土钉墙支护结构设计优化与施工的研究_周华.docx

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1、分类号 密级.UDC 昆明理工大学专业硕士学位论文土钉墙支护结构设计优化与施工的研究研宄生姓名周华指导教师姓名、职称杜葵教授学科专业工程管理研究方 向项目管理论文工 作起止日期2013年09月2015年4月 论文提交日期2015年4月A Dissertation Presented to Kunming University of Science and Technology forMaster Degree of EngineeringResearch on Design Optimization and Construction of SoUNail Supporting Structur

2、ePostgraduate: Zhou Hua Supervisor: Prof.Du Kui Major: Master of Engineering ManagementFaculty of Civil EngineeringKunming University of Science and TechnologyApril 2015一遵守学术行为规范承诺本人已熟知并愿意自觉遵守昆明理工大学研究生学术规范实施细则（试 行）的所有内容，承诺所提交的毕业和学位论文是终稿，不存在学术不端 行为，且论文的纸质版与电子版内容完全一致。二独创性声明本人声明所提交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及

3、取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得昆明理工大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。-附件二学位论文使用授权书本论文作者完全了解学校关于保存、使用学位论文的管理办法及规 定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权昆明理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入学校有关数据库和收录到中国博士/优秀硕士学位 论文全文数据

4、库进行信息服务，也可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存或汇编本学位论文。注：保密学位论文，在解密后适用于本授权书。作者签名：一+导师签名：年月日年月日学院： 学号专业：学位论文出版授权书我同意将本人学位论文著作权中的数字化复制权、发行权、汇编权和信 息网络传播权的专有使用权在全世界范围内授予中国学术期刊（光盘版）电 子杂志社（下简称“杂志社”)，同意其在中国优秀博硕士学位论文全文数 据库和CNKI系列数据库中出版，未经杂志社书面许可，我不再授权他人 以数字化形式出版本文。我同意中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版 章程规定享受相关权益。如有任何第三方未经杂志社许可使用本人论文，杂志社应追究

5、其法律责 任，诉讼的全部费甩由杂志社承担。胜诉后，由杂志社与本人按5: 5的比 例分配所获赔偿金。作者签名：择辟年丄月日学位论文作者信息论文题目 if姓 名辦学号协(IU 答辩曰期 而领/fe论文级别博士口 硕士0院/系/所土木工程学院专 业联系电话E-mail通信地址(邮编)：备注：公开保密（_年_月至_年_月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）联系电话：010-62791951 62793176 62790693 传真：010-62791814通信地址：北京清华大学邮局84-48信箱采编中心邮编：100084昆明理工大学硕士学位论文摘要随着城市建设的发展，高层建筑越来越多，伴随着高层建

6、筑出现了越来越多的基坑工 程，土钉支护结构具有施工方便、对邻近建筑物影响小、支护费用低等特点，是具有广阔 应用前景的支护方法之一。然而，由于复杂的地质情况、设计方案考虑不周、施工管理及 监测不当等方面的原因，这种支护方法经常会发生边坡塌方的事故。不仅会延误工期，而 且会导致重大经济损失和不良的社会影响。因此，土钉墙支护结构成为基坑支护工程中的 难点之一。本文的研究内容如下：(1) 综述土钉墙支护结构的研究背景和国内外研宄现状，提出技术路线。(2) 对土钉墙支护结构的技术特点、作用机理和变形特性进行概述。(3) 以昆明某基坑工程中的土钉墙支护结构作为案例，首先，介绍了工程概况，然 后，对土钌墙支

7、护结构的原设计方案进行分析，如内部稳定性分析和外部整体稳定性分析 等，在此基础上进行土钉墙支护结构的设计优化，将土坡倾角、土钉长度、土钉钢筋的直 径、土钉竖向间距和水平间距作为优化对象，在保证安全的前提下，以单位长度土钌墙支 护结构材料造价作为最终目标，从而得到安全且经济的设计方案。(4) 针对该土钌墙支护结构案例，对其施工方案进行分析，并解决了施工中存在的 问题，提出相应的处理措施。本文研宄的方法：采用建立BP神经网络，对基坑支护工程的结构稳定性进行深入的分 析，并举实例进行了设计和优化（主要针对土钉墙支护结构的整体稳定性安全系数和抗隆 起稳定性安全系数作为优化约束条件)，得到了保证安全性条

8、件下的最优设计方案。研宄的目标：通过对基坑支护工程优化设计结果，作为技术指导项目，进行经济、安 全、合理的施工。关键词.基坑工程；土钉墙支护结构；设计；优化；施工;IABSTRACT昆明理工大学硕士学位论文With the development of urban construction developed, more and more high-rise buildings are founded more and more of the foundation pit engineering, soil nail structure has the develop-ments of con

9、venient construction, small impact on the adjacent building, supporting cost low characteristic, is one of the supporting method has wide application prospect. However, due to the complex geology thoughtless, design, construction management and monitoring for reasons, this support method is often sl

10、ope collapse accidents will happen. Will not only delay the construction period, but also cause great economic losses and adverse social impact. Therefore, soil nailing wall retaining structure has become one of the hot and difficult problems in the current foundation pit engineering.In this paper,

11、the research content is as follows:(1) This paper reviews the research background of soil nail wall supporting structure and the research status at home and abroad, put forward the technical route.(2) The technical characteristics of soil nail wall supporting structure, mechanism and deformation cha

12、racteristics are summarized.(3) A foundation pit engineering in kunming in the soil nailing wall retaining structure is analyzed as a case, first of all, this paper introduces the engineering general situation, then, the original design of soil nailing wall supporting structure is analyzed, such as

13、external and internal stability analysis of the overall stability analysis, on this basis for the design of soil nailing wall retaining structure optimization, the slope Angle, the length of soil nail, distance between the soil nail vertical and horizontal spacing as optimization object, on the prem

14、ise of security, to the unit length of soil nail wall supporting structure material cost as the ultimate goal, so as to obtain the safe and economic design scheme.(4) For the soil nailing wall supporting structure case, analyzes its construction scheme, and analyzes the problems existing in the cons

15、truction and handling measures.in this paper, we study the methods to establish the BP neural network, the structure of foundation pit supporting engineering stability is analyzed，and examples for design and optimization (mainly aims at the overall stability of soil nailing wall retaining structure

16、safety coefficient and resistance to uplift stability safety coefficient as the optimization constraints), was obtained under the condition of guarantee the safety of the optimal design scheme.Research goal: through the optimized design of foundation pit supporting project as a result,III昆明理工大学硕士学位论

17、文as a technical guidance project, economic, security, reasonable construction.Keywords s Foundation pit engineering; Soil nailing supporting structure; Design; Optimization; Construction;IV ISTRACTIHMiM ii.i研宄的背景与意义11.2国内外研究现状21.2.1常见支护结构及结构选型原则21.2.2 土钉墙支护结构的国外研究现状41.2.3 土钉墙支护结构的国内研究现状 51.2.4本文研宄目标

18、71.3本文研宄内容和技术路线71.3.1本文研究内容71.3.2技术路线图8第2章 土钉墙支护结构概述112.1 土钉墙支护结构的构造112.1.1 土钉112.1.2挂网面层122.1.3 排水122.2 土钉墙支护结构的特点122.3 土钉墙支护结构的作用机理142.4 土钉墙支护结构的变形特征152.5小结16第3章 土钉墙支护结构的设计及其优化173.1工程概况173丄1工程简介173.1.2工程地质与水文概况173.1.3工程设计参数的选取193.1.4工程设计依据与设计原则203.2 土钉墙支护结构原设计方案计算分析213.2.1原设计方案概述213.2.2 土钉墙支护结构稳定性

19、分析相关理论233_2.3原设计方案计算分析253.3 土钉墙支护结构设计优化273.3.1优化理论概述273.3.2设计方案优化333.4 38第4章 土钉墙优化后的处理措施414.1施工顺序414.2深层搅拌粧（止水桩）施工414.3 土方开挖414.4 土钉施工424.5挂网面层43目录昆明理工大学硕士学位论文4.6注意事项434.7施工过程可能出现的问题及其处理措施434.8施工监测454.9小结47第5章结论与展望495.1主要结论495.2研宄展望50It 51参考文献53VI第章绪论第1章绪论1.1研究的背景与意义由于国家城市建设高速发展，高层或是超高层建筑逐渐增多，伴随着这些建

20、筑的出现， 基坑工程越来越多。由于施工方便、对工程周围环境或建筑物影响较小、结构造价低等特 点，土钉墙支护技术是一种具有广阔应用前景的支护方法。然而，由于地质情况越来越复 杂、设计方考虑不详细、施工管理及监测不当等方面的原因，这种支护结构经常会发生边 坡失稳的事故，不仅会延误工期，而且导致重大经济损失和不良的社会影响。因此，土钉 墙支护结构已成为当前基坑工程中的热点和难点问题之一。基坑支护结构的目的是为了满足地下工程的施工要求和防止基坑周边环境或建筑物 发生损坏，从而对基坑侧壁进行支挡、加固或保护。在基坑支护工程中，为了达到技术与 经济相协调，保证基坑侧壁、基坑周边建筑物、道路、地下管线设施等

21、安全，需要综合考 虑施工项目所在地的工程地质条件、水文地质条件、地下室边线、基坑开挖深度、周边环 境、坑边荷载、降排水措施、支护结构使用期限和气候等因素，进而合理的选择支护结构 形式。由于支护结构在安全、经济、工期等方面要求的提高，支护技术不断发展。在实际工 程中，支护结构形式变得越来越多。在基坑支护工程中，支护结构的形式主要包括：（1) 各种成粧工艺的悬臂护坡粧或地下连续墙、护坡桩或地下连续墙与锚杆组成的粧墙+锚杆 结构；（2)护坡桩或地下连续墙与钢筋混凝土或钢材支撑组成的粧墙+内支撑结构、环形 内支撑粧墙结构；（3) 土钉+喷射混凝土支护结构；（4) 土钉墙+搅拌粧或旋喷桩支护结构；(5)

22、 土钉墙+微型粧支护结构；（6)搅拌桩或旋喷桩形成的水泥土重力挡墙、逆作拱墙； (7) SMW工法桩支护结构等。土钉墙支护技术是一种土体加筋技术，将土钉按照适当的间距植入到原位土体中，将 土钉、面层和其他周围土体共同作为支护结构，可以看作为重力式挡土墙1。土钉材料包 括很多种，如可用钢筋、钢管、角钢等，一般情况下，外裹水泥砂浆或水泥净浆体沿通长 与土体相结合，以群体作用与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的情况下，通过 与土体接触面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并通过受拉给土体约束使其减少变 形并保持稳定2:。土钉的设置方向与土体可能发生的主拉应变方向大体一致，通常接近水 平方向并向

23、下呈一定的倾角。在土钉施工过程中，需要遵守边挖边支护的原则。锚杆是与 土钉对应的支护构件，从表面上看，二者有类似之处，但其工作机理不同。锚杆沿全长分 为自由段和锚固段，在支护结构中，锚杆一般认为是粧或墙等挡土结构的支点，从而使作昆明理工大学硕士学位论文用于挡土结构上的土压力沿着自由段和锚固段传到深部土体。除锚固段外，在自由段内， 锚杆在该长度上拉力大小限相同；但土钉整个长度上所受的拉力一般呈中间大，两端小的 规律。一般情况下，锚杆需要预加拉应力，而土钉只有在土体发生变形后才能被动承受拉 应力。另外，在支护结构中，锚杆间距较大，数量较少，而土钉则间距较小，排列紧密， 故数量较多，并且在施工精度和

24、质量上，土钉没有锚杆要求严格。在土钉墙支护结构中， 喷射混凝土面层不是挡土构件，其主要作用是使开挖面上的局部土体稳定，防止土体崩落。1.2国内外研究现状1.2.1常见支护结构及结构选型原则目前，在基坑工程中，针对不同地质条件下，常见的基坑工程支护结构类型和支护结 构选型原则包括：(1) 放坡开挖适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，对位移控制没有严格要求， 造价低，但是挖填土方量较大。(2) 水泥土深层搅拌桩挡墙支护结构水泥土深层搅拌桩挡墙是将已经拌合好的水泥浆液通过深层搅拌机在土体中强制搅 拌，使土和水泥浆融合在一起，每根桩相互搭接，形成水泥土挡墙。水泥土深层搅拌粧挡 墙的优势：

25、基坑内不进行混凝土或钢支撑施工，使用机械开挖土方，施工速度快；这种挡 墙既可以挡土，又可以作为止水桩，具有双重功能；施工和材料费用低；在施工过程中， 不会产生噪音或振动，同时也不会发生污染或是挤土效应，适用于在人口密集的区域施工。 水泥土深层搅拌粧挡墙的劣势：基坑水平位移相对较大；挡墙厚度较大，当建筑红线和基 坑周围环境不允许时，不能使用，防止水泥土深层搅拌粧挡墙施工时对基坑周围环境的影 响。(3) 高压旋喷桩挡墙支护结构高压旋喷桩挡墙也是将水泥衆通过高压旋转喷嘴注入土体中，水泥裝液与土体混合， 从而形成水泥土加固体，通过使每根粧相互搭接形成挡墙，既可以用于挡土又可以挡水。 与水泥土深层撹拌桩

26、相比，高压旋喷粧挡墙的造价相对较高，但是，它的施工设备较小， 占用场地较小，能够在场地内自由活动，并且施工过程中振动小，噪音很小，对周围建筑 物或是周围环境影响较小。髙压旋喷粧挡墙不适用于地下水流速较大的地层、无填充物的 岩溶地段永冻土和腐蚀水泥的土体，主要是因为喷射出的水泥楽液无不能在上述土层中凝 固。2第1章绪论(4) 槽钢钢板桩支护结构槽钢钢板桩支护结构是一种简易的围护墙，主要是通过槽钢搭接形成。槽钢的长度为 6m到8m之间，槽钢型号通过设计计算确定。槽钢钢板粧支护结构特点为：耐久性较好， 当基坑工程施工完毕回填土后，可以拔出槽钢，进行回收再使用；施工简便，施工速度快; 挡水效果不好，并

27、且不能阻挡土中的细小颗粒，在地下水位高的场地内，需采取隔水或降 水措施；抗弯刚度小，主要用于基坑深度较小的工程，必要时，需要设置锚索或是支撑， 否则，开挖后，水平位移较大。(5) 钢筋混凝土板桩挡墙支护结构钢筋混凝土板粧挡墙的特点施工简便、施工速度快、工期短等，但是，一般情况下， 在施工钢筋混凝土板粧时采用锤击方法，振动大且噪音大，并且会发生较为严重挤土效应， 一般不在城市中使用。除此之外，一般情况下，钢筋混凝土板桩在预制工厂制作，然后运 到现场，与灌注粧相比，费用较高。由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根 据需要设计，目前，厚度较大的板粧可以制作，再加上液压静力沉粧设备的发展，故提

28、高 了这种支护形式在基坑工程中使用次数。(6) 钻孔灌注桩挡墙支护结构钻孔灌注桩挡墙是应用最多的一种排桩式挡墙，应用较为广泛，可用于基坑深度815m 的基坑，当场地内土质较好时，可以用作9m的悬臂挡墙。钻孔灌注桩挡墙的优点：在施 工过程中，对周围环境影响小，没有震动、噪音或是挤土效应；强度和刚度大，水平位移 较小，稳定性好；当将灌注桩用为工程粧时，支护粧和工程粧可以同时施工，方便组织施 工，缩短工期；粧间缝隙易造成水土流失，特别时在高水位软粘质地区，需根据工程条件 采取注浆、水泥搅拌粧、旋喷粧等施工措施以解决挡水问题；适用于粘土和砂土地层区域， 但是很难应用于砂砾层和卵石层；由于桩与桩之间是通

29、过粧项冠梁和腰梁连接的，这种支 护结构的整体性较差，在重要地区、特殊工程或是开挖深度很大的基坑工程中，应当慎重 使用。(7) 地下连续墙支护结构般情况下，地下连续墙的厚度取值600mm、800mm、1000mm和1200mm。地下连 续墙的特点是刚度大，变形小，止水好，适用性强，可以应用于地质条件差、坑深较大、 周边环境复杂的基坑，地下连续墙的缺点是造价高，施工要求高。(8) 土钉墙支护结构土钉墙支护结构是一种用于土坡稳定的支护结构，通过土钌的抗拉作用和面层的约束 作用来提高土坡的稳定性。我国华北和华东北部地区应用土钉墙较为广泛，主要因为这些3昆明理工大学硕士学位论文的土质较好地区，可用于坑深

30、10m以上的基坑工程。土钉墙支护结构的优点：安全可靠、 施工简便、工期短、造价低。(9)SMW工法桩支护结构SMW工法粧支护结构是在水泥土桩内插入H型钢，提高水泥土粧的刚度，既可以承 受荷载又可以止水。SMW工法桩支护结构的特点：在施工过程中，无噪音，振动小，挤 土效应小，对周围环境影响小：结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使 用，适用于粘土和粉细砂土层；止水效果好；可以与混凝土支撑或是钢管支撑配合用于深 基坑支护；通过对支护结构中H型钢进行回收，从而大大降低造价。基坑支护结构是一种特殊结构，支护形式很多，功能很多。每一种支护结构都有各自 的适用条件，适应于不同的工程地质。因此，

31、在基坑工程支护结构设计时，需要因地制宜， 具体问题具体分析，在保证安全的前提下，选择经济合理的支护形式。1.2.2 土钉墙支护结构的国外研究现状土钉墙支护结构技术的开发最早源于法国_9。这种支护结构是一种在被加固土体加筋 的结构，将具有一定强度的细长杆件打入被加固的土体内，再注入水泥砂浆，然后在坡面 上挂钢筋网，喷射混凝土面层，与被加固土体共同受力，克服了土体抗拉强度和抗剪强度 低的弱点，从而提高土坡坡体的稳定性。1972年，根据新奥法施工的经验，法国最早应用于边坡稳定性，在凡尔赛附近铁路路 基的边坡开挖工程中，采用了喷砼面层并在土体中放置钢筋作为临时支护。德国仅次于法 国，也将应用土钉墙支护

32、结构1974年，美国开始使用土钉墙支护结构近年来，美国联邦公路局积极推广土钉 墙支护结构，应用于公路路基边坡稳定性。1979年，德国在Stuttgart建造了第一个土钉墙支护工程，是一种永久性结构。根据收 集的相关资料，德国将土钉墙挡土结构应用于500多个工程种，其注浆方法各不相同。另 外，在70年代，日本、巴西、澳大利亚等国家也开始应用土钉墙支护结构。1986年，法国投资了 400万美元来开展长达四年的Clouterre计划，参与单位有21个 承包商、政府研宄机构和高校21。这项研宄包括三个大型土钉墙支护结构试验及其相应的 六个现场工程监测。通过研宂，得到主要结论如下： 土钉的拉力沿其长度变

33、化，最大拉力位置不在端部面层处，而是离开面层一定距离， 土钉靠近面层端部的拉力与钉中最大拉力的比值随着往下开挖而降低；土钉在使用阶段主要受拉，土体变形后在土钉中首先出现拉力，只在邻近破坏时，土 钉的抗弯刚度才起作用，使土钉同时受到弯剪，土钉破坏时的弯剪作用对于提高支护承载4第1章绪论能力的贡献甚少，但对防止快速破坏有好处； 开挖刚结束时最下排的土钉拉力很小，但由于土体变形的发展，开挖后三个月测得 的土钉拉力值要比刚结束时增加15%，下排土钉也开始受拉；上部土钉的拉力接近按主动土压力算出的数值，而下部土钉的拉力远小于按主动土压 力算出的数值； 施工工程中每步开挖深度对于支护的稳定至为重要； 土钉

34、墙的最大水平位移和最大竖向位移相当，最大水平位移为开挖深度的0.17% 0.3%,且与设计安全系数的取值密切相关。1990年，在美国加州大学制作了土钉足尺模型叫。1996年，Law. Kim等为了研究超载对土钉支护结构破坏机理的影响，进行了小尺寸 的模型试验，研究的主要变量是土钉的弯曲刚度、抗拉阻力以及所施加的超载大小。为了 有效地估计荷载对破坏机理的影响，进行了无超载破坏试验，当施加超载时，上部土钉逐 渐折断，支护系统破坏，在超载水平较低的情况下，上部土钉的应力状态与不加超载时的 应力状态接近。当超载增加时，上部土钉的等效土压力系数超过静止土压力系数。在超载 作用下，土钉折断点的位置与无超载

35、柔性钉的破坏位置非常的接近。1998年，Kouji进行了 24组加筋边坡的离心机模拟实验，模型墙高200mm，相当于 原型墙高6.0m，施加的初始加速度3g。试验表明：土钉支护总是发生拔出破坏而不是发 生土钉断裂破坏；土钉支护的土体破坏面为对数螺旋面，根据破坏面进行的极限平衡分析 与试验结果吻合较好；对作用在面层上的土压力与按库仑方法计算的结果进行了对比，发 现除墙底外其余比较接近。1.2.3 土钉墙支护结构的国内研宄现状自从1980年我国将土钉用于山西柳湾煤矿边坡工程19后，将土钉支护技术用于深基 坑工程，1990年至今该单位独自完成的土钉墙工程就达300多项，其中多数是失稳基坑抢 险加固的

36、应用，有些也与预应力锚杆联合使用。但总体上来说，土钉墙挡土技术在我国发 展较晚，尚处于起步阶段，应用领域仍较窄。1990年，王步云等22用模型试验研究了土钉在土体中的作用，并用三轴试验研究了土 钉复合体的强度，试验结果表明：土钉在其加强复合土体中起着箍束骨架作用，提高了土 体整体的刚度与稳定性；土钉在超载作用下的变形特征表现为持续的渐进性破坏，即使土 体己经出现剪切和拉裂缝，并且随着超载集度的增加而扩展，但仍可持续很长时间而不发 生整体坍塌。1996年，姜振泉等34进行了土钉支护模型的剪切试验，研究了不同土钉长度和插入角5昆明理工大学硕士学位论文度情况下的补强效果，得出以下结论.只有在稳定土体

37、内具有一定长度时，土钉才能发挥 补强作用；单筋的抗拉补强作用与插筋的密度密切相关，但土钉密度对单筋抗剪补强效果 的影响没有前者显著，单筋的抗剪补强作用主要与材料的抗弯刚度及插筋的长度有关；土 钉抗拉作用所发挥的补强效果比抗剪作用所产生的补强效果显著，但如果土钉具有较高的 抗弯刚度，且没有产生明显的弯曲变形，土钉可产生明显的抗剪补强效果。1998年，俞季民等进行了土钉支护模型试验，通过不同的钉长、插入角度、间距、 砂密度和不同的支护方式下的10组模型试验，探讨土钉支护的工作机理。在试验中发现， 土钉在开始加载时受力最大，随着土体内的应力重分布，土与土钉的分担作用逐渐协调， 土的分担作用增强，土钉

38、所受的应力逐渐减小，并趋于稳定值，中上部的土钉所受的应力 比底层大，土钉所受的最大应力与土钉设置密度之间存在着一种最优的关系，土钉密度过 大或者过小都会使得土钉的最大应力减小；土钉水平设置的效果较倾斜放置要好；对于砂 土而言，大部分位移值在加载的瞬间完成，土钉对侧向位移有较好的限制作用；最大沉降 发生在开挖面处，随着离开开挖面距离的增大，沉降减小。1999年，陈福全等37进行了土钉加固边坡的离心模型试验与分析，试验表明；土钉的 加固作用十分明显，有土钉加固的土坡稳定性明显高于素土坡，素土坡面的的变形是由坡 面逐渐向坡体内部发展的，而设置了加筋体的模型变形就要小很多，整个断面的位移有绕 着临空面

39、旋转的趋势，由于面板的作用，最大的变形并非通常所认为的那样在土钉墙的顶 部。试验还研究了土钉的内力分布：发现加固土体中的土钉处于复杂的应力状态，土体在 垂直方向的不均匀沉降，必然使土钉发生弯曲变形，应力沿着长度分布是不均匀的，在潜 在的坡体破裂面的地方所受的应力是最大的，往两端方向越来越小，因为土钉已经将其所 受的力通过土钌界面摩阻力传给了土体，与被加固的土体形成了一个整体协同作用，起到 了类似于轻型重力式挡土墙的支挡作用。2000年，王强等将土钉墙支护结构应用于南昌铁路医院住院部改造工程，并对深基坑 支护结构的情况进行简要介绍。2003年，张建龙等:通过对某基坑土钉内力及土体位移的现场测试，

40、分析了土钉支护的 内力分布规律和土体位移特征，研究了基坑土钉支护的工作性能，其结果可为理论研究和 相关设计提供资料。2004年，屠毓敏等在论述宁波市区软弱地基特征及基坑支护结构现状的基础上，分析 了采用土钉墙支护结构支护深度6.0 7.0 m软弱基坑的可行性。在镇海炼化工程的超软弱 地基中，用土钌墙来支护深度为6.0m的基坑，并获得成功，开辟了用土钉墙支护宁波软 弱基坑的先例。由于宁波软弱地基的特殊性，应对土钉墙实施过程中可能出现的问题进行6第1章绪论预测和预防。详细地介绍了土钉墙设计施工的经验和教训，并提出了适用于宁波软土基坑 的土钉墙基坑支护型式。2006年，王立峰等对国内外的土钉墙支护结

41、构技术水平进行了研究和分析。在此基础 上，总结了深基坑土钉墙支护结构的基本性状、工作性能和作用机理，指出了目前土钉墙 在理论和设计方面存在和需要解决的的一些问题，对土钉墙的研究提供参考。2009年，魏焕卫等在大量的土钉墙现场实测、模型试验、拉拔试验等资料的基础上， 假定土钉轴力沿土钉轴线呈双抛物线形分布土钉剪应力-位移关系满足理想弹塑性模型以 及土钉面层不受力，推导出钉土相对位移土钉墙坡面侧向变形和被动区土体内沿土钉轴 线任意点土体位移的实用计算公式，给出了多根土钉及分步开挖后土钉坡面侧向位移増量 的计算方法，讨论了本文提出的土钉变形计算方法中主要参数的计算模式，包括土压力、 钉土间剪切变形系

42、数、土钉整体稳定性计算等。2010年，付文光等对土钉墙技术的新进展及前景展望进行了分析，认为土钉墙技术近 40年的发展史可分为三个阶段：在第一阶段诞生及基本成形，第二阶段开始理论指导实践， 目前己进入第三阶段使用与改进阶段。2012年，成峰等认为土钉墙面层土压力对基坑变形及墙体的应力分布有重要影响，特 别是在软弱土地层深基坑中，面层受力较大。在提出有效下滑力概念的前提下，并结合增 量法，对滑楔平衡法进行了改进。2014年，秦会来等针对具体案例，通过Plaxis3D有限元数值模拟，分析研究了土钉 墙底部土体发生地基承载力失稳的破坏模式、破坏荷载以及土钉墙墙底应力分布特点等， 探讨了依据我国相关规

43、程进行土钉墙坑底隆起或地基承载力计算可能存在的问题。2015年，胡渊等通过土钉墙支护技术的室内模型试验研宄，分五种工况来对比纯素 土和土钉墙支护、土钉布置密集和疏松、全长土钉和长短土钉、不同倾角打入下，各种工 况的土压力、土钉的拉力值以及面层位移的变化，总结归纳规律，用以指导工程实践。 1.2.4本文研究目标综合上述国内外研宄现状，得出土钉墙支护中的抗隆起、抗倾覆安全系数分析方面的 研宄欠缺，本文以BP神经网络分析安全系数，优化设计方案。得出一个安全、合理、经 济的优化方案来指导今后的施工工作。1.3本文研究内容和技术路线 1.3.1本文研宄内容(1) 综述土钉墙支护结构的研究背景和国内外研究

44、现状，提出技术路线。7昆明理工大学硕士学位论文(2) 对土钉墙支护结构的技术特点、作用机理和变形特性进行概述。(3) 以昆明某基坑工程中的土钉墙支护结构作为案例进行分析，首先，介绍了工程 概况，然后，对土钉墙支护结构的原设计方案进行分析，如内部稳定性分析和外部整体稳 定性分析等，在此基础上进行土钉墙支护结构的设计优化，将土坡倾角、土钉长度、土钉 钢筋的直径、土钉竖向间距和水平间距作为优化对象，在保证安全的前提下，以单位长度 土钉墙支护结构材料造价作为最终目标，从而得到安全且经济的设计方案=(4) 针对该土钉墙支护结构案例，对其施工方案进行分析，并解决了施工中存在的 问题，提出相应的处理措施。1

45、.3.2技术路线图通过收集土钉墙支护结构的相关文献，对土钉墙支护结构的技术特点、作用机理和变 形特性进行概述.以昆明某基坑工程中的土钉墙支护结构作为案例，对土钉墙支护结构的 原设计方案进行分析，如内部稳定性分析和外部整体稳定性分析等，在此基础上，对该支 护结构的设计进行优化，在保证安全的前提下，以单位长度土钉墙支护结构材料造价作为 最终目标，从而得到安全且经济的设计方案。最后，对该案例的施工方案进行分析，并解 决了施工中存在的问题，提出相应的处理措施。g第1章绪论图1.1本文技术路线9昆明理工大学硕士学位论文10第2章土钉墙支护结构概述第2章土钉墙支护结构概述2.1 土钉墙支护结构的构造土钉墙

46、支护结构是将较密间隔分布的细长杆体(即土钉，如钢筋、钢管等)打入到被加 固土体内，沿着杆体注入水泥砂浆，然后在坡面上布置钢筋网，最后在挂好钢筋网的坡面 上喷射混凝土作为面层，改善被加固土体的力学性质，进而提高土坡的稳定性。土钉墙支 护结构主要包括分布在被加固土体中的土钉(如带有注浆体的细长构件)、坡面混凝土面层 和排水系统三部分。在这种支护结构体系中，土钉与周围被加固土体全部接触，当被加固 土体在荷载作用下发生变形时，通过带有注浆体的土钉锚固体与被加固土体接触界面上的 粘结摩阻力，土钉被动受力，发挥其本身的抗拉作用，再加上玻面面层对土体的约束作用， 导致被加固土体的自稳定性能提尚，土坡刚度大大

47、提局，坡梯变形减小。2.1.1 土钉注浆锚杆钉、击入钉、注浆钻孔钉是基坑土钉支护工程中常见的三种土钉。(1) 注浆钻孔钉：首先在土中打孔，放入变形钢筋，之后沿孔注浆填满，外裹的水泥净 浆(或水泥砂浆）和土钉钢筋就组成了整个土钉体。如需确保土钉钢筋处于孔的中心位置， 四周浆体保护层足够，则要每隔23m沿着钉长设对中支架。施工单位己有设备条件以及土体特点决定了土钉的成孔方法。成孔的方法主要有：轻 型地质钻、手工洛阳铲或者螺旋钻。土钉的注浆时重点方法为压力注浆，水泥净浆水灰比例是1到1比0水泥砂浆水 灰比例为0.4至0.45，同时注入一定的外加剂(三乙醇胺)，一次性注浆压力值为0.4 0.6MPa;或者在一次注浆初凝后，采用二次挤裂注浆高压达到23MPa,来增加界面的粘 结力。压力注浆时须设止浆袋、排气管或止浆塞，注浆管放置距钻孔底接近250500mm, 注入的浆注满后压力须保持35min。(2) 击入钉：不需要注浆，用震动冲击锤或者人工的方式计入常用的角钢、圆钢、钢筋 等作为土钉。因为钉入的长度短，与土体的接触面小，所以仅在土质好、大比例的方波条 件下以及用来顶起固定钢筋网是采用。(3) 注浆锚管钉：用在难以成孔的土体。用中48普通钢管作为锚管，壁厚需要大于 3.5mm，锥开纳端头，锚管壁