土钉墙支护在深基坑中的应用

福建农林大学本科毕业论文（函授）

第四章 设计要点

4.1工程地质及地质勘察资料

它包括2.0-2.5倍范围内各类岩、土层的物理力学性质，主要是介质类别、岩性、天然含水量、天然密度、饱和度、孔隙比、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩模量、粘聚力、内磨擦角、地下水状况及其渗透性、侵蚀性等资料，是方案设计最基本的资料； 4．2工程条件及周围环境

包括基坑几何尺寸；地下管线分布情况；邻近房屋分布情况及基础形式；邻近公路等级、最大车载及其它特殊建筑情况；邻近山体或江河条件等； 4.3土钉墙支护设计的内容

土钉墙支护设计内容包括：土钉支护结构参数确定、土钉拉力设计及土钉墙内、外稳定性分析等内容。

4．3．1土钉支护结构参数确定

土钉支护结构参数包括土钉的长度、间距、材料直径、倾角及支护面层厚度等。 ①土钉长度：沿支护高度不同的土钉内力差异较大，一般为中部大，上部和底部较小。因为上部土钉对限制支护结构水平位移非常重要，底部土钉对抵抗基底滑动、倾覆或失稳有重要作用，所以，将土钉上下取等长或上部稍长，底部稍短都是合适的。土钉长度L与开挖深度H之比取L/H=0.61.2，一般上部的土钉长度适当增加，对饱和软土，设计时L/H值大于1。

②土钉间距：间距大小影响土体的整体作用效果，上下层交错排列，水平间距和垂直间距一般为1.2～2.0m，在软弱土层间距可小于1m。

③钉材尺寸：钉采用材料有钢管、钢筋、角钢等，钢管常用?48，钢筋用?18-?32mm的Ⅱ级钢筋，角钢用L5*50*50。

④土钉倾角：土钉倾角一般在0°- 20°之间。倾角越小，支护结构变形也越小，但注浆质量较难控制；倾角越大，支护结构变形越大，注浆质量有保证，土钉也可以插入下层较好的土层。

⑤注浆材料：用水泥浆或水泥砂浆，采用的水泥强度不低于42.5,水灰比1:0.4-1:0.5，注浆要求饱满，一般用重力或低压注浆，有时甚至用高压注浆。

⑥支护面层：临时性支护面层通常用50-150mm厚的钢筋网喷射混凝土，混凝土强度等级不低于C20，钢筋网用?6-?8mm间距150-300mm方格网片；永久性支护面层通常厚150-250mm，可设两层钢筋网，分两层喷成。

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4．3．2土钉拉力设计

假定土钉为受拉工作，不考虑抗弯刚度。

①土钉长度中点处所受侧压力e：土钉所受侧压力由地表均布荷载引起的侧压力eq和土钉长度中点处土体自重引起的侧压力em两部分。

e?em?eq (3—1)

对砂性土： m?0.55一般粘性土：

0.2eKarh （3—2）

rh?em?(1?2c/Karh?0.55Karh （3—3）

②抗拔力验算：单根土钉所受最大抗拔力N 可据侧压力和土钉的倾角、水平和 垂直间距求得，然后进行土钉筋材抗拉强度和抗拔出验算。

N?1cos?esvsb （3--4）

式中

? 为土钉倾角，

sb为土钉水平间距 sv为土钉垂直间距

土钉筋材抗拉强度验算：土钉在拉应力作用下不发生屈服破坏，各层土钉在设计内力作用下应满足强度条件：

Fs,dN?1.1?d2fyk/4 （3—5）

Fs,d为土钉的局部稳定性安全系数，取1.2-1.4 ，基坑深度大时取大值。

fyk为钢筋抗拉强度标准值。

土钉抗拔出验算：为防止土钉从破裂面内侧稳定土体中拔出，各排土钉长度L应满足 l?l1?FsdN/?d0? （3—6）

l1 为破裂面内土钉长度 d0为土钉孔径

?为土钉与土体间粘结强度

4．3．3土钉墙内、外稳定性分析

①土钉支护内部稳定性分析：土钉抗拉力Rk：按下三式取较小值

按筋材强度，得

Rk?1.1?d2fyk/4 （3—7）

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按破坏面土钉体抗拔出能力：

Rk??d0la? （3—8）

?? 按破坏面土钉体抗拔出能力：Rk??d0l?la??R1 （3—9）

内部稳定性分析采用圆弧破裂面条分法验算内部稳定性安全系数FS，

?Rk???Rk?sin?ktan?j?cj??i/cos?i???cos?k???wi?Qi?cos?itan?j?Shk???Shk??????FS????wi?Qi?sin?i??????????? （3—10）

一般要求挖深H≤6m时，FS≥1.2；H=6-12m；FS≥1.3；H≥12m时；FS≥1.4。 ②土钉支护外部稳定性分析：土钉与原位土体共同作用，形成类似重力式挡墙壁的土钉墙，其外部稳定性分析包括抗滑动稳定、抗倾覆稳定验算和基坑隆起分析等。

FtKh??1.2Eax抗滑动稳定验算：抗滑动稳定系数 （3—11）

Eax 为作用于土钉墙后主动土压力水平分量（KN）

Ft为土钉墙底面产生的抗滑力，F??W?qB?tan??cB （3—12）

t0抗倾覆稳定验算：抗倾覆稳定安全系数

1Kq

?1.3 （3—13）

MRKq??MSB??W?q0B??EayBEaxzEa2Eay为作用于土钉墙背后土压力垂直分量（KN）

；

zEa为土钉墙主动土压力作用点离墙底的垂直距离（m）

4.3.4土钉墙支护设计其它内容

土钉墙支护设计还包括地下水控制与施工现场监测方法：

地下水控制方法：合理确定控制地下水的方案是保证工程质量、加快工程进度、取得良好社会和经济效益的关键。地下水控制的方法有集水明排法、降水法、截水和回灌技术，其中，降水的方法是施工中最常用的。

施工现场监测方法：由于支护结构不可避免会出现变形，只有对基坑支护结构及相邻土体、建筑物进行综合、系统的监测，才能发现安全隐患，避免事故的发生；并指导

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现场施工，达到设计优质安全、经济合理、施工简便；同时也能通过监为测结果与理论预测值的对比，修正理论公式，指导以后工程施工。

第五章 施工工艺及要求

5.1 土钉

1. 土钉设计抗拔力为每米8KN(填土中土钉设计抗拔力为6KN)。

2. 土钉锚筋采用Φ25Ⅱ或Ⅲ级螺纹钢筋，钢筋设计强度为300或360MPa，锚筋按图纸要

求设置对中支架。

3. 土钉必需由上至下分层施工，每层开挖深度为该层土钉头标高向下0.5米，严禁超挖

或欠挖。

4. 土钉成孔直径为Φ100mm，成孔时可采用人工洛阳铲成孔或机械成孔，如采用机械成

孔时不得采用泥浆护壁，成孔深度应超过土钉设计深度0.1米，成孔后及时放置锚筋并进行注浆，以防孔内泡水或塌孔。

5. 土钉注浆时采用P·O 42.5R水泥，浆液水灰比0.40-0.45，常压注浆，注满全孔，注

浆第二天应从孔口补浆。

6. 注浆管应与锚筋一起放入钻孔，注浆管内端距孔底500mm。 5.2 预应力锚索（复合土钉墙）

1. 预应力锚索正式施工前需按规范要求进行基本试验，根据试验结果调整设计参数。 2. 锚筋采用4股7Φ5高强度低松弛钢绞线，钢绞线标准强度为1860MPa；锚筋按图纸要求

设置自由段，自由段锚筋涂防腐油脂并外套软塑料波纹管，波纹管两端用铁丝扎紧，锚固段锚筋按图纸要求设置对中支架；锚筋下料时应预留张拉段，严格按设计要求下料，允许误差不大于50mm。

3. 预应力锚索成孔直径为Φ150mm，钻孔深度应超过锚索设计深度0.5米，成孔时必需带

护壁套管清水钻进，不得采用泥浆护壁，成孔完毕后在套管内安装锚筋并逆向进行一次注浆，然后才能拔出套管，拔出套管后利用一次注浆管进行一次补浆，补浆量为一次注浆量的50%。成孔过程中如果发现地层情况与勘察报告不符，应及时通知有关各方进行处理。

4. 锚索注浆时采用P·O 42.5R水泥；一次注浆及补浆时水灰比0.40-0.45，常压注浆，

注满全孔，锚固体设计强度不低于25MPa；二次注浆时水灰比0.50-0.60，二次注浆压力不小于2.5MPa，注浆量不少于一次注浆量。

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