土钉墙支护

石家庄经济学院工程学院SchoolofEngineering,ShijiazhuanguniversityofEconomics基坑工程FoundationProtectedEngineering土钉支护7.1概述7.2土钉支护的基本原理7.3土钉喷射混凝土设计与验算7.4复合土钉墙支护7.5土钉支护施工7.6工程实例土钉支护概念：土钉支护是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成，形成一个复合的、能自稳的、类似于重力式挡墙的挡土结构，以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖基坑或边坡稳定7.1概述土钉支护发展概况土钉支护技术是以新奥法理论为基础发展起来，最早应用这项技术的是法国，几乎同时美国和德国发展土钉技术。我国应用土钉的首例是1980年太原煤矿设计院王步云等人将土钉用于山西柳湾煤矿的边坡工程。80年代末，北京工业大学和北京农村建筑总公司对插筋补强护坡和素土边坡进行了荷载作用下的破坏试验。解放军总参三所采用的喷锚网支护方法和岩体边坡锚固技术在1992年以后用于城市建筑基坑开挖中的支护，所以沿用喷锚网的名称。截止1997年我国的广东、海南、北京、山东、湖南、湖北、河南、河北、江苏、四川等省市已完成的土钉工程就超过了300项，其中不少是用于常规支护基坑失稳时的抢险加固或滑坍处理。7.1概述土钉支护5.1概述新奥法施工是由奥地利学者L.VRabcewicz1964年提出的一种施工方法，称为新奥地利施工法(NewAustriantunnelingMethod)，简称新奥法(NATM)新奥法施工的基本原理主要有以下四点:(1)充分利用和发挥围岩的自承能力；(2)增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布并允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围岩压力；(3)利用现场的监测值进行反馈施工；(4)支护结构应与围岩紧密结合，既要有一定刚度以限制围岩变形自由发展，又要有一定柔性以适应围岩适当的变形，需补强支护时宜采用锚杆、钢筋网片以至钢拱架等加固。土钉支护7.1概述优点：1)能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构不可分割的部分2)结构轻型，柔性大，有良好的抗震性能和延性3)施工设备简单轻便，不需大型的机具和复杂的工艺4)施工方便，速度快，不需单独占用场地缺点：土钉支护的缺点和局限性主要是基坑变形大，由于土钉支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才受力，因此基坑变形位移相对较大。适用范围：1)土钉支护主要适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土2)对于无胶结砂层、砂砾卵石层和淤泥质土，土钉成孔困难，不宜采用土钉支护3)对于不能临时自稳的软弱土层，土钉支护的现场施工无法实现，因此也不能采用土钉支护土钉支护7.2土钉支护的基本原理土钉支护的基本原理：土与土钉共同作用，形成复合体，提高整体稳定性。北京工业大学试验证明：比素土提高2~3倍土钉支护7.2土钉支护的基本原理土钉作用的机理1)土钉对复合体的骨架约束作用骨架有约束土体变形的作用2)土钉对复合体起分担作用分担比例取决于：土钉与土体的相对刚度比；土钉所处的空间位置；复合土体的应力水平3)土钉具有应力传递和扩散的作用非稳定区土体传递(土钉)到稳定区土体，并减少应力集中4)坡面变形的约束作用钢筋网喷射混凝土面板与土钉连接在一起土钉支护7.2土钉支护的基本原理试验结果反映土钉支护的一些作用机理及其特点1986年法国的试验结果表明：1)土钉墙最大变形发生在顶部，随着深度的增加而减小，整体上比锚杆挡墙的位移要大；墙体内的变形随离开墙面的距离增大而减小。2)土钉内力分布不均匀；破裂面附近最大，向两端越来越小3)密集土钉加固墙体，类似重力式挡墙，要验算抗滑和抗倾覆安全性4)复合墙体后的土压力分布接近三角形，在坡角处土压力减小5)很少见到混凝土面板上锚头破坏土钉支护7.3土钉喷射混凝土设计土钉支护的设计内容1)确定土钉平面和剖面尺寸，及分段施工高度2)确定土钉布置方式和间距3)确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向4)确定钢筋类型、直径及构造5)注浆方式、浆体强度指标6)喷射混凝土面层设计及坡顶防护措施7)土钉抗拔力验算8)整体稳定性分析，变形预测和可靠性分析9)施工图设计及说明10)现场监测和质量控制设计土钉支护7.3土钉喷射混凝土设计设计原则1)设计时确定分段施工高度后，需要进行各施工阶段的整体稳定性分析。2)一般按平面应变问题计算，对于基坑面上靠近凹角的区段，可按三维问题的有利影响对设计参数作部分调整，对于靠近凸角的区段，应局部加强。3)对于重要的基坑工程，采用有限元法进行计算。土钉支护7.3土钉喷射混凝土设计设计要求1)一般用于基坑在12m左右的边坡，斜面坡为70~90。2)土钉长度一般为开挖深度的0.5~1.2倍，其间距1~2m，土钉与水平面夹角为5~20。3)土钉须和面层有效连接在一起，常设有承压板和加强钢筋4)土钉应采用HRB335以上的螺纹钢，钢筋直径为16~32mm，钻孔直径为70~120mm5)喷射混凝土面层厚度宜为80~200mm，常用为100mm，喷射混凝土强度等级不低于C20土钉支护7.3土钉喷射混凝土设计设计要求6)混凝土面层应配钢筋网，钢筋网采用Ⅰ级钢筋6~10mm，间距150~300mm，钢筋保护层厚度不宜小于20mm，坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm7)注浆材料宜用水泥浆或水泥砂浆，注浆水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度不低于42.5级。注浆方式可采用重力无压注浆、低压注浆、高压注浆和二次注浆。8)土钉墙顶部应采用砂浆或混凝土护面，自坡顶1m内应配置与墙面内相同的钢筋，坡顶与坡角应设置排水沟。土钉支护7.3土钉墙的验算当按设计原则与设计要求完成设计后，需要进行如下的验算：1)土钉抗拉承载力的验算2)内部稳定性验算3)外部稳定性验算4)喷射混凝土面层的验算土钉支护1、土钉抗拉承载力的验算ftDTTt－试验得到的极限抗拔力(kN/m)D－钻孔直径(m)f－锚体砂浆与土体间第i层土的粘结强度(kN/m2)7.3土钉墙的验算1)抗拉承载力的设计值2)抗拉承载力的标准值理解两点怎么验算能否达到这个设计值呢？根据基坑侧壁安全等级采用试验和经验估算的方法进行确定至少能承受的抗拔力支护需要的抗拔力设计值1.25倍的标准值对于二级基坑，采用f的平均值与滑裂面外的稳定长度之积，与设计值相比较土钉支护1、土钉抗拉承载力的验算－土钉长度验算bjsikujsDLqTHRTuj－第j个土钉滑裂面外的抗拔力(kN)D－钻孔直径(m)Lbj－第j个土钉伸入破裂面外的稳定长度(m)qsik－锚体砂浆与土体间第i层土的粘结强度(kN/m2)7.3土钉墙的验算对于三级基坑，采用下式验算达到设计值土钉支护cosajkxjzjjkjessTTjk－第j个土钉受拉荷载标准值(kN)SxjSzj－土钉水平与垂直间距(m)；7.3土钉墙的验算1、土钉抗拉承载力的验算211tantan452tan2tan2kkk－荷载折减系数－坡面与水平面夹角；－土钉所在土体的内摩擦角；土钉支护maxcosujsyTAfA－钢筋截面积(mm2)Tujmax－各层土钉最大设计值；fy－钢筋抗拉强度设计值(N/mm2)1、土钉抗拉承载力的验算－截面积验算7.3土钉墙的验算土钉支护7.3土钉墙的验算当按设计原则与设计要求完成设计后，需要进行如下的验算：1)土钉抗拉承载力的验算2)内部稳定性验算3)外部稳定性验算4)喷射混凝土面层的验算土钉支护2、内部整体稳定性分析平衡法0111001costan1cossintansin02nnmikiiiiiknjiijnjjjjikkiiiicLsswqbTswqbs－滑动单元厚度；wi－第i分条的自重；i－土钉与水平面夹角i－第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角；Li－第i条滑裂面处弧长Tnj－第j个土钉滑裂面外的极限抗拔力njnjnisikTdlq7.3土钉墙的验算滑裂面－平面与圆弧土钉支护7.3土钉墙的验算当按设计原则与设计要求完成设计后，需要进行如下的验算：1)土钉抗拉承载力的验算2)内部稳定性验算3)外部稳定性验算4)喷射混凝土面层的验算土钉支护密集的土钉组成的复合体可将其视为重力式挡土墙，从试验得出，破坏时明显具有平移和转动性质HWBFiPiaxiHEFK2axiiaiiaixzETqHKcKSStanxiSqBWFKH－抗滑动安全系数，1.2Eax－墙后主动土压力；Fi－假设墙底断面上产生的抗滑合力7.3土钉墙的验算3、外部整体稳定性分析平衡法土钉支护3HTMio抗倾覆稳定性验算HWBFiPioWQMMK2BSqBWMxWKQ－抗倾覆安全系数；1.3Ti－第i个土钉受到的土压力；2iiaiaixzTqHKcKSS7.3土钉墙的验算土钉支护7.3土钉墙的验算当按设计原则与设计要求完成设计后，需要进行如下的验算：1)土钉抗拉承载力的验算2)内部稳定性验算3)外部稳定性验算4)喷射混凝土面层的验算土钉支护7.3土钉墙的验算可按连续板进行面板的跨中和支座截面的受弯、支座截面的受剪验算，参考《混凝土结构设计规范》4、喷射混凝土面板验算土钉支护5.3土钉墙的验算例题：某基坑开挖深度为8m，黏性土层，=22，=18.0kN/m3，c=15kPa，土层与锚固体的极限摩阻力标准值40kPa，土钉墙坡面与水平面夹角为80，土钉竖向间距为1.5m，水平向间距为2m，土钉与水平夹角为15，锚固体直径为d=0.12m，地面超载20kPa。无地下水。试计算土钉的抗拔承载力？土钉支护5.4复合土钉墙支护复合土钉墙支护，即是将土钉墙与其他支护技术有机结合的复合支护体系，是一种改进或加强型土钉墙。常用的复合土钉墙类型：1、土钉墙＋止水帷幕＋预应力锚杆2、土钉墙＋预应力锚杆3、土钉墙＋微型桩＋预应力锚杆4、土钉墙＋微型桩＋止水帷幕＋预应力锚杆土钉支护5.4复合土钉墙支护复合土钉墙验算复合土钉墙与土钉墙计算类似，不同的是在整体稳定性分析中，要考虑其他支护技术的有利影响，01110011costancossintan2sincostan1.3sinsinnnmikiiiiiknjjjjjikiijnkiiiiNjiiissiiLiimcLsswqbTswqbPAwSwSs、As、SL－搅拌桩、微型桩抗剪强度设计值和面积、间距；PNj、Sm－预应力锚杆的承载力设计值与间距；、－为折减系数，在0.5~1.0间选值。土钉支护5.4复合土钉墙支护构造要求1)除使用钻孔注浆的土钉外，常常使用新型预应力土钉、二次注浆土钉等2)复合土钉墙中锚杆的抗拉荷载不宜过大，一般小于300kN，面层上锚杆位置一般设置连梁。3)复合土钉墙的水泥强度一般要求较高4)微型桩一般使用100~300mm的钻孔灌注桩、钢管桩、型钢桩等，常嵌入坑底以下2~3m处。土钉支护5.5土钉支护施工工艺流程1、按设计要求开挖工作面，修正边坡2、喷射第一层混凝土3、钻孔安装土钉土钉支护5.5土钉支护施工工艺流程4、注浆5、帮扎钢筋网土钉支护5.5土钉支护施工工艺流程6、喷射混凝土面层土钉支护5.5土钉支护施工工艺流程7、设置坡顶和坡底的排水装置土钉支护5.5土钉支护施工施工监测监测项目监测仪器监测要求应测项目坡顶水平位移精密经纬仪沿基坑边每5~10m设一个测点，开挖期间1d测1次，其他3~10d坡顶沉降精密水准仪同上选测项目土钉应力钢筋计应变片选有代表性的位置测试墙体位移测斜仪选有代表性的位置测试喷层钢筋应力应变计选有代表性的位置测试土压力压力盒选有代表性的位置测试土钉支护5.