2023年土钉墙设计计算（教学课件）.ppt

4.1 4.1 基坑支护技术现状及其开展基坑支护技术现状及其开展 4.2 4.2 基坑支护结构设计原那么基坑支护结构设计原那么 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 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。（c)（b)（a)123245436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 C C 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，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。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土钉不施加预应力，只在被动变形时才受力；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平安可靠；分层开挖分层支护，信息化施工；平安可靠；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10 10 30%30%；比灌注桩支护节约；比灌注桩支护节约1/3 1/3 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，故可能会给邻近根底施工带由于占用地下空间，故可能会给邻近根底施工带来不便。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 面层不是主要受力局部面层不是主要受力局部 墙受力很大墙受力很大 一般长度一般长度3 3-12m 12m 一般长度一般长度1515-45m45m 浆体直径浆体直径7070120mm 120120mm 120150mm150mm 单根受力单根受力100kN 300100kN 3003000kN(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 土钉墙设计土钉墙设计 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，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、土钉垂直间参照以往经验，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；筋直径、倾角、面层尺寸等参数；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、上二步验算假设没通过，应调整土钉墙参数再重、上二步验算假设没通过，应调整土钉墙参数再重新验算，直到满足要求。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 土钉墙设计土钉墙设计 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TjkTjk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 TujTuj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：jjTTuk025.1jjjjjksseTcos/zxka iijjlqTksnsud1)245(/tg12tg12tg2kktg4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算 4.4.2 4.4.2 土钉墙设计土钉墙设计 二土钉抗拉承载力计算二土钉抗拉承载力计算 jj第第j j根土钉与水平面的夹角。根土钉与水平面的夹角。rsrs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；dnjdnj第第j j根土钉锚固体直径；根土钉锚固体直径；eajkeajk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；sxjsxj、szjszj第第j j根土钉与相邻土钉的平均水平、根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；垂直间距；qsikqsik土钉穿越第土钉穿越第i i层土土体与锚固体极限摩阻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，力标准值，应由现场试验确定，如无试验资料，可采用表可采用表6.1.46.1.4确定；确定；lili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层稳定层稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为+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6.1.46.1.4 4.4 4.4 土钉墙设计计算土钉墙设计计算 4.4.2 4.4.2 土钉墙设计土钉墙设计 三土钉墙整体稳定性分三土钉墙整体稳定性分析析 土钉墙应根据施工土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法按下式进行滑动简单条分法按下式进行整体稳定性验算：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n n滑动体分条数；滑动体分条数；m m滑动体内土钉数；滑动体内土钉数；rkrk整体滑动分项系数，可取整体滑动分项系数，可取1.31.3；r0r0基坑侧壁重要性系数；基坑侧壁重要性系数；wiwi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计算；度计算；bibi第第i i分条宽度；分条宽度；cikcik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；ii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；jj土钉与水平面之间的夹角；土钉与水平面之间的夹角；LiLi第第i i分条滑裂面处弧长；分条滑裂面处弧长；s s计算滑动体单元厚度；计算滑动体单元厚度；TnjTnj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 Tnj=dnjqsiklniTnj=dnjqsiklni 式中式中lnilni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 1一般用于基坑开挖深度在一般用于基坑开挖深度在1515m m以内的边坡以内的边坡，土钉墙墙土钉墙墙面坡度不宜大于面坡度不宜大于1 10 0.1 1；2 2土钉长度一般为开挖深度的土钉长度一般为开挖深度的0 0.5 51 1.2 2倍倍，其间距宜其间距宜取取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为保证土钉与护坡面层的有效连接为保证土钉与护坡面层的有效连接，常设有承压板常设有承压板和加强钢筋；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土钉一般采用土钉一般采用级以上螺纹钢筋级以上螺纹钢筋，钢筋直径为钢筋直径为16163232 mmmm，钻孔直径为钻孔直径为7070120120 mmmm；5 5喷射混凝土面层厚度一般为喷射混凝土面层厚度一般为8080200200 mmmm，钢筋网采钢筋网采用用级钢筋级钢筋6 61010 mmmm，间距为间距为150150300300 mmmm，混凝混凝土强度等级不宜低于土强度等级不宜低于C C2020；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