土釘墻支護(hù)計(jì)算

1、1.1設(shè)計(jì)資料1.1.1氣象資料： 本區(qū)屬大陸季風(fēng)型氣候，冬季長而寒冷，夏季短而炎熱。多年平均氣溫，最高氣溫，最低氣溫，多年平均降水量585mm，最大降水量853.90mm，降水多集中在7、8、9月；標(biāo)準(zhǔn)凍深1.26m，最大降雪深度27cm，基本雪壓0.3kpa；歷年最多風(fēng)向?yàn)槲鞅保畲箫L(fēng)速20m/s，極大風(fēng)為26m/s，最大風(fēng)力9級(jí)，平均為12級(jí)。1.1.2工程地質(zhì)水文地質(zhì)概況根據(jù)勘探揭露，廠區(qū)在鉆探截露深度之內(nèi)均見地下水，圓礫層為其含水層，屬第四系潛水，略有承壓性；穩(wěn)定水位埋深為6.807.90m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為263.43265.72m.由于本工程勘察處不同時(shí)期，據(jù)區(qū)域資料，水位變幅為1

2、.002.00m，抗浮設(shè)計(jì)水位267.22m。地下水對(duì)混凝土及混凝土中鋼筋微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性。該擬建物位于承德市承德縣板城大街。建筑場地地貌單元屬老牛河二級(jí)階地，場地標(biāo)高為270.53272.57m，地貌單一。表1 地層巖性特征編號(hào)地層名稱平均厚度(m)顏色密實(shí)度稠度狀態(tài)性 狀 描 述雜填土0.95黃褐松散可塑以粉土、碎石組成，局部見建筑垃圾粘質(zhì)粉土3.21黃褐稍密可塑稍濕，土質(zhì)稍均勻，無光澤，干強(qiáng)度、韌性低細(xì)砂0.83褐黃稍密可塑主要顆粒為石英、長石，含礫石圓礫9.7褐黃密實(shí)可塑礫石磨圓度好，骨架顆粒以花崗巖、石英巖、灰?guī)r為主，中等風(fēng)化，沖洪積形成粉質(zhì)粘土0.52灰黃稍密可塑飽和，

3、無光澤，干強(qiáng)度，韌性低強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖2.55紫紅、灰白密實(shí)可塑巖芯成碎塊狀，見云母，粉砂結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，表層風(fēng)化成砂土狀中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖-紫紅、黃白密實(shí)硬塑巖芯呈短柱狀，致密堅(jiān)硬，泥質(zhì)膠結(jié)，塊狀結(jié)構(gòu)巖體基本質(zhì)量等級(jí)為級(jí)表2土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)土層代號(hào)濕密度飽和度液性指數(shù)重度壓縮模量粘聚力摩擦角樁極限側(cè)阻樁極限端阻地基承載力g/ m3sr%ilkn/m3100mpa200mpa300mpackpaqsikkpaqkpakpa2.0180.60.0218.08.49.110601865500602.0589.40.0419.611.313.515.415.228.7707001802.0195.30

4、.4319.97.48.49.634.217.06580016020.017.02.0894.011.8020.09.810.912.629.411.9708001702.0692.319.12829.331.10327010002401.9393.40.3120.49.610.311.24515709001802.0393.219.33536.337.1030801700280第2章 土釘墻支護(hù)計(jì)算2.1土釘支護(hù)技術(shù)2.1.1土釘支護(hù)的概念土釘支護(hù)亦稱錨噴支護(hù)，就是逐層開挖基坑，逐層布置排列較密的土釘（鋼筋），強(qiáng)化邊坡土體，并在坡面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土。相應(yīng)的支護(hù)體稱為土釘墻，它由被加固的

5、土體、放置在土體中的土釘與噴射混凝土面板三個(gè)緊密結(jié)合的部分組成。土釘是其最主要的構(gòu)件，英文名叫soil nailing，它的設(shè)置有打入法，旋入法，以及先鉆孔、后置入、再灌漿三種方法。2.1.2土釘支護(hù)的特點(diǎn)與其它支護(hù)類型相比，土釘支護(hù)具有以下一些特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)：1. 土釘與土體共同形成了一個(gè)復(fù)合體，土體是支護(hù)結(jié)構(gòu)不可分割的部分。從而合理的利用了土體的自承能力。2. 結(jié)構(gòu)輕柔，有良好的延性和抗震性。3. 施工設(shè)備簡單。土釘?shù)闹谱髋c成孔、噴射混凝土面層都不需要復(fù)雜的技術(shù)和大型機(jī)具。4. 施工占用場地少。需要堆放的材料設(shè)備少。5. 對(duì)周圍環(huán)境的干擾小。沒有打樁或鉆孔機(jī)械的轟隆聲，也沒有地下連續(xù)墻施工時(shí)污

6、濁的泥漿。6. 土釘支護(hù)是邊開挖邊支護(hù)，流水作業(yè)，不占獨(dú)立工期，施工快捷。7. 工程造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益好，國內(nèi)外資料表明，土釘支護(hù)的工程造價(jià)能夠比其它支護(hù)低1/21/3。8. 容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工。2.1.3土釘支護(hù)的適用范圍土釘支護(hù)適用于：地下水位以上或經(jīng)人工降水措施后的雜填土、普通粘土或弱膠結(jié)的砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固。一般可用于標(biāo)準(zhǔn)貫入基數(shù)n值在5以上的砂質(zhì)土與n值在3以上的粘性土。單獨(dú)的土釘墻宜用于深度不大于12m的基坑支護(hù)或邊坡維護(hù)，當(dāng)土釘墻與放坡開挖、土層錨桿聯(lián)合使用時(shí)，深度可以進(jìn)一步加大。土釘支護(hù)不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂巖、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

7、飽和軟弱土層。2.1.4土釘?shù)淖饔脵C(jī)理土釘在復(fù)合土體中有個(gè)整體以下幾種作用機(jī)理：1. 箍束骨架作用：該作用是由于土釘本身的剛度和強(qiáng)度，以及它在土體內(nèi)分布的空間所決定的。它在復(fù)合土體中起骨架作用，使復(fù)合土體構(gòu)成一個(gè)整體，從而約束土體的變形和破壞。2. 分擔(dān)作用：在復(fù)合土體內(nèi)，土釘與土體共同承擔(dān)外荷載和自重應(yīng)力，土釘起著分擔(dān)作用。由于土釘有很高的抗拉、抗剪強(qiáng)度和土體無法相比的抗彎剛度，所以在土體進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力逐漸向土釘轉(zhuǎn)移。當(dāng)土體發(fā)生開裂后，土釘?shù)姆謸?dān)作用更為突出，這時(shí)土釘內(nèi)出現(xiàn)了彎剪、拉剪等復(fù)合應(yīng)力，從而導(dǎo)致土釘中的漿體碎裂、鋼筋屈服。土釘墻之所以能夠延遲塑性變形，并表現(xiàn)出漸進(jìn)性開裂，與土

8、釘?shù)姆謸?dān)作用是密切相關(guān)的。3. 應(yīng)力傳遞與擴(kuò)散作用：當(dāng)荷載增加到一定程度，邊坡表面和內(nèi)部裂縫已發(fā)展到一定寬度，邊坡應(yīng)力達(dá)最大。此時(shí)，下部土釘位于滑裂區(qū)域以外土體中的部分仍然能夠提供較大的抗力。土釘通過它的應(yīng)力傳遞作用可將滑裂區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力傳遞到后面穩(wěn)定的土體中，分布在較大范圍的土體內(nèi)，降低應(yīng)力集中程度。4. 對(duì)坡面變形的約束作用：在坡面上設(shè)置的與土釘連在一起的鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面板使發(fā)揮土釘有效作用的重要組成部分。噴射混凝土面板對(duì)坡面變形起到約束作用，面板的約束力取決于土釘表面與土之間的摩阻力，當(dāng)復(fù)合土體開裂面區(qū)域擴(kuò)大并連成片時(shí)，摩阻力主要來自開裂區(qū)域后的穩(wěn)定復(fù)合土體。2.1.5土釘支護(hù)設(shè)計(jì)1.

9、確定土釘墻結(jié)構(gòu)尺寸（1）在初步設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先根據(jù)基坑環(huán)境條件和工程地質(zhì)資料，確定土釘墻的適用性，然后確定土釘墻的結(jié)構(gòu)尺寸，土釘墻高度由工程開挖深度決定，開挖面坡度可取6090，在條件許可時(shí)，盡可能降低坡面坡度。（2）土釘墻均是分層分段施工，每層開挖的最大高度取決于該土體可以自然站立而不破壞的能力。在砂性土中，每層開挖高度一般為0.52.0m，在粘性土中可以增大一些。開挖高度一般與土釘豎向間距相同，常用1.01.5m；每層單次開挖的縱向長度，取決于土體維持穩(wěn)定的最長時(shí)間和施工流程的相互銜接，一般多用10m長。2. 參數(shù)設(shè)計(jì)土釘參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括土釘長度、間距、布置、孔徑和鋼筋直徑等。（1） 土釘長度

10、 在實(shí)際工程中，土釘長度l常采用坡面垂直高度h的60%70%。土釘一般下斜，與水平面的夾角宜為520。研究表明：對(duì)鉆孔注漿型土釘，用于粒狀土陡坡加固時(shí)，l/h一般為0.50.8；對(duì)打入型土釘，用于加固粒狀土陡坡時(shí)，其長度比一般為0.50.6.99規(guī)程要求l/h一般為0.51.2。其實(shí)，在只有飽和軟土中才會(huì)取l/h大于1。（2） 土釘直徑及間距土釘直徑d一般由施工方法確定。打入的鋼筋土釘一般為1632mm，常是25mm，打入鋼管一般是50mm；人工成孔時(shí)，孔徑一般為70120mm，機(jī)械成孔時(shí)，孔徑一般為100150mm。土釘間距包括水平間距（列距）和垂直間距（行距），其數(shù)值對(duì)土釘墻的整體作用效果

11、有重要影響，大小宜為12m。對(duì)于鉆孔注漿土釘，可按612倍土釘直徑d選定土釘行距和列距，且宜滿足： 式中：k注漿工藝系數(shù)，一次壓力注漿，k=1.52.5； d、l土釘直徑和長度，m； 、土釘水平間距和垂直間距，m。2.2支護(hù)方案選擇本工程場區(qū)土層在水平方向的分布比較均勻，成層性好，無軟弱土層存在，建筑場地的地基土為均勻地基?；娱_挖深度位于地下水位以上，不需考慮降水和護(hù)坡措施，符合土釘墻支護(hù)條件，故選擇土釘墻作為基坑支護(hù)方式。2.3右側(cè)土釘墻計(jì)算2.3.1土壓力計(jì)算及土釘布置由設(shè)計(jì)任務(wù)書得基坑開挖深度為5.64m，穿越三個(gè)土層，具體如圖2.1所示，地面均布荷載為50 kpa，開挖深度位于地下水

12、位以上，故不用考慮降水。 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。 圖2.1土層分布圖2.1土層分布圖 =，c=7.01，各層土壓力計(jì)算：填土表面處的土壓力素填土底面土壓力粘質(zhì)粉土頂面土壓力粘質(zhì)粉土底面土壓力 2.土釘參數(shù)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(jī)械成孔，取孔徑100。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)土壓力同理得 圖2.2右側(cè)土釘墻土釘布2.3.2土釘設(shè)計(jì)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）。 2.受拉荷載標(biāo)

13、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。 同理得 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。 4.土釘長度設(shè)計(jì) 土釘長度按以下公式計(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)的長度,(m)。 5、自由段

14、長度的計(jì)算自由段長度按以下公式計(jì)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；-土釘與水平面的傾角取；-第i排土釘?shù)降孛娴木嚯x（m）。第1排土釘自由段長度計(jì)算， 第1排土釘長度： 第2排土釘自由段長度計(jì)算， 第2土釘長度： 第3土釘自由段長度計(jì)算， 第4排土釘自由段長度計(jì)算， 綜合上述計(jì)算結(jié)果及施工因素，取第14排土釘長度分別取6m、8m、7m、11m。6、桿體直徑計(jì)算：土釘桿體的鋼筋直徑按以下公式計(jì)算：其中：-鋼筋截面面積； -普通鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； -土釘受拉承載力設(shè)計(jì)值最大值； -土釘抗拔力安全系數(shù)，取1.3。 選取三級(jí)鋼筋28，縱向受力鋼筋去14，面層混凝土厚度取100，加強(qiáng)筋取二級(jí)鋼筋14，鋼筋網(wǎng)采用150。2.3.3土釘墻驗(yàn)算1、土釘?shù)膬?nèi)部抗拔力驗(yàn)算其中：-土釘?shù)木植糠€(wěn)定性安全系數(shù)，取1.3； -土釘?shù)脑O(shè)計(jì)內(nèi)力（n）； -土釘直徑（m）； -界面粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kpa）。查表得： ，（1）、第1排土釘?shù)膬?nèi)部抗拔力