土钉墙设计计算

4.1 4.1 基坑支护技术现状及其发展基坑支护技术现状及其发展 4.2 4.2 基坑支护结构设计原则基坑支护结构设计原则 4.3 4.3 排桩、地下连续墙设计计算排桩、地下连续墙设计计算 4.4 4.4 4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算土钉墙设计计算土钉墙设计计算 4.5 4.5 水泥土墙设计计算水泥土墙设计计算 4.6 4.6 地下水控制地下水控制 4.7 4.7 基坑监测基坑监测第四章第四章 基坑支护结构计算与设计基坑支护结构计算与设计4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.1 4.4.1 概述概述 1 1、概念、概念天然土体通过天然土体通过钻孔、插筋、注浆钻孔、插筋、注浆来设置来设置土钉土钉并与并与喷射砼面板喷射砼面板相相结合，形成类似重力挡墙的结合，形成类似重力挡墙的土钉墙土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。持开挖面的稳定。土钉节点土钉节点4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.1 4.4.1 概述概述2 2、工作原理：、工作原理：（1 1）摩擦加筋机理）摩擦加筋机理 土钉与周围土体间通过注浆产生握裹力，阻止基坑坑土钉与周围土体间通过注浆产生握裹力，阻止基坑坑壁沿破裂面产生滑动，起到了对坑壁土体的约束作用；同壁沿破裂面产生滑动，起到了对坑壁土体的约束作用；同时土钉还能够起到分担荷载并将土中应力传递、扩散到土时土钉还能够起到分担荷载并将土中应力传递、扩散到土体深部的稳定土层中的作用。体深部的稳定土层中的作用。（2 2）类重力式挡土墙机理）类重力式挡土墙机理（3 3）准粘聚力机理）准粘聚力机理类重力式挡土墙机理类重力式挡土墙机理摩擦加筋机理摩擦加筋机理CC加筋前加筋前加筋后加筋后准粘聚力机理准粘聚力机理4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.1 4.4.1 概述概述3 3、特点：、特点：（1 1）土钉密集设置于边壁土体中，通长黏接，起到加）土钉密集设置于边壁土体中，通长黏接，起到加固约束土体的作用，提高了土体的整体稳定性和粘聚力。固约束土体的作用，提高了土体的整体稳定性和粘聚力。（2 2）土钉不施加预应力，只在被动变形时才受力；）土钉不施加预应力，只在被动变形时才受力；（3 3）内力分布为非线性，面层受力不是最大。）内力分布为非线性，面层受力不是最大。破裂面4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4 4、土钉的优缺点、土钉的优缺点1 1）优点：）优点：（1 1）材料用量和工程量少，施工速度快；工时节约）材料用量和工程量少，施工速度快；工时节约50%50%70%70%；（2 2）施工设备轻便，操作方法相对简单；）施工设备轻便，操作方法相对简单；（3 3）场地土层适用性强；）场地土层适用性强；（4 4）结构轻巧，柔性大，延展性好；）结构轻巧，柔性大，延展性好；（5 5）施工所需的场地较小，能贴近已有建筑物进行施工；）施工所需的场地较小，能贴近已有建筑物进行施工；（6 6）安全可靠；分层开挖分层支护，信息化施工；）安全可靠；分层开挖分层支护，信息化施工；（7 7）经济；比锚杆节约）经济；比锚杆节约1010 30%30%；比灌注桩支护节约；比灌注桩支护节约1/31/3 2/32/3；4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算2 2）缺点）缺点（1 1）需有允许设置土钉的地下空间；浅层市政设施和）需有允许设置土钉的地下空间；浅层市政设施和地下构筑物容易影响土钉施工。地下构筑物容易影响土钉施工。（2 2）地质条件较差的土层（如地下水丰富的松散砂土、）地质条件较差的土层（如地下水丰富的松散砂土、流塑及软塑粘性土）需结合其他加固方法施工；流塑及软塑粘性土）需结合其他加固方法施工；（3 3）永久性支护需考虑锈蚀等耐久性问题；）永久性支护需考虑锈蚀等耐久性问题；（4 4）由于占用地下空间，故可能会给邻近基础施工带）由于占用地下空间，故可能会给邻近基础施工带来不便。来不便。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.1 4.4.1 概述概述 5 5、应用范围、应用范围 （1 1）基坑、边坡临时支护；）基坑、边坡临时支护；（2 2）永久性支护；）永久性支护；（3 3）现有挡土墙的加固、抢险；）现有挡土墙的加固、抢险；（4 4）边坡加固。）边坡加固。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算6 6、土钉与锚杆的比较、土钉与锚杆的比较 土土 钉钉 锚锚 杆杆被动受力被动受力 主动受力主动受力全长受力全长受力 滑裂面外锚固段的锚固力滑裂面外锚固段的锚固力密布密布,形成重力式挡土墙形成重力式挡土墙 数量少数量少面层不是主要受力部分面层不是主要受力部分 墙受力很大墙受力很大一般长度一般长度3-12m 3-12m 一般长度一般长度15-45m15-45m浆体直径浆体直径7070120mm 120mm 120120150mm150mm单根受力单根受力100kN 100kN 3003003000kN(3000kN(设计荷载设计荷载)不施加或施加较小的预应力不施加或施加较小的预应力 施加预应力施加预应力4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.2 4.4.2 土钉墙土钉墙设计设计（一）设计内容与步骤（一）设计内容与步骤 1 1、初拟土钉墙参数、初拟土钉墙参数 根据基坑深度、施工场地平面尺寸、基坑周围环境条件、岩土特性、根据基坑深度、施工场地平面尺寸、基坑周围环境条件、岩土特性、工程地质条件及工程性质，参照以往经验，初步确定土钉墙坡度、土钉垂工程地质条件及工程性质，参照以往经验，初步确定土钉墙坡度、土钉垂直间距、水平间距、各层土钉长度、钻孔直径、土钉钢筋直径、倾角、面直间距、水平间距、各层土钉长度、钻孔直径、土钉钢筋直径、倾角、面层尺寸等参数；层尺寸等参数；2 2、土钉抗拉承载力计算；、土钉抗拉承载力计算；3 3、土钉墙整体稳定性分析；、土钉墙整体稳定性分析；4 4、上二步验算若没通过，应调整土钉墙参数再重新验算，直到满足要求。、上二步验算若没通过，应调整土钉墙参数再重新验算，直到满足要求。5 5、构造及排水系统设计，并画出施工图；、构造及排水系统设计，并画出施工图；6 6、现场监测和质量控制设计。、现场监测和质量控制设计。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.2 4.4.2 土钉墙土钉墙设计设计（二）土钉抗拉承载力计算（二）土钉抗拉承载力计算 单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求：单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求：式中式中T Tjkjk第第j j 根土钉受拉荷载标准值根土钉受拉荷载标准值：荷载折减系数荷载折减系数 T Tujuj第第j j根土钉抗拉承载力设计值根土钉抗拉承载力设计值：4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.2 4.4.2 土钉墙土钉墙设计设计（二）土钉抗拉承载力计算（二）土钉抗拉承载力计算j j第第j j根土钉与水平面的夹角。根土钉与水平面的夹角。r rs s土钉抗拉抗力分项系数，取土钉抗拉抗力分项系数，取1.31.3；d dnjnj第第j j根土钉锚固体直径；根土钉锚固体直径；e eajkajk第第j j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；s sxjxj、s szjzj第第j j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；q qsiksik土钉穿越第土钉穿越第i i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定，如无试验资料，可采用表由现场试验确定，如无试验资料，可采用表6.1.46.1.4确定；确定；l li i第第j j根土钉在直线破裂面外穿越第根土钉在直线破裂面外穿越第i i层层稳定土体内的长度，稳定土体内的长度，破裂面与水平破裂面与水平面面的夹角为（的夹角为（+k k）/2/2。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值 表表6.1.46.1.44.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.2 4.4.2 土钉墙土钉墙设计设计（三）土钉墙整体稳定性分析（三）土钉墙整体稳定性分析 土土钉钉墙墙应应根根据据施施工工期期间间不不同同开开挖挖深深度度及及基基坑坑底底面面以以下下可可能能滑滑动动面面采采用用圆圆弧弧滑滑动动简简单单条条分分法法按按下式进行整体稳定性验算：下式进行整体稳定性验算：4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算式中式中nn滑动体分条数；滑动体分条数；mm滑动体内土钉数；滑动体内土钉数；r rk k整体滑动分项系数，可取整体滑动分项系数，可取1.31.3；r r0 0基坑侧壁重要性系数；基坑侧壁重要性系数；w wi i第第i i条分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，按上覆土层的条分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，按上覆土层的饱和土重度计算；滑裂面位于砂土或碎石类土中时，按上覆土层的浮重度饱和土重度计算；滑裂面位于砂土或碎石类土中时，按上覆土层的浮重度计算；计算；b bi i第第i i分条宽度；分条宽度；c cikik第第i i分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；ikik第第i i分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；i i第第i i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；j j土钉与水平面之间的夹角；土钉与水平面之间的夹角；L Li i第第i i分条滑裂面处弧长；分条滑裂面处弧长；ss计算滑动体单元厚度；计算滑动体单元厚度；T Tnjnj第第j j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力 T Tnjnj=d dnjnjq qsiksikl lnini式中式中l lnini第第j j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i i层稳定土体内的长度。层稳定土体内的长度。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.3 4.4.3 土钉墙土钉墙构造要求构造要求 1 1一一般般用用于于基基坑坑开开挖挖深深度度在在1515m m以以内内的的边边坡坡，土土钉钉墙墙墙墙面坡度不宜大于面坡度不宜大于10.110.1；2 2土土钉钉长长度度一一般般为为开开挖挖深深度度的的0.50.51.21.2倍倍，其其间间距距宜宜取取1 12 2m m，土钉与水平面夹角宜取土钉与水平面夹角宜取5 5 2020 ；3 3为为保保证证土土钉钉与与护护坡坡面面层层的的有有效效连连接接，常常设设有有承承压压板板和加强钢筋；和加强钢筋；4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.3 4.4.3 土钉墙土钉墙构造要求构造要求 4 4土土钉钉一一般般采采用用级级以以上上螺螺纹纹钢钢筋筋，钢钢筋筋直直径径为为161632 mm32 mm，钻孔直径为钻孔直径为7070120 mm120 mm；5 5喷喷射射混混凝凝土土面面层层厚厚度度一一般般为为8080200 200 mmmm，钢钢筋筋网网采采用用级级钢钢筋筋6610 10 mmmm，间间距距为为150150300 300 mmmm，混混凝凝土强度等级不宜低于土强度等级不宜低于C20C20；6 6注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不其强度等级不宜低于宜低于M10 M10。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.3 4.4.3 土钉墙土钉墙构造要求构造要求 7 7、喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6 610mm10mm，间距宜为，间距宜为150150300mm300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于；喷射混凝土强度等级不宜低于C20C20，面层厚度不宜小于，面层厚度不宜小于80mm80mm；8 8、坡面上下段钢筋网搭接长度应大于坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm300mm。9 9、当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。集水井和排水沟长度4060mm，直径40mm，间距1.52m的导水孔挡水堤排水沟护面降水井或者截水帷幕1010、水患防治：、水患防治：（1 1）排：地面排水沟、导水孔；）排：地面排水沟、导水孔；（2 2）挡：地面挡水墙，截水帷幕；）挡：地面挡水墙，截水帷幕；（3 3）降：降水井；）降：降水井；（4 4）封：混凝土封闭坡面及坡顶附近，及时封底；）封：混凝土封闭坡面及坡顶附近，及时封底；（5 5）抽：坑内设置集水井、坑抽水。）抽：坑内设置集水井、坑抽水。4.4.3 4.4.3 土钉墙土钉墙构造要求构造要求 4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验1 1、上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%70%后方可开挖下层土方及下层土钉施工。后方可开挖下层土方及下层土钉施工。2 2、基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层进行。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度进行。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度的允许偏差宜为的允许偏差宜为20mm20mm，在坡面喷射混凝土支护前，应清，在坡面喷射混凝土支护前，应清除坡面虚土。除坡面虚土。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验3 3、土钉墙施工可按下列顺序进行：土钉墙施工可按下列顺序进行：（1 1）应按设计要求开挖工作面，修整边坡，埋设喷射应按设计要求开挖工作面，修整边坡，埋设喷射混凝土厚度控制标志；混凝土厚度控制标志；（2 2）喷射第一层混凝土；喷射第一层混凝土；（3 3）钻孔安设土钉、注浆，安设连接件；钻孔安设土钉、注浆，安设连接件；（4 4）绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土；绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土；（5 5）设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验 4 4、土钉成孔施工宜符合下列规定：土钉成孔施工宜符合下列规定：（1 1）孔深允许偏差孔深允许偏差 50mm 50mm；（2 2）孔径允许偏差孔径允许偏差 5mm 5mm；（3 3）孔距允许偏差孔距允许偏差 100mm 100mm；（4 4）成孔倾角偏差成孔倾角偏差 5%5%。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验5 5、喷射混凝土作业应符合下列规定：喷射混凝土作业应符合下列规定：（1 1）喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自下而上，一次喷射厚度不宜小于下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm40mm；（2 2）喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离宜为宜为0.60.61.0m1.0m；（3 3）喷射混凝土终凝喷射混凝土终凝2h2h后，应喷水养护，养护时间根后，应喷水养护，养护时间根据气温确定，宜为据气温确定，宜为3 37h7h。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验6 6、喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：（1 1）钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层厚度不宜小于厚度不宜小于20mm20mm；（2 2）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设；筋网被混凝土覆盖后铺设；（3 3）钢筋网与土钉应连接牢固。钢筋网与土钉应连接牢固。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验7 7、土钉注浆材料应符合下列规定：土钉注浆材料应符合下列规定：（1 1）注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水灰比宜为灰比宜为0.50.5，水泥砂浆配合比宜为，水泥砂浆配合比宜为11111212（重量比），（重量比），水灰比宜为水灰比宜为0.380.380.450.45；（2 2）水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验8 8、注浆作业应符合以下规定：注浆作业应符合以下规定：（1 1）注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注浆开始或中途停止超过浆开始或中途停止超过30min30min时，应用水或稀水泥浆润滑注时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；浆泵及其管路；（2 2）注浆时，注浆管应插至距孔底注浆时，注浆管应插至距孔底250250500mm500mm处，孔处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管；口部位宜设置止浆塞及排气管；（3 3）土钉钢筋应设定位支架。土钉钢筋应设定位支架。4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算4.4.4 4.4.4 土钉墙施工与检验土钉墙施工与检验9 9、土钉墙应按下列规定进行质量检测：土钉墙应按下列规定进行质量检测：（1 1）土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的验数量不宜少于土钉总数的1%1%，且不应少于，且不应少于3 3根；根；（2 2）墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每每100m100m2 2墙面积一组，每组不应少于墙面积一组，每组不应少于3 3点。点。