土釘墻支護體系

1、土釘墻支護體系1.結構形式土釘墻支護體系主要由土釘，面層，周圍巖土體及排水系統組成（如下圖）。土釘通常采用鉆孔注漿釘，釘材一般選用，級鋼筋，漿體一般選用水泥漿或水泥砂漿。面層通常采用網噴混凝土做成，排水系統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級鋼筋 3鋼墊板 4鋼筋網 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.支護原理土釘墻是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體與土共同作用，彌補土體自身強度的不足。通過以增強坡體自

2、身穩(wěn)定性的主動制約機制來穩(wěn)定坡體，可以有效提高土體的整體剛度，彌補了土體抗拉、抗剪強度低的弱點。通過相互作用，土體自身結構強度潛力得到充分發(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程中不會發(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性變形和開裂破壞，不會發(fā)生整體性塌滑。其加固機理主要表現在：（1）增強原位巖土體強度。土釘體與巖土體共同作用，形成復合體，從而提高原位巖土體強度，以彌補巖土體自身強度不足，增強坡體穩(wěn)定性。（2）土釘對復合土體起箍束骨架作用。由于土釘本身的強度與剛度，以及它在巖土體內分布的空間組合形成的骨架網絡

3、可以約束巖土體變形。（3）土釘對復合體起分擔作用。土釘與土體共同承擔外荷載和土體自重應力，土釘有很高的抗拉抗剪強度，所以土體進入塑性狀態(tài)后，應力逐漸向土釘轉移，土釘分擔作用更為突出。（4）土釘起著應力傳遞與擴散作用。土釘可以將滑裂域內部分應力傳遞到穩(wěn)定巖土體中，分散在較大范圍的巖土體內，降低應力集中程度。（5）對坡面變形起約束作用。在坡面上設置的與土釘在一起的鋼筋網噴射砼面板限制坡面開挖卸荷而膨脹變形，加強邊界約束的作用。3.計算方法選取何種計算方法關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部破壞，外部破壞及超量變形。對于外部破壞，工程中多采用類似于重力式擋土墻的計

4、算方法進行水平滑動穩(wěn)定，抗傾覆穩(wěn)定，墻底土承載力和整體抗滑穩(wěn)定性驗算。對于內部破壞，主要有極限平衡法，有限元法，工程簡化法。極限平衡法又因為安全系數的定義，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土坡坡腳，進行力的極限平衡總體穩(wěn)定分析，僅考慮土釘的抗拉作用，土的抗剪強度由莫爾庫侖準則確定。（2）假定滑移面為過坡腳的拋物線形，僅考慮土釘的抗拉作用。（3）假定滑移面為圓弧形，根據傳統邊坡穩(wěn)定中的條分法，并考慮穿過滑移面土釘的抗拉、抗剪和抗彎作用來進行力矩極限平衡分析。有限元法不僅可以計算出土釘墻中的土釘內力，土體應力應變關系等，而且可以考慮土體的非均勻性及各向異性的復雜性

5、態(tài)。但其計算結果與計算模型及參數選取有關，對土釘內力計算結果較好，變形計算結果不夠理想。工程簡化法作為估算土釘拉力和為有經驗者進行土釘初步設計是一種較為簡便的方法。其實質是直接給定臨界滑移面的位置及不同部位土釘的最大拉力。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技術規(guī)程JGJ120-99方法：一.土釘抗拉承載力（圖3.2-1）圖3.2-1 土釘支護抗拉承載力計算簡圖1 噴射混凝土面層；2土釘（1） 單根土釘受拉荷載標準值可按下式計算 （3.2-1）其中荷載折減系數可按下式計算 （3.2-2）式中 土釘墻坡面與

6、水平面的夾角；土的內摩擦角標準值。 荷載折減系數；eajk 第j根土釘位置處的基抗水平荷載(土壓力)標準值；sxj、szj 第j根土釘與相鄰土釘平均水平、垂直間距；j 第j根土釘與水平面的夾角。（2） 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： （3.2-3）式中 g s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層土土體與錨固體極限摩阻力標準值。li 第j根土釘在直線破裂面外穿越第i穩(wěn)定土體內的長度，破裂面與水平面的夾角為。（3） 單根土釘抗拉承載力計算應符合下列要求： （3.2-4）式中 g 0

7、基坑側壁重要性系數；Tjk第j根土釘受拉荷載標準值；Tuj第j根土釘抗拉承載力設計值。二.整體穩(wěn)定性驗算（圖3.2-2）圖3.2-2 整體穩(wěn)定性驗算1 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根土釘的直徑；qsik土釘穿越第i層土土體與錨固體極限摩阻力標準值。lni 第j根土釘在圓弧滑裂面外穿越第i層穩(wěn)定土體內的長度。（2） 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采用圓弧滑動簡單條分法，取一定長度邊坡體，按下式進行計算：0 （3.2-6）式中 n土條數；m滑動體內土釘數；rk整體滑動分項系數

8、，取 1.3； g 0基坑側壁重要性系數；wi第i分條土重，滑裂面位于粘結土或粉土中時，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）剪粘聚力標準值；ik第i分條滑裂面處土體固結不排水（快）剪內摩擦角；i第i分條滑裂面處中點切線與水平面夾角；土釘與水平面之間的夾角；Li 第i分條滑裂面處弧長；s 計算滑動體單元厚度；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人工降水后的人工填土、粘性土和弱膠結砂土的基坑支護和邊坡加固。（2）土釘墻宜用于深度

9、不大于12m的基坑支護和邊坡支護，當土釘墻與有限放坡、預應力錨桿聯合使用時，深度可增加。（3）土釘墻不宜用于含水豐富的粉細砂層、砂礫卵石層和淤泥質土；不得用于沒有自穩(wěn)能力的淤泥和飽和軟弱土層。（4）現場需有允許設置土釘的地下空間。如為永久性土釘，更需長期占用這些地下空間。當基坑附近有地下管線或建筑物基礎時，則在施工時有相互干擾的問題。土釘支護如果作為永久性結構，需要專門考慮銹蝕等耐久性問題。5.參考經濟指標設一基坑開挖深度為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，土質為粘性土，容重18KN/M,黏聚力10kpa，內摩擦角20，坑頂超載為均布荷載，q=15k

10、pa，土釘與水平面的傾角取15，土釘豎直間距取1.2米，水平間距取1.2米，機械成孔，取孔徑130。采用理正計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情況下比較經濟的適用高度。項目H=3米單位數量單價（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：3016.556 單位表面積造價：50.275 每延米造價：150.827項目H=5米單位數量單價（元）金額（元）土釘體鉆孔米11.507557.535注漿立方米0.152654182.5

11、87鋼筋噸0.0148310045.924面層混凝土立方米103503500鋼筋噸0.47430001422總計：5108.047單位表面積造價：51.080 每延米造價：255.402項目H=7米單位數量單價（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：7244.448單位表面積造價：51.746 每延米造價：362.222項目H=9米單位數量單價（元）金額（元）土釘體鉆孔米52.1145260.57注漿立方米0.691354137

12、4.031鋼筋噸0.23643100733.021面層混凝土立方米183506300鋼筋噸0.85330002559總計：10226.623 單位表面積造價：56.814 每延米造價：511.331項目H=11米單位數量單價（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：13771.086 單位表面積造價：62.595 每延米造價：688.554項目H=13米單位數量單價（元）金額（元）土釘體鉆孔米105.3565526.78注漿立方

13、米1.3977541756.158鋼筋噸0.716031002219.716面層混凝土立方米263509100鋼筋噸1.23230003696總計：16298.655 單位表面積造價：62.687 每延米造價：814.932項目H=15米單位數量單價（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：18893.741 單位表面積造價：62.979每延米造價：944.687 由于各項工程量皆為估算，且未計人工費，機械臺班費等其它費用

14、，所以導致具體造價與實際存在出入，但是不影響為探究邊坡經濟高度而將不同高度邊坡下的造價進行比較。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，造價基本隨高度緩慢增加，基本維持在51元左右，當邊坡高度超過7米后，單位表面積造價開始急速上升，一直到11米左右增速放緩，11米之后造價又趨于緩和，基本維持在62.6元左右。從圖形分析可知，在采取土釘墻進行支護的前提下，土釘墻經濟高度以不超過7米為宜。雖然邊坡高度在11米之后造價又趨于緩和，但是從理正計算得出的土釘墻鉆孔過長，在高度為13米時，上層土釘鉆孔已接近20米，增

15、加施工難度，人工費等其它未計費用占造價比例增大，所以11米之后數據代表性降低。加之結合相關規(guī)范及工程經驗，在本例所給地質條件下，該經濟高度是比較符合實際的。同樣，由每延米造價圖可以看出每延米造價隨邊坡高度增加而增加，但是在邊坡高度小于7米時，增速基本不變，當超過7米后，增速變大，當邊坡高度達到11米時，增速又減小，之后趨于穩(wěn)定。從圖分析知，7米至11米是造價快速增長的范圍，結合以上單位表現積造價可以得在本例所給地質及其他條件下，該土釘墻經濟高度不超過7米為宜。6.工程實例設一基坑開挖深度為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21

16、m，根據規(guī)范取基坑深為地面下1.4m，按條形基礎擴散，則在基坑深度為5.9m處有影響，不考慮地下水影響，土質為粘性土，容重18KN/M,黏聚力10kpa，內摩擦角20。6.1土壓力計算 b條形基礎寬 取10mPk總的荷載標準值Z基底至軟弱下臥層距離P擴散后荷載基底自重應力值 6.1.1主動土壓力計算 q地面荷載（）；土的重度（）； c土層粘聚力（kPa） 主動土壓力系數， ，為土層內摩擦角。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(

17、kPa)Ea(2 2)=(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(kP

18、a)6.2土釘參數及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，機械成孔，取孔徑130。具體見圖2.2土釘處主動土壓力計算：第1點最大主動土壓力根據公式：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+20.8

19、12.0+211.9)0.438-290.662=52.05(kPa)6.3土釘設計6.3.1.折減系數計算 土釘墻坡面與水平面夾角，為（坡度1:0.3）。 6.3.2受拉荷載標準值計算 其中：荷載折減系數； 第i個土釘位置處的基坑水平荷載標準值，（kPa）； 、-土釘與相鄰土釘的平均水平、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

20、/cos150 =46.56 6.3.3土釘受拉承載力設計值計算 土釘受拉承載力設計值按以下公式計算：其中：-第i根土釘受拉荷載標準值，（kN）；-第i根土釘受拉承載力設計值，（kN）；-基坑側壁重要性系數，取1.0。 6.3.4土釘長度設計 土釘長度按以下公式計算：其中：-土釘受拉抗力分項系數，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準取值；查表得，,。 -第i根土釘在直線破裂面外穿越第i穩(wěn)定土體內的長度,(m)。 6.3.5自由段長度的計算自由段長度按以下公式計算：其中：-第i排土釘自由段長度（m）；-基坑深度（m）；-土釘墻坡面與水平面的夾角

21、；-土釘與水平面的傾角??；第1排土釘自由段長度計算，hi=1.2m =5.80.44/0.85 =3m第1排土釘長度： 第2土釘自由段長度計算，hi=2.4m =4.60.44/0.85 =2.38m第2土釘長度：第3土釘自由段長度計算，hi=3.6m =3.40.44/0.85 =1.76m第3土釘長度：第4土釘自由段長度計算，hi=4.8m =2.20.44/0.85 =1.14m第4土釘長度：第5土釘自由段長度計算，hi=6.0m =0.44/0.85 =0.23m第5土釘長度：綜合上述計算結果及施工因素，取第1排和第4排土釘長度為8m，第2、3、5排土釘取10m。6.3.6桿體直徑計算