基坑与边坡工程第2章-土钉墙支护技术

制作人：周勇LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology第一节概述一、土钉墙支护的概念土钉墙LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术安西路中石油高层住宅深基坑LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术报业大厦深基坑支护LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术图2施工中的边坡照片(2002年12月，朱彦鹏摄影)施工中的下西园超高边坡LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology土钉墙主要由土钉、面层、被加固的原位土体以及必要的防排水系统组成，如下图。约束坡面的变形，并将土钉连成整体。土钉墙支护的防排水系统地表防水坡面泄水坡底排水土钉成孔注浆型直接打入型打入注浆型二、土钉墙的基本结构LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土钉类型施工方式优点（不）适用范围成孔注浆型先钻孔，再放置杆体，最后注浆抗拔力较高、质量较可靠、造价较低适用于各种土层直接打入型直接打入钢管、角钢等型钢无需预先钻孔，对原位土的扰动较小，施工速度快不适用于服务年限大于2年的永久性支护工程打入注浆型在钢管中部及尾部设置注浆孔成为钢花管，直接打入土中后灌浆具有直接打入型土钉的优点且抗拔力较高特别适合于成孔困难的淤泥、淤泥质土等软弱土层土钉类型LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土层注浆体锚杆φ25网筋加强筋锚定筋60-8040-60C20喷射硂φ16@1200×1500φ8@200×200120图2.1钻孔注浆土钉的构造LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术•面层土钉墙的面层不是主要受力构件，但可以约束坡面的变形，并将土钉连成整体。面层一般采用喷射混凝土，并在其中配置钢筋网，也可采用现浇，或用水泥砂浆代替混凝土。面层及连接件LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术当基坑较深、土的抗减强度较低时，宜取较小坡度。坡度越小，土的稳定性越好，算出的土钉墙越经济。对砂土、碎石土、松散填土，确定土钉墙坡度时尚应考虑开挖时坡面的局部自稳能力。土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.2。土钉墙的墙面坡度（墙面垂直高度与水平宽度的比值）需要视场地环境条件而定。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术面层的构造要求：（土钉墙高度一般不大于12m）①喷射混凝土面层厚度宜取80mm～100mm；②喷射混凝土设计强度等级不宜低于C20；③喷射混凝土面层中应配置钢筋网和通长的加强钢筋：钢筋网宜采用HPB235级钢筋钢筋直径宜取6mm～l0mm钢筋网间距宜取150mm～250mm钢筋网间的搭接长度应大于300mm加强钢筋的直径宜取14mm～20mm当充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的二分之一。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土钉与面层的连接一般采用螺栓连接或钢筋焊接连接，其连接应满足承受土钉拉力的要求，当在土钉拉力作用下喷射混凝土面层的局部受冲切承载力不足时，应设置承压钢板或井字形加强钢筋等构造措施，如下图：•连接件LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology防排水系统土钉墙支护的防排水系统基坑四周支护范围内的地表应加以修整，采用水泥砂浆或混凝土护面，并修筑散水坡和排水沟，防止地表水向下渗透。在边坡面层中可根据具体情况设置导流管，将面层的积后面水引到坑内排走。导流管的直径一般不小于40mm，长度为400mm～600mm，间距为1.5m～2.0m。基坑底面设置排水沟和集水井，以排除集聚在基坑内的渗水和雨水。排水沟一般距离坡脚0.5m～1.0m，内部砂浆抹面，防止渗漏。当土中地下水高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。地表防水坡面泄水坡底排水LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术1972年法国首先在工程中应用土钉墙技术德国于1979年首先在Stuttgart建造了第一个永久性土钉工程美国最早应用土钉墙技术是在1974年我国在1980年首次将土钉技术应用于山西柳湾煤矿的边坡支护至1992年，德国已建成500个土钉墙工程国内发展二、土钉墙支护的发展LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土钉与锚杆的联合应用土钉与锚杆的联合应用，使土钉墙的应用变得更为广泛，给工程建设带来了更大的经济效益。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology土钉土体复合土体有效地提高了土体的整体刚度，弥补了土体抗拉、抗剪强度的不足。将突发性的脆性破坏相互作用应力重分布塑性破坏主动制约机制一般不会发生整体性滑塌破坏土体将发生突发性、整体性破坏支护后支护前第二节土钉墙支护体系的工作性能分析一、土钉墙支护的基本原理整体作用机制LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology土钉的作用箍束骨架作用承担主要荷载作用应力传递与扩散作用对坡面的约束作用加固土体作用LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology面层的作用承受作用到面层上的土压力并将压力传递给土钉限制土体侧向膨胀变形通过与土钉紧密连接及相互作用，增强了土钉的整体性防止雨水、地表水冲刷边坡及渗透LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术一、土钉墙的受力过程分析初期土钉基本不受拉力或承受较小的力主动土压力一部分通过钉与土摩擦作用直接传递给土钉受力特征：土钉拉力在水平及竖直方向上均表现为中间大、两头小的枣核状各排土钉的受力继续加大下排土钉分担了更多的荷载受力特征：离面层近处受力较大，越远越小；最下边2～3排土钉离开挖面较近，承担了主要荷载开挖继续开挖土钉承受主要荷载，土钉在弯剪、拉剪等复杂应力状a态下注浆体破裂，钢筋屈服土体进入破坏阶段土体进入渐进性开裂破坏阶段土体进入塑性变形阶段土压力主要由土体承担阶段LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术LanzhouUniversityofTechnology土钉墙支护的工作性能支护面位移沿高度呈线性变化，类似绕趾部向外转动土钉在土体内空间排列形成空间骨架，起约束土体变形的作用，并与土体共同承担外荷载同一深度处土钉的拉力沿其长度变化，最大拉力部位随着基坑的开挖，从开始时靠近面层的端部，逐渐向里转移，最大值一般在土体可能失稳的破坏面上拉应力沿深度变化，中间大、两头小，接近梯形分布墙体后的土压力沿高度分布呈中间大、上下小的形态土钉墙破坏时明显带有平移和转动性质，类似于重力式挡墙，其破坏形式有内部稳定破坏（局部滑动面破坏）和外部整体稳定破坏（滑移与倾覆）LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术第四节土钉墙支护设计1.土钉墙的优点提高土体刚度延时性提高施工安全性操作轻便缩短基坑施工工期经济效益较好2.土钉墙的局限性位置限制须进行验算与监测软土地区不宜单独使用变形略大LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土钉的适用范围土钉墙支护适用于地下水位以上或经降水后的杂填土、黏性土、粉土及有一定胶结能力和密实程度的砂土层。不适用含水丰富的粉细砂、中细砂及含水较为丰富的中粗砂、砾砂和卵石层。淤泥质土、淤泥等软弱土层。缺少黏聚力、过于干燥的砂层及相对密度较小、均匀度较好的砂层。膨胀土。强度过低的土，如新填土。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术确定土钉墙的结构尺寸及分段施工长度与高度设计土钉的长度、间距及布置、孔径、钢筋直径等进行内部和外部稳定性分析计算设计面层和注浆参数，必要时，进行土钉墙变形分析进行构造设计及制定质量控制要求第四节土钉墙支护设计一、土钉墙的设计内容LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术二、土钉墙的设计参数与构造设计基坑侧壁平、剖面尺寸以及分段施工高度设计土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.2土钉水平间距和竖向间距宜为1m～2m分段施工高度必须大于土钉竖向间距，一般低于土钉300mm～500mm土钉布置方式、间距以及直径、长度、倾角设计土钉可采用矩形或梅花形布置；土钉钢筋宜采用HRB400、HRB500钢筋，直径宜为16mm～32mm，钻孔直径宜为70mm～120mm；土钉与水平面夹角宜为5°～20°LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术土的名称土的状态水平间距(m)竖向间距（m）土钉长度与基坑深度比素填土----1.0～1.21.0～1.21.2～2.0淤泥质土----0.8～1.20.8～1.21.5～3.0黏性土软塑1.0～1.21.0～1.21.5～2.5可塑1.2～1.51.2～1.51.0～1.5硬塑1.4～1.81.4～1.80.8～1.2坚硬1.8～2.01.8～2.00.5～1.0粉土稍密、中密1.0～1.51.0～1.41.2～2.0密实1.2～1.81.2～1.50.6～1.2砂土稍密、中密1.2～1.61.0～1.51.0～2.0密实1.4～1.81.4～1.80.6～1.0土钉水平间距、竖向间距及长度经验值LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术注浆设计注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，水泥浆的水灰比宜为0.5～0.55，水泥砂浆的水灰比宜取0.4～0.45，同时，灰砂比宜取0.5～1.0，拌合用砂宜选用中粗砂，按重量计的含泥量不得大于3%；施工时加入适量的速凝剂和减水剂，水泥浆或水泥砂浆的强度不宜低于20MPa；水泥应采用普通硅酸盐水泥，强度不低于42.5级。当采用重力无压注浆时，土钉倾角宜大于15°。当土质较差，土钉倾角水平或较小时，可采用低压注浆或高压注浆，此时应配有排气管。当必须提供较大的土钉抗拔力时，可采用二次注浆。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术喷射混凝土面层及土钉和面层的连接设计土钉墙高度一般不大于12m，面层喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度宜取80mm～100mm；面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6mm～10mm，间距宜为150mm～250mm；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300mm。土钉必须与面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施。承压板应与土钉螺栓连接，承压板一般采用厚度不小于70mm、内配构造钢筋的多边形混凝土预制板；加强钢筋应与土钉钢筋焊接连接，加强钢筋一般采用长度不小于0.4m，直径宜取14mm～20mm，当充分利用土钉杆体的抗拉强度时，加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的1/2。LanzhouUniversityofTechnology第2章土钉墙支护技术坡顶防护及防排水设计土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶护面在坡顶1m内应配置与墙面内相同的钢筋，1m外在地表做防水处理即可。当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。坡顶和坡脚处应设置排水措施，排水措施主要