土钉墙支护方式计算.

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1、第 2章 土钉墙支护计算2.1土钉支护技术2.1.1 土钉支护的概念土钉支护亦称锚喷支护，就是逐层开挖基坑，逐层布置排列较密的土钉（钢 筋），强化边坡土体，并在坡面铺设钢筋网，喷射混凝土。相应的支护体称为土 钉墙，它由被加固的土体、放置在土体中的土钉与喷射混凝土面板三个紧密结合 的部分组成。土钉是其最主要的构件，英文名叫Soil Nailing,它的设置有打入 法，旋入法，以及先钻孔、后置入、再灌浆三种方法。2.1.2 土钉支护的特点 与其它支护类型相比，土钉支护具有以下一些特点或优点：1. 土钉与土体共同形成了一个复合体，土体是支护结构不可分割的部分。从而 合理的利用了土体的自承能力。2.

2、结构轻柔，有良好的延性和抗震性。3. 施工设备简单。土钉的制作与成孔、喷射混凝土面层都不需要复杂的技术和 大型机具。4. 施工占用场地少。需要堆放的材料设备少。5. 对周围环境的干扰小。没有打桩或钻孔机械的轰隆声，也没有地下连续墙施 工时污浊的泥浆。6. 土钉支护是边开挖边支护，流水作业，不占独立工期，施工快捷。7. 工程造价低，经济效益好，国内外资料表明，土钉支护的工程造价能够比其 它支护低1/21/3。8. 容易实现动态设计和信息化施工。2.1.3土钉支护的适用范围土钉支护适用于：地下水位以上或经人工降水措施后的杂填土、普通粘土或 弱胶结的砂土的基坑支护或边坡加固。一般可用于标准贯入基数N

3、值在5以上 的砂质土与N值在3以上的粘性土。单独的土钉墙宜用于深度不大于 12m 的基坑支护或边坡维护，当土钉墙与 放坡开挖、土层锚杆联合使用时，深度可以进一步加大。土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂岩、砂砾卵石层和淤泥质土。不得用于 没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。2.1.4土钉的作用机理土钉在复合土体中有个整体以下几种作用机理：1. 箍束骨架作用：该作用是由于土钉本身的刚度和强度，以及它在土体内分布 的空间所决定的。它在复合土体中起骨架作用，使复合土体构成一个整体， 从而约束土体的变形和破坏。2. 分担作用：在复合土体内，土钉与土体共同承担外荷载和自重应力，土钉起 着分担作用。由于土钉有很

4、高的抗拉、抗剪强度和土体无法相比的抗弯刚度， 所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体发生开裂后，土 钉的分担作用更为突出，这时土钉内出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导 致土钉中的浆体碎裂、钢筋屈服。土钉墙之所以能够延迟塑性变形，并表现 出渐进性开裂，与土钉的分担作用是密切相关的。3. 应力传递与扩散作用：当荷载增加到一定程度，边坡表面和内部裂缝已发展 到一定宽度，边坡应力达最大。此时，下部土钉位于滑裂区域以外土体中的 部分仍然能够提供较大的抗力。土钉通过它的应力传递作用可将滑裂区域内 的应力传递到后面稳定的土体中，分布在较大范围的土体内，降低应力集中 程度。4. 对坡面变形的约束

5、作用：在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝 土面板使发挥土钉有效作用的重要组成部分。喷射混凝土面板对坡面变形起 到约束作用，面板的约束力取决于土钉表面与土之间的摩阻力，当复合土体 开裂面区域扩大并连成片时，摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合土体。2.1.5 土钉支护设计1. 确定土钉墙结构尺寸 （1）在初步设计时，应先根据基坑环境条件和工程地质资料，确定土钉墙的适 用性，然后确定土钉墙的结构尺寸，土钉墙高度由工程开挖深度决定，开挖面坡 度可取6090,在条件许可时，尽可能降低坡面坡度。（2）土钉墙均是分层分段施工，每层开挖的最大高度取决于该土体可以自然站 立而不破坏的能力。在砂性土中，

6、每层开挖高度一般为0.52.0m，在粘性土中 可以增大一些。开挖高度一般与土钉竖向间距相同，常用1.01.5m ；每层单次 开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，一般 多用 10m 长。2. 参数设计 土钉参数设计主要包括土钉长度、间距、布置、孔径和钢筋直径等。（1）土钉长度在实际工程中，土钉长度L常采用坡面垂直高度H的60%70%。土钉一般 下斜，与水平面的夹角宜为 520。研究表明：对钻孔注浆型土钉，用于粒状 土陡坡加固时，L/H 般为0.50.8；对打入型土钉，用于加固粒状土陡坡时， 其长度比一般为0.50.6.99规程要求L/H 一般为0.51.2。其实，在

7、只有饱和 软土中才会取L/H大于1。（2）土钉直径及间距土钉直径D 一般由施工方法确定。打入的钢筋土钉一般为1632mm，常是 25mm，打入钢管一般是50mm；人工成孔时，孔径一般为70120mm,机械成孔时， 孔径一般为 100150mm。土钉间距包括水平间距（列距）S和垂直间距（行距）S，其数值对土钉 xy墙的整体作用效果有重要影响，大小宜为12m。对于钻孔注浆土钉，可按6 12倍土钉直径D选定土钉行距和列距，且宜满足：S S 二 K D Lxy式中：K注浆工艺系数，一次压力注浆，K=1.52.5；D、L土钉直径和长度，m；S 、 S 土钉水平间距和垂直间距， m。xy2.2 支护方案选

8、择本工程场区土层在水平方向的分布比较均匀，成层性好，无软弱土层存在， 建筑场地的地基土为均匀地基。基坑开挖深度位于地下水位以上，不需考虑降水 和护坡措施，符合土钉墙支护条件，故选择土钉墙作为基坑支护方式。2.3北面土钉墙计算2.3.1土压力计算及土钉布置由设计任务书得基坑开挖深度为7m,建筑物6层，每层荷载取12Kpa，距基 坑4m,则总荷载为12X6=72Kpa,建筑物每层3m共18m，根据规范取基坑深 为地面下1m,按条形基础扩散，则在基坑深度为5m处有影响，具体如图所示,=27 Kpa厂 b(p -c )10(72-18x 1)P = k cd =b + 2 z tan 910 + 2

9、x 5tan45ob 条形基础宽取10mPk总的荷载标准值Z基底至软弱下卧层距离P 扩散后荷载c 基底自重应力值 cd1.主动土压力计算E =(q +丫 h)K - 2cJKaaaq地面荷载(kN )；Y 土的重度(kNm3 )；c一土层粘聚力(kPa)K 主动土压力系数，K = tan2(450 -),申为土层内摩擦角。a a 2Ea(1 1)= -2X 8X 0.839=-13.42(kPa)Ea(1 2)=(18.0X 2.1)X 0.704-2X 8X 0.839=13.19(kPa)Ea(2 1)=(18.0X 2.1)X 0.49-2X 8X 0.7=7.32(kPa)Ea(2 2

10、)=(18.0X 2.1+20.81X 2.0)X 0.49-2X 8X 0.7=27.72(kPa)Ea(3 1)=(18.0X 2.1+20.81X 2.0)X 0.438-2X 9X 0.662=22.87(kPa)荷载影响处 Ea；(3 2)=(21X 0.9+18.0X 2.1+20.81X 2.0)X 0.438-2X 9X 0.662=31.15(kPa)荷载影响处 Ea；(31)=(27+18.0X2.1+20.81X2.0+21.00X0.9)X0.4382X9X 0.662=42.97(kPa)Ea(3 2)=( 27+18.0X2.1+20.81X2.0+21.00X3.

11、2)X0.4382X9X0.662 =64.13(kPa)2.土钉参数及布置土钉墙水平倾角为73.3o，即按1：0.3放坡，土钉与水平面的倾角取15o，土钉竖直间距取s = 1.2m，水平间距取s = 1.2m，机械成孔，取孔径130 mm。具体yx见图 2.2 土钉处主动土压力计算： 第1 点最大主动土压力 根据公式：e =(q +丫h)K -2caaae = 18 X 1.2 X 0.7042 X 8 X 1.20.839=1.78(kPa)e =(18.0X2.1+20.81X0.3)X0.72X8X0.49=22.99(kPa)2.4e =(18.0X2.1+20.81X1.5)X0.

12、72X8X0.49=40.47(kPa)3.6e =(18.0X2.1+20.81X2.0+21X0.7)X0.4382X9X0.662=29.3(kPa)4.8e =(27+18.0X2.1+20.81X2.0+21X1.9)X0.4382X9X0.662=52.17(kPa) 6.02.3.2土钉设计1.折减系数计算g = tan1tan P0 土钉墙坡面与水平面夹角，为73.30 (坡度1:0.3)。15.310 x 2.1+ 20 x 2 + 23 x 32 + 24 x 8 =辺矽g _ tan(=12tan73.3 +10 tan73.3/tan2(45 - 21.35) 0.62

13、 x 0.820.47二 1.08g _ tan(7422tan733 + 2_tan莎/ tan2 (45 - 21.35) 0.5 x 0.640.47二 0.68g _ tan(2332173.3 + 23 tantan 73.3/tan2(45 - 21.35) 0.47 x 0.60.47二 0.6g _ tan(733-4)42tan733 + 24 -tan冠/ tan2 (45 - 21.35) 0.46 x 0.580.47二 0.582.受拉荷载标准值计算T _ ge s s / cos aai x y其中： g 荷载折减系数e 第 i 个土钉位置处的基坑水平荷载标准值，（

14、 kPa ）； aiS、S -土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距，（m）； xya -土钉与水平面的夹角。T _g e s s /coas1 1 a 1 x y= 1.08X 1.78X 1.2X 1.2/cosl5o=2.87T e s s /co Gt2 2 a 2 x y=0.68X22.99X1.2X1.2/cosl5o=23.3T =g e s s /co G3 3 a 3 x y=0.68X40.47X1.2X1.2/cosl5o=41.03T =g e s s /co &4 4 a 4 x y=0.6X29.3X1.2X1.2/cosl5o=26.2T =g e s s /co

15、G5 5 a 5 x y =O.6X52.17X1.2X1.2/cosl5o=46.673. 土钉受拉承载力设计值计算土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：T 二 1.25丫 Tuj 0 j其中：T 第i根土钉受拉荷载标准值，(kN)；iT -第 i 根土钉受拉承载力设计值，( kN) ujY -基坑侧壁重要性系数，取1.0。0T 二 1.25y T 二 1.25 x 1.0 x 2.87 二 3.59kNu10 1T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 23.3 二 29.125kNu 20 2T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 41.03 二 51.29kNu 30 3T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 26.2 二 32.75kNu 40 4T 二 1.25丫 T