 土钉与潜在破坏面剖面图 d土钉孔径；t土钉与土体之间的界面粘结强度。按下表取值。0Fs,d土钉的局部稳定性安全系数，取1.2-1.4,基坑深度较大时，取大值。表1.3.3.3-1界面粘结强度标准值土类粘性土砂土素填 土圆砾稍
14、密卵 石状态软塑可塑硬塑坚塑松散稍密中密密实稍密稍密t (kpa)153050707090120160301001203050709090120 16020060120140注：表中数据为低压注浆时的极限粘结强度标准值。实际工程中需要对所有工况（基坑不同的开挖阶段及支护后的使用阶段）， 土钉的抗拉承载力是否验算满足要求进行验算1.3.3.4砼面层：可按构造要求设计。1.4施工与检测1.4.1施工前应具备下列文件1. 岩土工程勘察报告；2. 土钉墙支护结构施工图。3降水系统施工图，以及需要工程降水时的降水方案设计；4施工方案和施工组织设计，规定基坑分层、分段开挖的深度和长度，边坡 开挖面的裸露时间限制等；5. 支护整体稳定性分析计算书；6. 现场测试监控方案和应急措施；1.7.2 施工工序：1工作面，修整边坡； 2设置土钉（包括成孔、置入钢筋、注浆、补浆） 3铺设、固定钢筋网；4喷射混凝土面层。参考资料：建筑基坑支护规程（JGJ120-99）基坑土钉支护技术规程（CECS96： 97）。2 土钉墙基坑支护设计任务书2.1 教学班级：2.2 设计时间：校历 1 周。2.3 设计任务：完成一幢高层房屋的基坑支护设计。2.4 课程设计目的：了解实际工程中基坑支护设计的方法
