第十二次课(土钉墙-简单介绍)

第八章土钉墙内容第一节概述第二节结构原理和构造特征第三节土钉墙设计与计算第四节现场监测与信息施工1土钉墙的概念土钉墙是在土质或破碎软弱岩质路堑边坡中设置钢筋土钉，靠土钉拉力维持边坡稳定的挡土结构。土钉墙是从隧道新奥法基础上发展起来的一门边坡支挡技术（图8-1），用以提高整个边坡的稳定性。1土钉墙的概念图8-1土钉墙示意图2土钉墙类型、特点及适用性按施工方法土钉可分为钻孔注浆型土钉、打入型土钉和射入型土钉三类。其中钻孔注浆型土钉为最常用的类型。土钉墙结合了锚杆挡墙和加筋土挡墙的优点，用于挖方边坡工程，具有以下特点：（1）施工的及时性。自上而下，边开挖喷锚，可及时对边坡进行封闭，从而保护岩土不因边坡开挖暴露而过多降低力学强度。（2）结构轻巧、有柔性，可靠度高。通过喷锚，与加固岩土形成复合体，允许边坡有少量变形，受力效果大大改善。作为群体效应，个别土钉失效对整个边坡影响不大。（3）施工机具轻便简单、灵活、所需场地小、工人劳动强度低。（4）材料用量小，自身成本费用较低。3土钉墙类型、特点及适用性土钉墙则是在岩土体内放置一定长度分布密度的加筋体，与岩土体共同作用，以弥补岩土体自身强度的不足，是一种增强边坡坡体自身的稳定性的主动制约机制为基础的复合岩土体。土钉与岩土体相互作用，使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏性状，显著提高了边坡整体稳定性。4土钉墙的结构原理（二）土钉的作用机理土钉墙主要是通过钉材来加强岩石土体，其加固机理主要表现在以下几方面：1．增强原位于岩土体强度作用;2．土钉对复合体起骨架约束作用;3．土钉对复合体起分担作用;4．土钉起着应力传递与扩散作用;5．对坡面变形起约束作用4土钉墙的结构原理5土钉墙的构造特征土钉墙主要由土钉、周围岩土体、面层和排水系统组成。（一）土钉土钉通常采用的是用变形钢筋和砂浆组成的钻孔注浆钉，即先在岩土中成孔，置入钉材，然后全孔注浆，钉材与外裹的水泥砂浆形成土钉体（如图8-2）。图8-2土钉细部结构图5土钉墙的构造特征（二）面层土钉墙面层通常采用120~200mm厚网喷混凝土做成，为确保土钉和面层有效连接，土钉外端设钢垫板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。网喷混凝土面层每隔15~20m应设置一道沥青木板伸缩缝。5土钉墙的构造特征（三）排水系统土钉必须设置完善的排水系统。一般视具体情况采用截水、浅层排水及深层排水三种排水方式。5土钉墙的构造特征6土钉墙稳定计算分析方法土钉墙稳定性分析是土钉墙工程设计的重要内容，也是土钉墙应用的理论基础。根据大量试验研究与工程实践，土钉墙可能破坏的形式分为内部破坏（墙体内整体失稳和局部破坏）、外部破坏（整体侧移、倾覆和整体滑移）和超量变形三种类型。对外部破坏分析，工程中一般采用类似重力挡墙设计方法进行水平滑动稳定、抗倾覆稳定、墙底土承载力和整体抗滑稳定验算。6土钉墙稳定计算分析方法（一）极限平衡法极限平衡法是土坡稳定性计算较早采用的方法，也是目前土钉支护应用最为广泛的方法之一。就极限平衡法而言，许多国家对其进行了大量的理论和试验研究。由于有不同的安全系数的定义，不同的土钉挡墙的破裂面形状假定以及不同的钉—土相互作用类型和土钉力分布的假定，国内外出现了许多种与其相应的试验成果一致的方法。6土钉墙稳定计算分析方法王步云建议的方法在实际工程中应用较为普遍，该方法也假定滑移面为双折线，即上为直线，下为斜线，其计算方法如下。1．土钉几何尺寸设计土钉结构尺寸由经验公式确定，其中（1）土钉长度设计公式为：0SmHL（8-1）6土钉墙稳定计算分析方法（2）土钉间距设计由下式确定：（3）土钉钉材直径db按下式估算：同时按土钉过量伸长或屈服进行土钉直径验算，按界面摩阻力进行锚固力计算。LdkSShyx1yxbSSd310)25~20(（8-3）（8-2）6土钉墙稳定计算分析方法2．土钉墙内部稳定验算（1）土钉墙土压力计算及潜在破裂面确定王步云假定潜在破裂面为双折线，即墙顶至墙顶以下0.75H范围内的破裂面为直线，其下为斜线（图8-3）。土钉墙面层后土压力强度公式为：hkmqe（8-4）6土钉墙稳定计算分析方法图8-3王步云法土钉墙破裂面及土压力分布形式a）土钉墙潜在破裂面简化图；b）土钉墙面层土压力简化图6土钉墙稳定计算分析方法(2)抗拉断裂验算(3)抗拔验算在土压力作用下，土钉应具有足够的界面摩阻力而不被拔出，应满足下式:5.142iyhEfdsieihFELd（8-6）（8-5）6土钉墙稳定计算分析方法土钉墙设计一般应遵循以下原则：1．土钉墙高度宜控制在20m以内，墙面胸坡为1：0.1~1：0.4，根据地形地质条件，边坡较高时宜设多级。多级墙上、下两级之间应设置平台，平台宽度不宜小于2m，每级墙高不宜大于10m。单级土钉墙墙高宜控制在12m以内。2．土钉的长度一般为墙高H的0.4~1.0倍。岩质边坡宜为0.4H~0.7H，岩性较差及地下水发育时取大值；非饱和土土质边坡宜为0.6H~1.0H。7土钉墙设计3．土钉间距宜为0.75~2m，与水平面夹角宜为5°~20°。4．土钉墙设计应遵循“保住中部、稳定坡脚”原则。设计时边坡中部的土钉宜适当加密、加长、坡脚用混凝土脚墙加固，并使之与土钉墙连成一个整体。5．土钉墙分层开挖高度土层一般为0.5~2m，岩层一般为1.0~3m。每一层开挖的纵向长度，取决于岩土体维持不变形的最长时间及施工流程的相互衔接。7土钉墙设计8现场监测与信息施工现场监测是土钉墙设计与施工的重要内容。由于设计方法本身存在近似性、局限性，加之土钉墙施工中的地质、水文、环境、天气及施工方法等诸多不确定因素影响，致使设计方案难以完全符合工程实际，因此在施工过程中获取施工信息，按信息施工法设计、施工显得尤为重要。8现场监测内容土钉墙现场监则的内容主要有：变形监测、应力、应变监测、地下水动态监测。对所有土钉墙工点均应进行变形监测；对重要的土钉墙工点还应进行应力、应变监测；对地下水位较高施工中，需进行深层降水的土钉墙工点需进行地下水动态监测。（一）变形监测在土钉墙施工期间及竣工后应对土钉墙变形进行量测、施工中应及时掌握地面、边坡、坑底岩土体、支护结构以及周围建筑物的变形情况。对重要部位设置监测点，采用精密水准仪、经纬仪测量水平和垂直位移，或采用收敛计观测相对位移；对深层岩土体变形可采用测斜仪或分层深降仪测量。8现场监测内容（二）应力、应变监测对重大工点，选择代表性断面设置钢筋应用计或电阻应变片监测土钉应力、应变情况。8现场监测内容从每一分层开挖时施工信息中获取边坡岩土体工程地质信息，从钻孔中获取边坡深部岩性及地下水等信息，与原勘察资料对照分析，做出判断后再进入下道工序施工。根据坡面位移监测，记录坡面位移随开挖的变化信息；根据量测土钉钢筋应力计和电阻应变片监测，掌握土钉受力及坡体内松驰开发展情况等信息。8信息施工与动态设计