土釘支護的設計與應用20090718改

土釘支護的設計與應用

中國建筑科學研究院

錢力航

2008年1月北京2/2/20231土釘支護是用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一項技術。土釘是在原位土體中先成孔(Ф75~150mm),置入鋼筋(Ф18~32mm)或鋼管,然后注入水泥砂漿或純水泥漿形成的含筋受力體。也可以是將鋼筋或鋼管直接擊入土體中作為受力體。還可以是將帶孔的鋼管擊入土體中,通過注入水泥漿形成的受力體。2/2/20232土釘支護的作用機理是當土體發(fā)生變形時,通過與土體接觸界面上的黏結力或磨擦力,使土釘受拉,從而約束土體的變形。土釘按較密的間距(≯1.5m)排列,依靠群體的作用,以保證邊坡的穩(wěn)定。2/2/20233現代土釘技術在上世紀70年代出現,許多國家?guī)缀踉谕粫r期內,各自獨立地提出了這種支護方法,并迅速加以開發(fā),廣泛地應用于邊坡穩(wěn)定和深基坑支護工程。我國的情況也是這樣,有記載的國內首例土釘工程是1980年山西太原煤礦設計院王步云在山西柳灣煤礦應用的邊坡支護工程。該工程挖深10.2m,坡角80度,邊坡長40m,采用注漿釘，釘長９m,孔徑12~20cm，鋼筋直徑25mm,傾角15度。2/2/20234雖然起步稍晚于國外,但由于我國經濟發(fā)展迅速,建設規(guī)模巨大,特別是高層建筑深基坑支護和高速公路、鐵路護坡的需要,土釘支護工程的數量估計已超過其它國家。土釘支護技術發(fā)展的內在原因是它具有下列優(yōu)點：１材料用量和工程量少，施工速度快；２施工設備輕便，操作簡便，最簡單的是洛陽鏟；2/2/20235３對場地土的適應性強，有一定黏性的砂土、粉土、硬塑和可塑的黏性土等均可；４所需施工場地小，能緊貼已有建筑物開挖；５因為是邊挖土邊支護，又是靠群體作用，安全度較高；６經濟，一般造價比錨桿低10～30％，也有說是其它支護結構價格的1/3~1/2．2/2/20236土釘支護的局限性：１現場須有設置土釘的地下空間；２在松散砂土、軟塑、流塑黏性土及豐富地下水土層中不能單獨使用；

３當作為永久結構時，須考慮防銹耐久問題。（法國規(guī)定見陳肇元《土釘支護在基坑工程中的應用》表1-1，輕腐蝕性土中，使用期30-100年，截面直徑加大4mm；中腐蝕性土中，截面直徑加大8mm）

另一個問題是由于發(fā)展太快，研究工作滯后，也出了不少工程事故。主要事故就是邊坡失去穩(wěn)定。

2/2/20237土釘的受力機理與錨桿是不同的。錨桿沿全長分為自由段和錨固段,作用于擋土墻或擋土樁上的側向土壓力通過自由段和錨固段傳遞到深部土體,起到錨固作用。錨桿的數量少,拉力大,一般都施加預應力。2/2/20238

土釘不分自由段和錨固段,它靠全長與土體接觸形成的黏結力傳遞荷載,與加固了的土體作為擋土結構,類似于重力式擋土墻。土釘的數量多,單根拉力小,靠的是群體作用。土釘一般也不施加預應力。2/2/20239土釘的類型與構造常用的土釘有注漿釘、擊入釘和擊入注漿釘。

1

注漿釘

在原位土體中先成孔,置入鋼筋或鋼管,然后在全長注入水泥砂漿或純水泥漿,有時也用細石混凝土,形成含筋的受力體?？讖揭话銥椐?5~150mm,鋼筋直徑一般為Ф18~32mm,鋼筋的屈服強度一般為400~500MPa,鋼筋強度過低不經濟,過高則脆性大,可焊性差。為保證鋼筋處于孔的中心位置,沿全長每隔2~3m應設置一個對中支架。2/2/202310注漿釘構造示意圖2/2/2023112/2/202312注漿的強度等級不應低于c25(≌12MPa),3天強度不低于6MPa?？刹捎弥亓虻蛪鹤{(≤0.5MPa)。對于端部通過螺母、墊板與面層相連的土釘,可以在漿體結硬后,用擰緊螺母的辦法施加少許預應力(約為設計拉力的10~20%)。此時應在離孔口留約30cm的一小段非黏結長度,用黏土填充,或在擰緊螺母后再注漿填滿。2/2/202313

2

擊入釘

擊入釘采用鋼筋、角鋼(L50×50×5或L60×60×6)、鋼管等材料直接擊入土中。不注漿。因其與土體的接觸面小，釘長受限止，故布置較密，每平米豎向投影面積內可設2~4根。擊入式土釘不適用于礫石土、硬膠結土、和松散砂土。2/2/202314

3擊入注漿釘

將周面帶孔端部封閉的鋼管擊入土中,然后從管內注漿,使?jié){液滲入土中形成土釘。土釘的長度土釘的長度l與基坑深度H之比,對非飽和土宜取0.5~1.2;對密實砂土和堅硬黏性土取低值;對軟塑黏性土l/H≮1.0。為減少支護變形,控制地面開裂,頂部土釘的長度應適當增加。非飽和土中底部土釘長度可適當減少,但不宜小于0.5H,含水量高的黏性土中釘長度不應減少。

2/2/202315土釘的傾角土釘向下的傾角宜為5~20o,采用重力注漿時不宜小于15o。在軟弱土層中可適當加大傾角,使土釘向下進入較好土層。土釘的間距土釘豎向和橫向間距不宜大于1.5m~2m,在軟土中不宜大于1m。2/2/202316土釘的面層

土釘的噴射混凝土面層厚度宜取50~150mm,混凝土強度等級不應低于c20,三天不應低于10MPa。噴射混凝土面層內應設置鋼筋網,鋼筋直徑宜采用6~10mm,網格尺寸宜為150~300mm,當面層厚度大于120mm時,宜設置雙層鋼筋網。2/2/202317土釘鋼筋與面層噴射混凝土可以通過鋼墊板、螺帽墊圈等方式連接,土釘與面層鋼筋應與加強筋焊接,加強筋連接相鄰的土釘,如圖所示。2/2/2023182/2/202319土釘的噴射混凝土面層宜插入基坑底面以下,插入深度不應小于0.3m;在基坑頂部也宜設置寬度為1~2m的噴射混凝土護頂面層。

土釘墻面的坡度不宜大于1:0.1,坡度越陡自然越容易坍塌。2/2/202320土釘的穩(wěn)定性分析基于土釘支護的作用機理,其穩(wěn)定性分析分為外部穩(wěn)定性分析和內部穩(wěn)定性分析。

外部穩(wěn)定性分析針對的是體外破壞,這時整個支護結構作為一個剛體,可能發(fā)生以下三種形式的破壞；a沿支護體底面滑動2/2/202321b繞支護面層底端(墻趾)傾復,或者支護底面豎向壓力過大,超過地基土的承載力而失穩(wěn);c與周圍和深部土體一起來整體滑動。前兩種破壞可按重力式擋土墻的模式進行分析;c種破壞則可按一般邊坡穩(wěn)定的方法進行分析。一般取抗滑安全系數≥1.3,抗傾復安全系數≥1.5。這種體外破壞的情況是否真會發(fā)生，尚有爭議。

2/2/202322建筑地基基礎設計規(guī)范JGJ500076．6．3邊坡支擋結構土壓力計算應符合下列規(guī)定：1計算支擋結構的土壓力時，可按主動土壓力計算；2邊坡工程主動土壓力應按下式進行計算：式中Ea——主動土壓力；

ψc——主動土壓力增大系數，土坡高度小于5m時宜取1.0；高度為5～8m時宜取1.1；高度大于8m時宜取1.2；

γ——填土的重度；

h——擋土結構的高度；

ka——主動土壓力系數，按本規(guī)范附錄L確定。2/2/202323當填土為無粘性土時(有的教課書上說,實踐表明,當填土為均勻的無粘性土,且20°≤α≤20°,β<φ時)，主動土壓力系數可按庫倫土壓力理論確定。當填土為均勻的無粘性土,β=0,10°≤α≤20°,δ<φ/3時,也可按庫倫土壓力理論計算被動土壓力。當支擋結構滿足朗肯條件(一般是指墻背光滑、墻后填土簡單的情況)時，主動土壓力系數可按朗肯土壓力理論確定。粘性土或粉土的主動土壓力也可采用楔體試算法圖解求得。

α

、β、δ、φ意義如下頁附圖所示。2/2/202324

厙侖土壓力理論的基本假定:1擋土墻是剛性的,墻后填土是無黏性土;2當墻身向前或向后移動、產生主動土壓力或被動土壓力時的滑動楔體是沿墻背和一個通過墻踵的平面發(fā)生滑動;3滑動土楔體可視為剛體,如右圖所示。厙侖土壓力理論是從滑動楔體處于極限平衡狀態(tài)時力的靜力條件出發(fā)求解主動土壓力和被動土壓力的.2/2/202325

朗肯土壓力理論是假定墻身背和填土之間沒有磨擦力,然后按墻身的移動情況,根據填土體內任一點處于主動或被動極限平衡狀態(tài)時最大和最小主應力間的關系求得主動和被動土壓力強度以及主動土壓力和被動土壓力.由于朗肯土壓力沒有考慮磨擦力,求得的主動土壓力偏大,而被動土壓力偏小,因此用朗肯土壓力設計擋土墻是偏于安全的.而且由于朗肯土壓力計算公式簡單,所以被廣泛應用.2/2/202326附錄LL.0.1擋土墻在主動土壓力作用下,其主動土壓力系數應按下列公式計算:q--地表均布荷載(以單位水平投影面積上的荷載強度計)2/2/202327L.0.2對于高度小于或等于5m的擋土墻,當排水條件符合本規(guī)范6.6.1條,填土符合下列質量要求時,其主動土壓力系數可按附圖查得.當地下水豐富時,應考慮水壓力作用.Ⅰ類碎石土:中密,干密度應≥2.0t/m3;Ⅱ類礫、粗、中砂：中密,干密度應≥１.６５t/m3;Ⅲ類黏土夾塊石：干密度應≥1.90t/m3;

Ⅳ類粉質黏土：干密度應≥1.６５t/m3;

2/2/2023282/2/2023292/2/2023302/2/2023312/2/2023326．6．5擋土墻的穩(wěn)定性驗算應符合下列要求（圖6.6.5-1）：1抗滑移穩(wěn)定性應按下式驗算；（6.6.5-1）

Gn=Gcosα0

Gt=Gsinα0

Eat=Easin(α－α0－δ)Ean=Eacos(α－α0－δ)

式中Ｇ——擋土墻每延米自重；

α0

——擋土墻基底的傾角；

α——擋土墻墻背的傾角；

δ——土對擋土墻墻背的摩擦角，可按表6.6.5-1選用；

μ——土對擋土墻基底的摩擦系數，由試驗確定，也可按表6.6.5-2選用。2/2/202333

表6.6.5-1土對擋土墻墻背的摩擦角δ擋土墻情況摩擦角δ墻背平滑、排水不良(0～0.33)φk墻背粗糙，排水良好(0.33～0.50)φk墻背很粗糙，排水良好(0.50～0.67)φk墻背與填土間不可能滑動(0.67～1.00)φk

注：φk為墻背填土的內摩擦角。2/2/202334

表6.6.5-2土對擋土墻基底的摩擦系數μ土的類別摩擦系數μ粘性土可塑0.25～0.30硬塑0.30～0.35堅硬0.35～0.45粉土0.30～0.40中砂、粗砂、礫砂0.40～0.50碎石土0.40～0.60軟質巖0.40～0.60表面粗糙的硬質巖0.65～0.75

注：1對易風化的軟質巖和塑性指數Ｉp大于22的粘性土，基底摩擦系數應通過試驗確定。2對碎石土，可根據其密實程度、填充物狀況、風化程度等確定。2/2/2023352抗傾覆穩(wěn)定性應按下式驗算（圖6.6.5-2）：

Eax=Easin(α－δ)

Eaz=Eacos(α－δ)

xf=b-zcotαzf=z-btanα0

式中z——土壓力作用點離墻踵的高度；x0——擋土墻重心離墻趾的水平距離；b——基底的水平投影寬度。

2/2/2023363整體滑動穩(wěn)定性驗算：可采用圓弧滑動面法。4地基承載力驗算，除應符合本規(guī)范第5.2節(jié)的規(guī)定外，基底合力的偏心距不應大于0.25倍基礎的寬度。當基底下有軟弱下臥層時，尚應驗算下臥層的承載力。2/2/202337

內部穩(wěn)定性分析針對的是體內破壞，此時破壞面全部或部分穿過加固了的土體。2/2/202338

計算分析采用邊坡穩(wěn)定的極限平衡方法，破壞面的形狀假定為圓弧面、拋物面、雙折線面或對數螺旋曲面中的一種，破壞面的底端通過坡面底端，破壞面與地表的交線需通過試算確定，此交線至擋土墻面的距離一般不超過墻高的0·35倍。破壞面上的作用力要考慮水壓力的影響。破壞面上的抗力為土體的抗剪力與土釘提供的抗力之和。常用條分法進行計算。2/2/202339建筑基坑支護技術規(guī)程JGJ120-996.1土釘抗拉承載力計算6.1.1單根土釘抗拉承載力計算應符合下式要求:1.25γ0Tjk≤Tuj

(6.1.1)式中Tjk---第j根土釘受拉荷載標準值,可按本規(guī)程6.1.2條確定;Tuj---第j根土釘抗拉承載力設計值,可按本規(guī)程6.1.4條確定;

2/2/2023406.1.2

單根土釘受拉荷載標準值可按下式計算:Tjk=ζeajksxjszj/cosαj

(6.1.2)式中ζ---荷載折減系數,根據本規(guī)程6.1.3條確定;eajk—第j個土釘位置處的基坑水平荷載標準值;Sxj、szj—第j根土釘與相鄰土釘的水平、垂直間距;

αj--第j根土釘與水平面的夾角。2/2/2023416.1.3

荷載折減系數ζ可按下式計算:

(6..1.3)式中β---土釘墻坡面與水平面的夾角。2/2/2023426.1.4對于基坑側壁安全等級為二級的土釘抗拉承載力設計值應按試驗確定,基坑側壁安全等級為三級時可按下式計算(圖6.1.4):式中γs---土釘抗拉抗力分項系數,取1.3;

dnj---第j根土釘錨固體直徑;

qsik---土釘穿越第i層土體與錨固體極限摩阻力標準值,應由現場試驗確定,如無試驗資料,可采用表6.1.4確定;

li—第j根土釘在直線破裂面外穿越第層穩(wěn)定土體內的長度,破裂面與水平面的夾角為(β+φ)/2

2/2/2023432/2/202344表4.4.32/2/2023456.2.1土釘墻應根據施工期間不同開挖深度及基坑底面以下可能滑動面用圓弧滑動面簡單條分法(圖6.2.1)按下式進行整體穩(wěn)定性驗算:2/2/2023462/2/202347式中n---滑動體分條數;m---滑動體土釘數;γk---整體滑動分項系數;γ0---基坑側壁重要性系數wi-第i分條土重,滑裂面位于黏性土或粉土中時,按上覆土層的飽和土重度計算;滑裂面位于砂土或碎石類土中時,按上覆土層重的浮重度計算;bi-第i分條寬度;Cik-第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪黏聚力標準值;fik-第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪內磨擦角標準值;θi-第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角;Αj-土釘與水平面之間的夾角;Li-第i分條滑裂面處弧長:S-計算滑動體單元厚度;Tnj-第i根土釘在圓弧滑動面外錨固體與土體的極限抗拉力,可按本規(guī)程第6.2.2條確定.2/2/2023486.2.2

單根土釘在圓弧滑動面外錨固體與土體的極限抗拉力Tnj,可按下式確定:Tnj=π

dnj∑qxiklni(6.2.2)式中-第i土釘在圓弧滑動面外穿越第i層穩(wěn)定土體內的長度.2/2/202349附錄A圓弧滑動簡單條分法A.0.1水泥土墻、多層支點排樁及多層支點地下連續(xù)墻嵌固深度計算值h0宜按整體穩(wěn)定條件采用圓弧滑動簡單條分法確定(圖A.0.1):2/2/202350式中n---滑動體分條數;

γk---整體滑動分項系數;wi-作用于滑裂面第i分條土重,按上覆土層的天然土重計算;bi-第i分條寬度;Cik、fik-第i分條滑裂面處土體固結不排水(快)剪黏聚力和內磨擦角標準值;

θi-第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角;li-第i分條滑裂面處弧長.

公式的實質是對圓心的抗滑力矩大于滑動力矩.當嵌固深度下部存在軟弱土層時,尚應驗算軟弱下臥層的整體穩(wěn)定性.2/2/202351A.0.2對于均質黏性土及地下水位以上的粉土或砂類土,嵌固深度h0可按下式確定:h0=n0h(A.0.2)式中n0---嵌固深度系數,當整體滑動分項系數γk取1.3時,可根據三軸試驗(當有可靠經驗時,可采用直接剪切試驗)確定的土層固結不排水(快)剪內磨擦角fik及黏聚力系數δ查表A.0.2獲得,黏聚力系數δ可按本規(guī)程第A.0.3條確定.2/2/2023522/2/202353A.0.3黏聚力系數應按下式確定:δ=ckγh(A.0.3)式中

γ---土的天然重度

A.0.4嵌固深度設計值可按下式確定:hd=1.1h0

(A.0.4)式中---h0根據本規(guī)程第A.0.1條或第A.0.2條計算的嵌固深度2/2/202354事實上公式(A.0.1)是要通過試算才能進行的,因為式中θi

是未知數．先將公式改寫為公式右邊表示的就是安全系數．式中的θi

與圓心的位置有關,要先假定幾個圓心的位置，讓滑裂面通過坡腳,用假定的θi進行計算，找到安全系數最小的滑裂面就是最危險滑裂面，或者找到與規(guī)定安全系數相應的滑裂面就是需要確定的滑裂面．如采用總安全系數,一般取K=1.2~1.5。條分法的麻煩之處就是要進行試算.2/2/202355現在問題變成如何找到最危險的圓弧滑動面,根據大量計算的經驗,當f=0時,最危險圓弧滑動面的圓心就是圖中的o點.它的位置與坡角β及角a角b有關,角a角b可根據坡角β從表9-1查得.2/2/202356當f>0時,最危險圓弧滑動面的圓心將沿EO線向上移動,并可用試算法確定.先在EO延長線上任意選取若干點O1、O2、O3……作為可能滑動面的圓心,算出相應的穩(wěn)定安全系數,然后從O1、O2、O3……各點作EO線的垂直線,在垂直線上按一定比例量取相應安全系數的值,得到一條曲線,從而得到相應于最小安全系數的o’點.再從o’點作EO線的垂直線,在垂直線上任意選取若干點O1‘、O2’、O3’……作為可能滑動面的圓心,算出相應的穩(wěn)定安全系數,按同樣的方法求得最小安全系數的點,就是最危險圓弧滑動面的圓心.2/2/202357最危險圓弧滑動面的圓心也可用圖9-6所示方法確定.即在BC線上按圖示選取1、2、3、4、5諸點,分別以這些點為圓心,過坡腳作圓弧,求出相應的安全系數K,連成K值變化曲線,以K值最小的點作為最危險圓弧滑動面的圓心.2/2/202358在黏性土坡坡頂滑動面范圍內常可能出現一些由于土的干縮或拉力作用產生的近乎豎向的裂縫。從土坡分析的角度看,裂縫出現后,滑弧的長度由AC縮短為AC’,減少了抗滑力,但由于墻體體積減小,也減小了滑動力。因此在土坡計算時可不考慮這種裂縫的影響。但要注意由于裂縫的存在,雨水易滲入,造成土體抗剪強度降低、容重增加、積水產生的靜水壓力等不利因素.2/2/202359土坡內有滲流時,各分條土的自重應為浸潤當線以上部分(按土的濕重度或飽和重度計算)和浸潤線以下部分(按土的浮重度計算)之和。還應考慮動水壓力產生的滑動力矩(對圓心).2/2/202360動水力的精確計算要通過繪制流網圖來解決,比較煩瑣.近似計算則可以浸潤線與滑動面的交點A、C兩點連成的直線AC的斜率作為浸潤線以下滑動土體的平均水力坡降，這樣一來，作用在浸潤線以下滑動土體的總動水力j(t/m)可近似按下式計算：j=γwipＡ（９－５）式中γw－水的重度，t/mip－作用于面積內的平均水力坡降；Ａ－浸潤線以下滑動土體的面積，m２?？倓铀ψ饔迷诮櫨€以下滑動土體的面積Ａ的形心上，作用方向與線平行。因為在滲流狀態(tài)下，土體在自重作用下已固結，因此土的抗剪強度指標可用慢剪法確定．

2/2/202361在地震烈度為７度或７度以上的地區(qū)，對重要建筑物附近的土坡應驗算地震荷載作用下的穩(wěn)定性（不考慮地下水豎向加速度的影響）。地震荷載可作為與滑動方向一致的水平推力，并作用于各土條的重心上，其值可按下式計算：Ｐai=kwi式中Ｐai－第i土條的地震荷載;Wi-第i土條的自重；k－地震系數，為地震水平加速度與重力加速度的比值，當地震烈度為７度時取1/40，8度時取1/20,9度時取1/10。對一般建筑物可為考慮地震荷載作用，但宜適當加大安全系數。2/2/202362穩(wěn)定邊坡的圖解法

圖9-9中縱坐標代表土坡的穩(wěn)定參數Ns,Ns=γH/c式中c---土坡穩(wěn)定所應具有的內聚力,t/m2;

γ---土的重度,t/m3;H---土坡的穩(wěn)定高度,m。

橫坐標是穩(wěn)定坡角β.

利用圖9-9,根據內磨擦角f可以很快確定簡單均勻土坡的穩(wěn)定坡高H或穩(wěn)定坡角β.也可用此法初步確定形狀復雜或土質不太均勻土坡的試算截面.2/2/202363影響土釘墻穩(wěn)定性的因素1土釘墻的高度

土質均勻的土坡，高度以5~13m為宜，實際工程有超過的，但風險太大。國外用于鐵路邊坡的永久性土釘最大坡高達28m;用于基坑支護的,最大坑深達到21m。國內土釘支護的最大基坑深度也達到了18m。深度超過13m的基坑,土釘最好與預應力錨桿或微型樁等其它支護技術聯合使用。2/2/202364

以下各種因素的分析以各項穩(wěn)定安全系數來衡量KPminN——通過最下一排土釘頭處滑動面最小穩(wěn)定安全系數；KPminD-----通過基坑底面處滑動面最小穩(wěn)定安全系數；Kn---通過最下一排土釘頭處不考慮土釘作用時滑動面最小穩(wěn)定安全系數；Kd---

通過基坑底面處不考慮土釘作用時滑動面最小穩(wěn)定安全系數；Kh---外部穩(wěn)定性計算中抗滑安全系數;Kq---外部穩(wěn)定性計算中抗傾覆安全系數;Kc---外部穩(wěn)定性計算中承載力安全系數;KBmin---土釘抗拔驗算最小安全系數;

Kf---土釘總抗拔力安全系數2/2/202365

2墻面傾角

在其他參數不變的情況下(以后分析均基于此),隨著墻面傾角的減小,穩(wěn)定安全系數KPminNKPminDKnKdKqKf均有所增加,范圍在16%~63%,Kq增加較大,Kh

Kc和KBmin與墻面傾角無直接關系,如下表所示2/2/202366墻面傾角090858075706055KPminN1.21.31.31.31.31.41.5

KPminD1.21.31.31.31.31.31.4Kn

0.80.80.90.90.91.01.2Kd0.70.80.80.90.91.01.0Kh3.23.23.23.23.23.23.2Kq3.03.64.04.24.85.57.0Kc2.62.62.62.62.62.62.6KBmin3.23.23.23.23.23.23.2Kf3.43.63.84.14.34.54.82/2/202367

3土類

實踐表明,一般粘性土和粉土,較密實的人工填土,非松散的砂土、碎石土對土釘墻穩(wěn)定有利,而淤泥質土、飽和軟土等對土釘墻穩(wěn)定不利2/2/202368

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內摩擦角φ

隨著φ的增加KPminNKPminDKnKdKhKqKcKBminKf都有不同程度的增大,其中KhKBminKf

增加幅度最大,達42-90倍,Kd增加最小,也增加了2.2倍,可見內摩擦角φ是影響土釘穩(wěn)定性的主要因素之一下表中KPminN=KPminD,Kn=KdΦ11.517.223.029.034.540.046.552.0KPminN0.60.80.91.11.31.51.72.0Kn0.50.60.70.750.80.91.01.1Kh0.40.71.11.93.15.29.016.5

Kq1.41.72.22.93.95.37.711.7Kc0.40.71.01.62.53.85.86.6KBmin0.10.21.01.93.14.26.08.9

Kf0.30.51.12.03.66.511.922.52/2/2023692/2/202370續(xù)表1-312/2/2023712/2/202372續(xù)表1-322/2/2023732/2/2023742/2/202375天津塘沽2/2/2023762/2/2023772/2/2023782/2/2023792/2/2023802/2/2023812/2/2023822/2/2023832/2/2023842/2/202385續(xù)表1-142/2/2023865內聚力

隨著內聚力c增加,除Kq外KPminNKPminDKnKdKhKcKBminKf都有不同程度增大,KnKd

較明顯,

KPminNKPminDKhKc變化較小,如下表.表中

KPminN=KPminD,Kn=Kd

ckN/m3

05101215202530

KPminN1.01.11.21.31.41.51.61.8Kn0.30.60.80.91.01.11.31.4Kh2.93.03.13.23.33.43.63.7Kq4.04.04.04.04.04.04.04.0Kc1.92.22.52.62.73.03.33.6KBmin0.82.03.03.23.64.35.57.7Kf1.52.23.33.84.86.89.111.3

2/2/2023876土釘長度

KPminNKPminDKhKqKcKBminKf均隨土釘長度增加有不同程度的增加,其中KBmin在土釘長度增加到一定程度后就不再增加了

土釘長度m02345678910KPminN0.80.91.01.21.31.41.61.71.81.9KPminD0.81.01.11.21.31.41.51.61.71.8

Kh1.31.92.63.23.94.55.25.86.5Kq0.91.72.74.05.57.29.211.413.8Kc0.41.01.82.63.23.84.24.64.9KBmin0.71.12.53.23.23.23.23.23.2

Kf1.22.53.85.06.07.07.78.42/2/202388

7

土釘密度

KPminNKPminDKBminKf隨土釘密度增加而增大,且土釘密度越大,增大的幅度越大.由于計算理論假定因素,KhKqKc與土釘密度無關SX=SY

m0.50.81.251.501.802.102.402.703.00

無釘土釘排PminN1.91.61.31.21.21.21.11.11.1KPminD1.71.51.31.21.11.11.11.00.90.8Kh3.23.23.23.23.23.23.23.23.2Kq4.04.04.04.04.04.04.04.04.0

Kc2.62.62.62.62.62.62.62.62.6

KBmin18.77.33.22.21.61.30.90.80.6

Kf23.29.13.82.71.91.41.10.80.72/2/2023898坡頂超載p

KPminNKPminDKnKdKhK

KcKBminKf隨坡頂超載的增大而減小,變化幅度一般在17~43%之間,對總拔力安全系數Kf影響較大,下表中

KPminN≈KPminDKn≈Kd

PkN/m206121824304050KPminN1.41.31.31.31.21.21.21.1Kn

0.90.90.80.80.80.80.70.7Kh3.53.43.23.13.02.92.82.7Kq4.64.24.03.73.53.33.12.8Kc3.02.82.62.42.32.11.91.7KBmin3.63.43.23.13.02.82.62.4

Kf5.44.43.83.43.12.92.62.32/2/202390土釘支護工作性能的實測結果國內外對土釘支護做了大量量測試驗,得出土釘支護在一般土體自重作用下的基本工作特點有:1隨著基坑往下開挖,支護結構不斷向外位移,在勻質土中,支護面的位移沿高度大體呈線性變化,近乎繞趾部向外轉動,最大位移發(fā)生在頂部(圖1-11).但在非勻質土中,最大位移點的位置可能向下移動.從為數極少的破壞現象發(fā)現,土釘支護的破壞是一個連續(xù)的過程;

2/2/2023912土釘置入土體后,如果土體不變形,不會立即受力.隨著基坑往下開挖、地表加載而發(fā)生土體變形時,或土體發(fā)生徐變時,土釘即會場受力.試驗表明,只要土體產生微小的變形,也會使土釘受力;3土釘在工作階段很少受到彎剪作用,只有在支護結構沿滑裂面失穩(wěn)破壞時,滑裂面附近的土釘才同時受到拉彎剪的聯合作用2/2/2023924土釘的拉力沿其長度變化,最大拉力部位隨著基坑往下開挖,從靠近面層的端部逐漸向里移,一般發(fā)生在可能失穩(wěn)的破壞面上.當土釘長度較短時,破壞面可能移出上部土釘之外,這些土釘中的最大拉力,一般發(fā)生在釘長的中部;5當破壞面穿過土釘加固的土體時,土體被分為失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)兩部分,土釘在破壞面處可能屈服,可能被拔出;2/2/2023936不同深度位置上的土釘,其受到的最大拉力有很大差別,底部和頂部的土釘受力較小,靠近中間部位的土釘受力較大.但在接近破壞時,底部土釘的拉力顯著增大;7混凝土面層的側向土壓力,沿高度的分布也是中間大,上、下小.接近梯形而不是三角形,壓力的合力值要比擋土墻理論給出的計算值(朗金主動土壓力)低得多.這表明土釘支護的面層完全不同于一般的擋土墻.支護面層所受的土壓力合力遠小于土釘受到的最大拉力之和.2/2/202394法國CEBTP的大型試驗法國Clouterre研究項目完成了三個大型土釘試驗.土體用砂級配均勻,每層20cm夯實堆積而成,中密,f=38°,c=3kPa,標準貫入擊標準貫入擊數在1m深處為8,6m深處為15。為保證二維平面工作,在墻的兩個側面邊界上,均有雙層塑料膜與周圍隔開,塑料膜之間涂油以減小摩擦力.三個試驗中的一號墻高7m,寬7.5m,為保證發(fā)生預定的土釘抗拉強度破壞,設計時使土釘有足夠的長度,并將抗拉強度的安全系數降到1.1。最后從頂部加水使土體逐漸飽和引起破壞.2/2/202395

以鋁管作為土釘,管徑16~40mm,壁厚1~2mm,頂部第一排土釘的截面最小(Ф16,厚1mm).土釘的孔徑均為63mm,鋁管外低壓注漿.土釘的水平間距1.15m,豎向間距1m.墻體分步修建,每步挖深1m。用鋁管做土釘是為了同時提供拉力和彎矩(圖1-12a,b).2/2/2023962/2/202397

圖1-13a是開挖到一定深度