土钉墙设计

地下工程结构课程设计第1页共25页目录一，工程项目概况1.1建筑概况…………………………………….......................21.2工程地质条件………………………….…………………..3二，设计方案的比较………………………………………...........5三，方案具体设计过程3.1土压力计算………………………………………..……..63.2土钉参数计算……………………………………………93.3面层设计………………………………………………14四，方案的可行性验算4.1外部稳定性验算………………………………………144.2整体稳定性验算………………………………………164.3理正软件验算……………………………………………18五，参考资料…………………………………………………..23地下工程结构课程设计第2页共25页一，工程项目概况1.1建筑概况某建筑物层数为(地上)35层，地下室深度8.7m，总高度设计为100m，建(构)筑物安全等级为二级。本工程基坑开挖深度约为10m。本工程位于景田东路以南，莲花西路以西，南侧与一期相连，西侧为即将兴建的幼儿园。基坑支护应确保基坑周边的建(构)筑物不出现过大的变形。其中，景田东路北侧现为密集民房，距基坑开挖边线约为19m,即将兴建的幼儿园呈L型布置，其中最近处距基坑边约12m，其余为15m。在基坑北侧大约17米处里有管线，管线最底边埋深3米。由于基坑开挖较深，故基坑开挖时边坡需进行支护处理。132.3景田东路多层民房（若干栋）273244.3330.935.7223.2117莲花西路幼儿园地下工程结构课程设计第3页共25页1.2工程地质条件根据《深圳市万科房地产有限公司万科金色家园三期岩土工程地质勘察报告》，本场地基坑开挖范围内的地层结构及岩土工程性质特征自上而下为：1.2.1场地地层结构特征①人工填土(mlQ)：褐黄、褐红色、杂色。稍湿，松散状态。主要由粉质粘土组成，多见碎砼块及碎砖块等建筑垃圾和生活垃圾。②耕植层(mlQ)：灰黑、褐灰色。稍湿-湿，软塑～可塑状态。主要由粉质粘土组成，偶见植物根须。层厚0.30～1.20m。③第四系冲洪积层(plalQ)：褐黄色、黄、灰色。湿-饱和，软塑状态。顶部粘性土成分较纯，中下部中细砂含量约10～15％。层厚0.70～1.90m。④第四系坡积层(dlQ)：粉质粘土，紫红、褐红、褐黄色，间杂灰白色斑块等。湿，可塑～硬塑状态。富含紫红色铁锰质硬结核块。层厚0.70～4.50m。⑤第四系残积层(elQ)：粉质粘土，褐黄、褐红、紫红色，间杂灰白色斑块。湿～饱和，硬塑～坚硬状态。由其下覆涨合质片麻岩风化残积形成，原岩结构清晰可辨，偶见浅肉红色长英质岩脉，钾长石风化成粘性土，石英颗粒相对完整。层厚6.10～17.60m。余下为混合质片麻岩的全风化带、强风化带、中风化带及微风化带。1.2.2岩土工程性质特征在深基坑开挖影响范围内，各土层的物理力学性质指标。表1.1土层部分物理力学性质指标地下工程结构课程设计第4页共25页土层名称层底埋深(m)容重3γ(KN/m)压缩模量E(MPa)泊松比μ粘聚力C(KPa)内摩擦角φ（°）静止侧压力系数①人工填土4.4717.89.00.351515.00.53②耕植层土4.8718.09.00.361722.00.53③冲洪积层6.5718.97.80.4016.124.20.51④坡积层土8.7719.38.20.4020.717.50.50⑤残积层土22.5719.79.00.3832.124.00.48注：C、均为勘察报告所给出的报告值1.3地下水地下水主要赋存于地下3.0m处,发育良好，对施工会造成一定胡影响。二，设计方案比较土钉支护的特点及应用范围：土钉与土体形成复合体，提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载地下工程结构课程设计第5页共25页能力，延性，改变边坡突然坍方性质，有利于安全施工。土钉墙体位移小，一般测试约20mm，对相邻建筑影响小。设备简单，易于推广。由于土钉比土层锚杆长度小得多，钻孔方便，注浆亦易喷射混凝土等设备，施工单位均易办到。经济效益好，一般成本低于灌注桩支护。因分段分层施工，易产生施工阶段的不稳定性，因此必须在施工开始就进行土钉墙体位移监测，以便于采取必要的措施。适宜于地下水位以上或经降水措施后的杂填土、普通粘土或非松散性的砂土，一般认为可用于N值在5以上的砂质土与N值在3以上的粘性土。该基坑工程两侧有高楼和公共建筑，本工程场地不远处还有地下管线，周边生活区的地下管道有渗漏,地下水发育丰富的可能，会影响边坡的稳定。故综合考虑经济效益，施工安全，质量保证，施工工期，采用复合土钉墙的基坑支付方式比较合地下工程结构课程设计第6页共25页三，方案的具体设计过程按照《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)的要求，土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。为了对比分析，除用解析法计算外，还用理正软件电算。由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。复合型土钉挡墙支护——就是以水泥土搅拌桩帷幕等超前支护措施解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题，以水平向压密注浆及二次压力灌浆解决复合土钉挡墙土体加固及土钉抗拔力问题，以相对较长的插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流等问题，组成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护。3.1土压力计算3.1.1计算主动土压力系数根据本工程岩土工程勘察资料，自上而下土层分布为：①人工填土(mlQ)；②耕植层(mlQ)；③第四系冲洪积层(plalQ)；④第四系坡积层(dlQ)⑤第四系残积层(elQ)各土层的设计计算参数如表1.1：按照《建筑基坑支护技术规范》(JGJ120-99)土压力计算方法作为土侧向压力设计计算依据，即：主动土压力系数：Ka=tan2(45°-/2)地下工程结构课程设计第7页共25页(3.1)计算所得主动土压力系数表如表3.2：表3.1土层部分物理力学性质指标土层名称层底埋深(m)容重3γ(KN/m)粘聚力C(KPa)内摩擦角φ（°）主动土压力系数①人工填土4.4717.81515.00.588②耕植层土4.8718.01722.00.454③冲洪积层6.5718.916.124.20.419④坡积层土8.7719.320.717.50.537⑤残积层土22.5719.732.124.00.4223.1.2计算各层土压力基坑的开挖深度为10米,确定基坑侧壁的安全等级为二级，重要系数为1.10，基坑超载p=20kPa。墙后填土及物理力学性质指标如图3.2所示：主动土压力公式为：地下工程结构课程设计第8页共25页aakcrhkp2(3.2)式中Ka：主动土压力系数h:土层厚度γ：土的重度c：土的粘聚力第一层：σ1上=20×0.588-2×15×0.767=-11.25kPaσ1中=(20+17.8×3)×0.588-2×15×0.767=20.15kPaσ1下=(20+17.8×3+7.8×1.47)×0.588-2×15×0.767+10×1.47=41.6kPa第二层：σ2上=(20+17.8×3+7.8×1.47)×0.454-2×17×0.64+10×1.47=31.2kPaσ2=(20+17.8×1+7.8×1.47+8×0.4)×0.454-2×17×0.67+18.7=36.5kPa第三层：σ3上=(20+17.8×3+7.8×1.47+3.2)×0.419-2×16.1×0.467+18.7=49.9kPaσ3下=(20+17.8×3+7.8×1.47+2.8+8.9×1.7)×0.419-2×16.1×0.467+10×3.57=63.7kPa第四层：σ4上=(20+17.8×3+1.47×7.8+3.2+8.9×1.7)×0.537-2×20.7×0.733+10×3.57=60.5kPaσ4下=(20+17.8×3+1.47×7.8+3.2+9.3×2.2+8.9×1.7)×0.537-2×20.7×0.733+10×5.77=93.3kPa第五层：地下工程结构课程设计第9页共25页σ5上=(20+17.8×3+1.47×7.8+3.2+9.3×2.2+8.9×1.7)×0.422-2×0.649×32.1+10×5.77=68kPaσ5下=（20+17.8×3+1.47×7.8+3.2+8.9×1.7+9.3×2.2+9.7×1.23）×0.422-2×32.1×0.649+10×7=85.38kPa3.2土钉参数计算3.2.1土钉倾角土钉倾角一般在0-25°之间取值，其大小取决于土钉置入方式和土体分层特点等多种因素。由于土钉在土体中的作用是抗拔受拉，当倾角越小时，其水平拉力越大，越有利于土钉对土体的加固，但倾角过小，不利于施工。根据工程施工经验，土钉的倾角以不超过15°为宜。为便于施工确定该基坑的土钉倾角为10°。3.2.2土钉间距常用土钉间距Sh=Sv=(1.0～2.5)m，土钉间距太小不易打孔，太大承载不足，因此取土钉间距Sh=Sv=1.25m，基坑深10m,需打7排土钉。3.2.3土钉长度由公式：L=MH+S此处，M取0.8,S取1.3，H=10米算得，L=0.8×10+1.3=9.3米3.3.4土钉间距设计由公式：S1*S2K*D*L其中，K为注浆系数，取2。D为土钉孔直径，取150。L为10地下工程结构课程设计第10页共25页即S1*S22×0.150×10=3故取S1=S2=1.25米3.2.4土钉直径计算土钉直径d=(17,25)*S1*S2即d=（17*1.25*1.25，25*1.25*1.25）=（27，39）此处：d取28毫米由朗肯土压力可知，发生主动土压力时的滑裂面与水平面之间的夹角为45°+φ/2。土体加权内摩擦角336.0105.17tan2.22.24tan7.122tan4.015tan47.45tantantantantan0000432144332211hhhhhhhhhφ=18.6(1)土钉内力计算在土体自重和地表均布荷载作用下，每一土钉所受到的最大拉力或设计内力N，可用下式计算：ssvhpNcos1(3.3)式中：α：土钉倾角p：土钉与滑裂面交点处侧压力P1=13.87kPa25.125.187.1310cos11N=22kNP2=57.7kPa25.125.17.5710cos12N=91.5kN地下工程结构课程设计第11页共25页P3=33.8kPa25.125.18.3310cos13N=53.6kNP4=50.4kPa25.125.14.5010cos14N=79.9kNP5=65.7kPa25.125.17.6510cos15N=104.2kNP6=76.2kPa25.125.12.7610cos16N=120.89kNP7=71.4kPa25.125.14.7110cos17N=113.28kN(2)验算土钉直径ydsfdNF435.12(3.4)式中：Fs.d：土钉的局部稳定安全系数，取1.5fy：钢筋抗拉强度设计值，土钉采用HRB400级的螺纹钢筋，fy=360N/mm2N：土钉内力设计值d：土钉钢筋直径Nmax=120.89KN则1.5×120.89≤1.35×3.14×352/4×360显然验算成立，故可设各道土钉直径均选28，钻孔直径取150mm。(3)土钉锚固长度确定地下工程结构课程设计第12页共25页土钉长度包括两部分：自由段和锚固段，如图。经加权平均可知滑裂面角度45°＋φ/2=54.3°。根据三角形关系可确定自由段长度ιf1=6.1mιf2=5.25mιf3=4.25mιf4=3.5