基坑土钉支护设计计算.docx

基坑土钉支护设计计算概述1. 土钉支护的概念土钉支护是近年来进展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种型 挡土构造，它由被加固土、存放于原位土体中的瘦长金属杆件土钉 及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个格外类似重力式墙的挡土 墙。以此来抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使开挖坡面均 衡。土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，也可通过直接打入较粗的或型钢形成土钉。土钉沿通长沉降与四周土体接触，仰仗接触磨细界面上的黏结摩阻力，与其四周锚定土体构筑复合土体，土钉在土体炸裂变形的条件下被动受力，并主要通过其受拉工作对土体进展加固。而土钉之间变形则通过面板通常为配筋喷射混凝土予以约束。其典型构造如图 3-21 所示。2. 土钉支护的进展现代土钉技术是从 20 世纪 70 年月消灭的。德国、法国和美国在几乎同一时期各自独立地开头了土钉墙的争论和纳米技术。消灭这种状况并非偶然，由于土钉在很多方面与隧道奥法施工类似，可视为看做是奥刑事法概念的延长。20 世纪 60 年月初期消灭的奥法，紧固承受喷射混凝土和黏结型锚杆相结合的演算法，能快速掌握隧道变形并并使之稳定，特别 70 年月及稍后的时间内，在德国法兰克福及纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功，对土钉墙的消灭产生了乐观的影响。此外 20 世纪 60 年月进展起来的加筋土技术对土钉墙技术的萌生肯定也有肯定的推动示范作用。1972 年法国首先在工程应用软件中会应用土钉墙技术。该工程为凡尔赛四周的一处地铁路堑的边坡法国政府开挖工程，这是有具体记录建设工程的第一个土钉墙工程。美国最早应用土钉墙在1974 年。一项知名的建设工程是匹茨堡PPG 工业总部的深基开凿。德国于 1979 年首先在建筑了第一个永久土钉工程高 14m。并进展了长达 10 年的工程测量，获得了很多有价值的数据。我国应用土钉的首例工程可能是 1980 年将土钉用于山西柳弯煤矿的边坡稳定。近年来，各地的基坑工程开头较广泛地应用土钉墙支护。与国外相比，我国在进展土钉墙技术上全部一些独特的成就。如1土钉墙与土层预应力锚杆索相结合，成功地解决了深达17m 的垂直开挖工程的稳定性问题。2进展了洛阳铲成孔这种简便、经济的施工方法。3对可怕脆弱地层地下水位以下的桩基工程，进展了土钉墙支护的探究，并取得了初步阅历。3. 土钉分类土钉主要可分为钻孔注浆土钉与打入式两类。钻孔注浆土钉，是尤为常用的土钉类型。即先在土中钻孔，置入钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置，有足够多的浆体保护层，需沿钉长每隔 23m 设对中支架。土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋桩基喷射混凝土面层相连，在注浆体硬结后用扳手拧紧螺母使在钉中产生约为土钉设计拉力 10%左右的预应力。打入土钉，是在土体中直接打入角钢、圆钢或钢筋等，不再注浆。由于打入式土钉与土体间旧式的黏结摩阻强度低，钉长又受限制，所 以布置较密，可用人力或形变冲击钻、液压锤等机具打入。打入钉的 优点是不需预先钻孔，施工速度快但不适用栽砾石土和密实胶结土， 也不适用于效劳年限大于两年的支护工程。近年来国内开发了一种打入注浆式土钉，它是直接将带孔的钢管打入土中，然后高压科孔形成土钉，这种土钉特别适用于成孔困难的砂层和脆弱土层，具有较好的应用前景。4. 土钉支护的特点与其他支护类型相比，土钉墙具有以下一些特点或优点（1） 能合理利用土体节理的自承力量，将土体作为支护构造不行分割的构造设计局部;（2） 构造轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性;（3） 施工设备简洁，土钉的制作与成孔不需简单的技术和大型机具，土钉施工的全部作业对四周环境干扰小;（4） 施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小，放坡困难，有相邻低层建筑或堆放材料，大型进场护坡施工设备不能进场，该技术显示出独特的优越性;（5） 有利于依据现场监测的变形数据，准时调整土钉长度和间距。一旦觉察特别不良状况，能马上选用相应加固措施，避开消灭大的的事故，因此能不断提高工程的安全牢靠性;（6） 工程造价低，据国内外资料分析，土钉墙工程造价比其他类型的工程造价低 1/31/2 左右。5. 土钉支护的适用于条件土钉支护适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、黏性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固。土钉支护宜浅层用于深度不大于 12m 的基坑支护或边坡维护，当土钉支护与极为有限放坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加。土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土。一般认为，土钉支护不适用于没有自稳力量的和饱和脆弱土层。土钉支护作用机理土体的抗剪强度较低，抗拉强度几乎可以无视，但土体具有肯定的整体构造，当开挖基坑时，土体存在使边坡保持直立的临界高度， 当超过这一深度或者在地面超载及其他因素下，将发生突发性整体破坏。所承受的的支挡构造均基干被动制约机制，即以支挡构造自身的强度和刚度，承受其后的侧向土双重压力，防止土体中长期稳定性破坏。土钉支护则是由在土体内放置肯定长度和密度的土钉体构成的。 土钉与土共同工作，形成了能大大提高节理原状土强度和刚度的复合 土体，土钉的作用是基于这种主动加固的机制。土钉与土的相互作用， 还能转变严峻破坏小丘的变形与破坏形态，总体而言提高了土坡的山 岗整体稳定性。试验说明直立的土钉支护在块石坡顶的承载力量约比素土墙提高一倍以上见图 3-22。更为重要的是，土钉支护突发性受荷载过程中不会发生素土边坡那样在的塌滑见图 3-23。它不仅推迟转型了塑性变形进展阶段，而目明显地呈现出渐进变形与开裂破坏迥然不同渐进式目逐步扩展的现象，直至丧失承受更大荷载的力量，仍不想发生整体性塌滑。土钉在复合土体中的作用可概括为以下几点（1） 箍束骨架作用该作用是由土钉本身的刚度和强度以及在土体内的分布空间所打算的。它具有制约岩体土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。（2） 分担作用在复合土体内，土钉与土体共同作用承扣外部荷载和土体自重应力。由于土钉较高的抗拉、抗剪强度以及土体无法比较的抗弯刚度，所以当土体此后进入塑性状态后，应力渐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，这时土钉内消灭明显弯剪、拉剪等复合应力，从而引致导致土钉体中浆体碎裂，钢筋屈服。复合土体塑性变形延迟及渐进性开裂变形的消灭与土钉分担作用亲热相关。（3） 应力传递与集中作用;在同等荷载作用下让，由土钉回填的土体内的比素土边坡土体内的应变大大降低，从而推迟了开裂的形成与进展。（4） 坡面变形的约束作用在坡面上设置的与土钉连成一体的钢筋混凝土面板是发挥有效作用的格外重要组成局部。坡面鼓胀变形此时开挖卸荷、土体侧向变位以及塑性变形和开裂进展的必定结果，限制坡面鼓胀能起到抑制内部塑性变形，加强边界约束作用，这对熔体抖动开裂变形阶段尤为重要。土钉支护设计计算土钉支护工程设计应主要包括以下内容（1） 初步选定土钉支护构造尺寸支护高度、放坡级数、各级放坡坡度、平台宽度、土钉皮数等与分段施工阔度与高度;（2） 可行性争论选定各层土钉的长度、间距、倾角、孔径、钢筋直径等;3土钉抗拔与抗拉承载力验算;4土钉支护内部稳定性验算;5土钉支护如前所述稳定性验算;6面层设计验算。1. 初步选定土钉支护外形尺寸构造尺寸土钉支护适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土，黏性土和弱二氧化硅砂土的基坑支护，基坑高度以 512m 为宜，所以在初步设计之时，先依据基坑环境条件和工程地质资料，全都同意土钉支护的适用性，然后确定土钉支护的构造尺寸，土钉支护高度由工程开挖深度打算，开挖面坡度可取 60°90°，在条件许可时，尽可能降低顺向坡度。土钉支护均是分层分段施工，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的力量。在砂性土中，四边开挖高度一般为0.5 2.0m，在接触面土中可以增大一些。开挖回填高度一般与土钉竖向间距一样，常用 1.01.5m第一层开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互连接，一般多用 10m 长。2. 初步选定各层土钉相位依据土钉支护构造尺寸和工程地质条件，进展土钉的主要参数设计，包括土钉长度、间距及倾角、孔径和脚手架直径等。1土钉长度在实际工程中，土钉长度一般不超过土坡的垂直高度，试验说明， 对高度小于 12m 的山腰土坡承受一样的施工工艺，在同类土质条件下， 当土钉厚度长度到达垂直高度时，再增加其长度对承载力的提高不明显另外，土钉越长，施工难度越大，单位阔度费用越高，所以选择土钉长度是综合留意技术、经济和施工难易阈值程度后的结果。Schlosser1982认为，当土坡倾斜时，倾斜面使斜向土压力降低， 这就能使土钉的长度比垂直加筋土挡墙拉筋的长度长。因此，土钉的长度常承受约为坡面垂直高度的 60%70%。Bruce 和 Jewell1987 通过对十几项土钉工程分析说明;对钻孔注浆型土钉，使用粒状土陡坡 加固时，其长度比土钉间距与坡面垂直高度之比般为0.50.8;对打入型土钉。用干加固粒状土陡坡此时，其长度比一般为 0.50.6。6.面层设计面层的工作原理是土钉设计中最不清楚的问题之一，现在已积存 了一些喷射混凝土面层所受土压力的实测资料，但是，甑测出的土财 务压力明显与面层的刚度有关。北美对面层的设计方法有澳洲很多种， 而且差异极为相差悬殊，一些临时支护的面层往往不做计算，仅按构 造规定肯定厚度的网喷混凝土，据说还没有觉察面层消灭破坏的工程 事故，大型在国外所作的较弱数量的大型足尺试验中，也仅觉察在故 意不做钢筋网片搭接的喷射混凝土面层才消灭了问题。面层设计计算 中有两种极端，一种是认为面层只承受土钉竖向间距S，范围内的局部土压，取 12 倍的S、作为高度来确定主动土压力并以此作为面层所受的土压力。另元件一个极端则将面层作为构造的主要受力部件，受到 的土压力与锚杆吊装中的面部外墙墙体桩一样。较为合理的运算 是将面积S，S，上的面层土压合力取为该处土钉最大拉力的一局部。德国有的工程按 85%主动土压力设计永久支护面层，但也认为实际量测数据并没有这样多，而且土钉之间的土体起拱作用尚可造成墙面土压力降低。法国Clouterre 争论工程得出的结论是面层荷载合力一般不超过土钉最大拉力的 30%40%。为了限制土钉间距不要过大.，他们建议面层设计土压取为土钉中最大拉力的 60%间距 1m到 100%间距3m。需要指出的是这些比值只适用于自重作用下的状况。面层在土压力作用下受弯，其计算验算可取为以土钉为支点的连续板下进展内力分析并模型抗弯强度和所需配筋率。另外，土钉与面层连接处要作抗剪验算和局部承压验算。