土釘墻支護(hù)體系（15頁(yè)清楚明了）

1、土釘墻支護(hù)體系1.結(jié)構(gòu)形式土釘墻支護(hù)體系主要由土釘，面層，周圍巖土體及排水系統(tǒng)組成（如下圖）。土釘通常采用鉆孔注漿釘，釘材一般選用，級(jí)鋼筋，漿體一般選用水泥漿或水泥砂漿。面層通常采用網(wǎng)噴混凝土做成，排水系統(tǒng)視具體情況采用截水，淺層排水及深層排水三種方式。1水泥注漿 2級(jí)鋼筋 3鋼墊板 4鋼筋網(wǎng) 5第一層噴射砼 6第二層噴射砼 7第三層水泥砂漿除了鉆孔注漿釘外，還有打入型土釘（在土體中直接打入角鋼、圓鋼或鋼筋等，不再注漿）及射入型土釘（直接將帶孔的鋼管打入土中，然后高壓注漿形成土釘）。2.支護(hù)原理土釘墻是在土體內(nèi)放置一定長(zhǎng)度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足。通過(guò)以增強(qiáng)坡體自

2、身穩(wěn)定性的主動(dòng)制約機(jī)制來(lái)穩(wěn)定坡體，可以有效提高土體的整體剛度，彌補(bǔ)了土體抗拉、抗剪強(qiáng)度低的弱點(diǎn)。通過(guò)相互作用，土體自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞的性狀，顯著提高了整體穩(wěn)定性，更重要的是土釘墻受荷載過(guò)程中不會(huì)發(fā)生素土邊坡那樣的突發(fā)性塌滑，土釘墻不僅延遲塑性變形發(fā)展階段，而且具有明顯的漸進(jìn)性變形和開裂破壞，不會(huì)發(fā)生整體性塌滑。其加固機(jī)理主要表現(xiàn)在：（1）增強(qiáng)原位巖土體強(qiáng)度。土釘體與巖土體共同作用，形成復(fù)合體，從而提高原位巖土體強(qiáng)度，以彌補(bǔ)巖土體自身強(qiáng)度不足，增強(qiáng)坡體穩(wěn)定性。（2）土釘對(duì)復(fù)合土體起箍束骨架作用。由于土釘本身的強(qiáng)度與剛度，以及它在巖土體內(nèi)分布的空間組合形成的骨架網(wǎng)絡(luò)

3、可以約束巖土體變形。（3）土釘對(duì)復(fù)合體起分擔(dān)作用。土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和土體自重應(yīng)力，土釘有很高的抗拉抗剪強(qiáng)度，所以土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移，土釘分擔(dān)作用更為突出。（4）土釘起著應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用。土釘可以將滑裂域內(nèi)部分應(yīng)力傳遞到穩(wěn)定巖土體中，分散在較大范圍的巖土體內(nèi)，降低應(yīng)力集中程度。（5）對(duì)坡面變形起約束作用。在坡面上設(shè)置的與土釘在一起的鋼筋網(wǎng)噴射砼面板限制坡面開挖卸荷而膨脹變形，加強(qiáng)邊界約束的作用。3.計(jì)算方法選取何種計(jì)算方法關(guān)鍵在于搞清楚土釘墻發(fā)生何種破壞模式。土釘墻可能發(fā)生的的破壞模式分為內(nèi)部破壞，外部破壞及超量變形。對(duì)于外部破壞，工程中多采用類似于重力式擋土墻的計(jì)

4、算方法進(jìn)行水平滑動(dòng)穩(wěn)定，抗傾覆穩(wěn)定，墻底土承載力和整體抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)于內(nèi)部破壞，主要有極限平衡法，有限元法，工程簡(jiǎn)化法。極限平衡法又因?yàn)榘踩禂?shù)的定義，破裂面形狀假定等的不同又分為三種：（1）假定滑移面為雙曲線形并通過(guò)土坡坡腳，進(jìn)行力的極限平衡總體穩(wěn)定分析，僅考慮土釘?shù)目估饔?，土的抗剪?qiáng)度由莫爾庫(kù)侖準(zhǔn)則確定。（2）假定滑移面為過(guò)坡腳的拋物線形，僅考慮土釘?shù)目估饔?。?）假定滑移面為圓弧形，根據(jù)傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定中的條分法，并考慮穿過(guò)滑移面土釘?shù)目估⒖辜艉涂箯澴饔脕?lái)進(jìn)行力矩極限平衡分析。有限元法不僅可以計(jì)算出土釘墻中的土釘內(nèi)力，土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等，而且可以考慮土體的非均勻性及各向異性的復(fù)雜性

5、態(tài)。但其計(jì)算結(jié)果與計(jì)算模型及參數(shù)選取有關(guān)，對(duì)土釘內(nèi)力計(jì)算結(jié)果較好，變形計(jì)算結(jié)果不夠理想。工程簡(jiǎn)化法作為估算土釘拉力和為有經(jīng)驗(yàn)者進(jìn)行土釘初步設(shè)計(jì)是一種較為簡(jiǎn)便的方法。其實(shí)質(zhì)是直接給定臨界滑移面的位置及不同部位土釘?shù)淖畲罄?。常用的有二分之一分割法，楔形破壞滑移面法，雙折線滑移面法，王步云法，王長(zhǎng)科方法，冶金部建筑研究總院方法等。下面介紹建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程JGJ120-99方法：一.土釘抗拉承載力（圖3.2-1）圖3.2-1 土釘支護(hù)抗拉承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖噴射混凝土面層；2土釘（1） 單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算 （3.2-1）其中荷載折減系數(shù)可按下式計(jì)算 （3.2-2）式中 土釘墻坡面與水平

6、面的夾角；土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。 荷載折減系數(shù)；eajk 第j根土釘位置處的基抗水平荷載(土壓力)標(biāo)準(zhǔn)值；sxj、szj 第j根土釘與相鄰?fù)玲斊骄?、垂直間距；j 第j根土釘與水平面的夾角。（2） 對(duì)于基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)的土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按試驗(yàn)確定，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)可按下式計(jì)算： （3.2-3）式中 s土釘抗拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3； dnj第j根土釘錨固體直徑；qsik土釘穿越第i層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。li 第j根土釘在直線破裂面外穿越第i穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度，破裂面與水平面的夾角為。（3） 單根土釘抗拉承載力計(jì)算應(yīng)符合下列要求： （3.2-4）式中 0基坑側(cè)壁重要

7、性系數(shù)；Tjk第j根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Tuj第j根土釘抗拉承載力設(shè)計(jì)值。二.整體穩(wěn)定性驗(yàn)算（圖3.2-2）圖3.2-2 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算噴射混凝土面層； 2土釘（1） 單根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力可按下式確定： （3.2-5）式中 dnj 第j根土釘?shù)闹睆剑籷sik土釘穿越第i層土土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值。lni 第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度。（2） 土釘墻應(yīng)根據(jù)施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動(dòng)面采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，取一定長(zhǎng)度邊坡體，按下式進(jìn)行計(jì)算：0 （3.2-6）式中 n土條數(shù)；m滑動(dòng)體內(nèi)土釘數(shù)；rk整體滑動(dòng)分項(xiàng)系數(shù)，取 1.3；

8、0基坑側(cè)壁重要性系數(shù)；wi第i分條土重，滑裂面位于粘結(jié)土或粉土中時(shí)，按上覆土層的飽和土重度計(jì)算；滑裂面位于砂土或碎石類土中時(shí)，按上覆土層的浮重度計(jì)算；bi第i分條寬度；cik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值；ik第i分條滑裂面處土體固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)摩擦角；i第i分條滑裂面處中點(diǎn)切線與水平面夾角；土釘與水平面之間的夾角；Li 第i分條滑裂面處弧長(zhǎng)；s 計(jì)算滑動(dòng)體單元厚度；Tnj第j根土釘在圓弧滑裂面外錨固體與土體的極限抗拉力。4.適用范圍（1）土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和弱膠結(jié)砂土的基坑支護(hù)和邊坡加固。（2）土釘墻宜用于深度不大于12m的基坑支

9、護(hù)和邊坡支護(hù)，當(dāng)土釘墻與有限放坡、預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合使用時(shí)，深度可增加。（3）土釘墻不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫卵石層和淤泥質(zhì)土；不得用于沒有自穩(wěn)能力的淤泥和飽和軟弱土層。（4）現(xiàn)場(chǎng)需有允許設(shè)置土釘?shù)牡叵驴臻g。如為永久性土釘，更需長(zhǎng)期占用這些地下空間。當(dāng)基坑附近有地下管線或建筑物基礎(chǔ)時(shí)，則在施工時(shí)有相互干擾的問(wèn)題。土釘支護(hù)如果作為永久性結(jié)構(gòu)，需要專門考慮銹蝕等耐久性問(wèn)題。5.參考經(jīng)濟(jì)指標(biāo)設(shè)一基坑開挖深度為H，基坑寬為20米，基坑坡面坡角73.3地下水距基坑底5米，不考慮地下水影響，土質(zhì)為粘性土，容重18KN/M,黏聚力10kpa，內(nèi)摩擦角20，坑頂超載為均布荷載，q=15kpa，土釘與水平面的

10、傾角取15，土釘豎直間距取1.2米，水平間距取1.2米，機(jī)械成孔，取孔徑130。采用理正計(jì)算不同高度下的土釘墻主要工程量，以探究土釘墻在所給地質(zhì)情況下比較經(jīng)濟(jì)的適用高度。項(xiàng)目H=3米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米4.125520.625注漿立方米0.054754129.605鋼筋噸0.0046310014.325面層混凝土立方米63502100鋼筋噸0.2843000852總計(jì)：3016.556 單位表面積造價(jià)：50.275 每延米造價(jià)：150.827項(xiàng)目H=5米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米11.507557.535注漿立方米0.152654182.587鋼筋噸0.014

11、8310045.924面層混凝土立方米103503500鋼筋噸0.47430001422總計(jì)：5108.047單位表面積造價(jià)：51.080 每延米造價(jià)：255.402項(xiàng)目H=7米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米20.5595102.795注漿立方米0.27275411436.896鋼筋噸0.0329310051.15面層混凝土立方米143504900鋼筋噸0.66430001992總計(jì)：7244.448單位表面積造價(jià)：51.746 每延米造價(jià)：362.222項(xiàng)目H=9米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米52.1145260.57注漿立方米0.6913541374.031鋼筋噸0.

12、23643100733.021面層混凝土立方米183506300鋼筋噸0.85330002559總計(jì)：10226.623 單位表面積造價(jià)：56.814 每延米造價(jià)：511.331項(xiàng)目H=11米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米83.9315419.655注漿立方米1.1134541602.387鋼筋噸0.619331001920.04面層混凝土立方米223507700鋼筋噸1.04330003129總計(jì)：13771.086 單位表面積造價(jià)：62.595 每延米造價(jià)：688.554項(xiàng)目H=13米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米105.3565526.78注漿立方米1.3977541

13、756.158鋼筋噸0.716031002219.716面層混凝土立方米263509100鋼筋噸1.23230003696總計(jì)：16298.655 單位表面積造價(jià)：62.687 每延米造價(jià)：814.932項(xiàng)目H=15米單位數(shù)量單價(jià)（元）金額（元）土釘體鉆孔米124.7395623.695注漿立方米1.6548541895.273鋼筋噸0.841531002608.772面層混凝土立方米3035010500鋼筋噸1.42230004266總計(jì)：18893.741 單位表面積造價(jià)：62.979每延米造價(jià)：944.687 由于各項(xiàng)工程量皆為估算，且未計(jì)人工費(fèi)，機(jī)械臺(tái)班費(fèi)等其它費(fèi)用，所以導(dǎo)致具體造價(jià)與

14、實(shí)際存在出入，但是不影響為探究邊坡經(jīng)濟(jì)高度而將不同高度邊坡下的造價(jià)進(jìn)行比較。采用originpro模擬曲線如下圖：由圖形可知，單位表面積造價(jià)隨邊坡高度（3米至15米）的增加而增加，邊坡高度在7.5米以下時(shí)，造價(jià)基本隨高度緩慢增加，基本維持在51元左右，當(dāng)邊坡高度超過(guò)7米后，單位表面積造價(jià)開始急速上升，一直到11米左右增速放緩，11米之后造價(jià)又趨于緩和，基本維持在62.6元左右。從圖形分析可知，在采取土釘墻進(jìn)行支護(hù)的前提下，土釘墻經(jīng)濟(jì)高度以不超過(guò)7米為宜。雖然邊坡高度在11米之后造價(jià)又趨于緩和，但是從理正計(jì)算得出的土釘墻鉆孔過(guò)長(zhǎng)，在高度為13米時(shí)，上層土釘鉆孔已接近20米，增加施工難度，人工費(fèi)等

15、其它未計(jì)費(fèi)用占造價(jià)比例增大，所以11米之后數(shù)據(jù)代表性降低。加之結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，在本例所給地質(zhì)條件下，該經(jīng)濟(jì)高度是比較符合實(shí)際的。同樣，由每延米造價(jià)圖可以看出每延米造價(jià)隨邊坡高度增加而增加，但是在邊坡高度小于7米時(shí)，增速基本不變，當(dāng)超過(guò)7米后，增速變大，當(dāng)邊坡高度達(dá)到11米時(shí)，增速又減小，之后趨于穩(wěn)定。從圖分析知，7米至11米是造價(jià)快速增長(zhǎng)的范圍，結(jié)合以上單位表現(xiàn)積造價(jià)可以得在本例所給地質(zhì)及其他條件下，該土釘墻經(jīng)濟(jì)高度不超過(guò)7米為宜。6.工程實(shí)例設(shè)一基坑開挖深度為7m，建筑物7層，每層荷載取12Kpa,距基坑4.5m，則總荷載為127=84Kpa，建筑物每層3m共21m，根據(jù)規(guī)范取基坑深

16、為地面下1.4m，按條形基礎(chǔ)擴(kuò)散，則在基坑深度為5.9m處有影響，不考慮地下水影響，土質(zhì)為粘性土，容重18KN/M,黏聚力10kpa，內(nèi)摩擦角20。6.1土壓力計(jì)算 b條形基礎(chǔ)寬 取10mPk總的荷載標(biāo)準(zhǔn)值Z基底至軟弱下臥層距離P擴(kuò)散后荷載基底自重應(yīng)力值 6.1.1主動(dòng)土壓力計(jì)算 q地面荷載（）；土的重度（）； c土層粘聚力（kPa） 主動(dòng)土壓力系數(shù)， ，為土層內(nèi)摩擦角。Ea(1 1)= -280.839=-13.42(kPa)Ea(1 2)=(18.02.1)0.704-280.839=13.19(kPa)Ea(2 1)=(18.02.1)0.49-280.7=7.32(kPa)Ea(2 2

17、)=(18.02.1+20.812.0)0.49-280.7=27.72(kPa)Ea(3 1)=(18.02.1+20.812.0)0.438-290.662=22.87(kPa)荷載影響處Ea；(3 2)=(211.9+18.02.1+20.812.0)0.438-290.662=40.35(kPa)荷載影響處Ea；(3 1)=(26.73+18.02.1+20.812.0+21.001.8)0.438-29 0.662=51.13(kPa) Ea(3 2)=( 26.73+18.02.1+20.812.0+21.003.2)0.438-290.662=64.01(kPa)6.2土釘參數(shù)及

18、布置土釘墻水平傾角為，即按1:0.3放坡，土釘與水平面的傾角取，土釘豎直間距取，水平間距取，機(jī)械成孔，取孔徑130。具體見圖2.2土釘處主動(dòng)土壓力計(jì)算：第1點(diǎn)最大主動(dòng)土壓力根據(jù)公式：e1.2= 181.20.704-28 0.839=1.78(kPa)e2.4=(18.02.1+20.810.3)0.7-280.49=22.99(kPa)e3.6=(18.02.1+20.811.5)0.7-280.49=40.47(kPa)e4.8=(18.02.1+20.812.0+210.7)0.438-290.662=29.3(kPa)e6.0=(26.73+18.02.1+20.812.0+211.9

19、)0.438-290.662=52.05(kPa)6.3土釘設(shè)計(jì)6.3.1.折減系數(shù)計(jì)算 土釘墻坡面與水平面夾角，為（坡度1:0.3）。 6.3.2受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 其中：荷載折減系數(shù)； 第i個(gè)土釘位置處的基坑水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，（kPa）； 、-土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄?、垂直間距，（m）； -土釘與水平面的夾角。 =1.081.781.21.2/cos150 =2.87 =0.6822.991.21.2/cos150 =23.3 =0.6840.471.21.2/cos150 =41.0 =0.629.31.21.2/cos150 =26.2 =0.652.051.21.2/cos150 =4

20、6.56 6.3.3土釘受拉承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算 土釘受拉承載力設(shè)計(jì)值按以下公式計(jì)算：其中：-第i根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值，（kN）；-第i根土釘受拉承載力設(shè)計(jì)值，（kN）；-基坑側(cè)壁重要性系數(shù)，取1.0。 6.3.4土釘長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 土釘長(zhǎng)度按以下公式計(jì)算：其中：-土釘受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3； -第j根土釘錨固體直徑，（m）； -土釘穿越第i層土體與錨固體極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)取值；查表得，,。 -第i根土釘在直線破裂面外穿越第i穩(wěn)定土體內(nèi)的長(zhǎng)度,(m)。 6.3.5自由段長(zhǎng)度的計(jì)算自由段長(zhǎng)度按以下公式計(jì)算：其中：-第i排土釘自由段長(zhǎng)度（m）；-基坑深度（m）；-土釘墻坡面與水平面的夾角；-土釘與水平面的傾角?。坏?排土釘自由段長(zhǎng)度計(jì)算，hi=1.2m =5.80.44/0.85 =3m第1排土釘長(zhǎng)度： 第2土釘自由段長(zhǎng)度計(jì)算，hi=2.4m =4.60.44/0.85 =2.38m第2土釘長(zhǎng)度：第3土釘自由段長(zhǎng)度計(jì)算，hi=3.6m =3.40.44/0.85 =1.76m第3土釘長(zhǎng)度：第4土釘自由段長(zhǎng)度計(jì)算，hi=4.8m =2.20.44/0.85 =1.14m第4土釘長(zhǎng)度：第5土釘自由段長(zhǎng)度計(jì)算，hi=6.0m =0.44/0.85 =0.23m第5土釘長(zhǎng)度：綜合上述計(jì)算結(jié)果及施工因素，取第1排和第4排土釘長(zhǎng)度為8m，第2、3、5排土釘取10m。6.3.6桿體直徑計(jì)算：土釘桿體