基坑支護設(shè)計手冊

1、基坑圍護設(shè)計手冊2004年5月30日目 錄1 土壓力 1.1 庫侖土壓力 1.2 朗肯土壓力 1.3 特殊情況下的土壓力 1.4 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程土壓力 1.5 工程實測土壓力 1.6 土壓力計算模型2 基坑穩(wěn)定性 2.1 土坡穩(wěn)定性 2.2 圍護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性 2.3 基坑底面抗隆起穩(wěn)定性 2.4 基坑底面抗?jié)B流穩(wěn)定性3 土釘墻 3.1 概述 3.2 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程方法 3.3 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范方法 3.4 基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程方法 3.5 王步云建議的方法 3.6 冶金部建筑研究總院建議的方法 3.7 王長科建議的方法 3.8 工程實例4 重力式圍護結(jié)構(gòu)5 樁墻式圍護結(jié)構(gòu) 5

2、.1 樁墻式圍護結(jié)構(gòu)的類型 5.2 懸臂式圍護結(jié)構(gòu) 5.3 錨撐式圍護結(jié)構(gòu)6 錨桿 6.1 錨桿承載力 6.2 錨桿穩(wěn)定性1 土壓力1.1 庫侖土壓力1773年，法國科學(xué)家?guī)靵鲎龀鰞身椉俣ǎ岢隽送翂毫碚?。?） 墻后填土為砂土（黏聚力c=0）；（2） 產(chǎn)生主動、被動土壓力時，墻后填土形成滑楔體，其滑裂面為通過墻腳的平面。1.1.1 主動土壓力（圖1.1-1、圖1.1-2）庫侖主動土壓力為： （1.1-1） （1.1-2） （1.1-3）式中 -主動土壓力強度； -總主動土壓力； -墻背傾角； -墻背填土表面的傾角；-墻背和土體之間的摩擦角；-土的重力密度、內(nèi)摩擦角；圖1.1-1 主動狀態(tài)下

3、的滑動楔體 圖1.1-2 庫侖主動土壓力-主動土壓力系數(shù)。 其他符號見圖1.1-1、圖1.1-2。 1.1.2 被動土壓力庫侖被動土壓力為： （1.1-4） （1.1-5） （1.1-6）式中 -被動土壓力強度； -總被動土壓力；-被動土壓力系數(shù)。 其他符號見圖1.1-3。圖1.1-3 庫侖被動土壓力1.2 朗肯土壓力1857年，朗肯假定墻背垂直光滑，根據(jù)土的極限平衡理論提出了朗肯土壓力理論。1.2.1 朗肯主動土壓力朗肯主動土壓力強度為： （1.2-1） （1.2-2）式中 -垂直向應(yīng)力；-主動土壓系數(shù)；-抗剪強度指標(biāo)。1.2.2 朗肯被動土壓力被動土壓力強度為： （1.2-3） （1.2-

4、4）式中 -主動土壓力系數(shù)。1.3 特殊情況下的土壓力 1.3.1 坡頂?shù)孛娣撬綍r的土壓力 計算土壓力時，先將坡頂?shù)孛娣纸鉃樗胶蛢A斜面，分別計算，最后在進行組合。坡頂傾斜時的土壓力 （1.3-1）坡頂水平時的土壓力 （1.3-2） 如圖1.3-1時，經(jīng)分解和組合，土壓力為圖中的陰影部分。圖1.3-1 地面非水平時支護結(jié)構(gòu)上的主動土壓力近似計算 1.3.2 坡頂超載作用下的土壓力1. 彈性理論解 圖1.3-3 線荷載 圖1.3-4 條形荷載 2. 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50330-2002的規(guī)定（圖1.3-5）（a）線荷載 （b） 條形荷載圖1.3-5 坡頂超載作用下的土壓力注：-kN/m

5、；-kN/m21.4 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ120-99土壓力建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ120-99采用了朗肯土壓力理論，并規(guī)定對于碎石土及砂土，采用水土分算；對粘性土及粉土采用水土合算。當(dāng)計算基坑底面以下各深度處的基坑外側(cè)主動土壓力時，規(guī)定豎向自重應(yīng)力一律采用基坑底面標(biāo)高處的數(shù)值。1.4.1 基坑外側(cè)豎向應(yīng)力（圖1.4-1）（a）自重壓力 （b）坡頂均布壓力 （c）坡頂局部荷載圖1.4-1 基坑外側(cè)豎向應(yīng)力1.4.2 水平荷載（主動土壓力）（圖1.4-2）圖1.4-2 水平荷載計算簡圖（1）水土分算（碎石土及砂土）1） 當(dāng)計算點位于地下水位以上時： （1.4-1）2） 當(dāng)計算點位于地下水

6、位以下時：總應(yīng)力法： （1.4-2） （1.4-3）式中 -第層土的主動土壓力系數(shù)；-深度處的總豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，由自重壓力和附加應(yīng)力組成；、-第層土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（采用總應(yīng)力指標(biāo)）；-基坑外側(cè)計算點深度；-基坑外側(cè)水位深度；-水的重力密度；-計算參數(shù)，當(dāng)<時，取=；當(dāng)時，取=；-計算參數(shù)，當(dāng)時，取=1；當(dāng)時，取=0。有效應(yīng)力法： （1.4-4） （1.4-5）式中 -第層土的主動土壓力系數(shù)；-深度處的有效豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；、-第層土的有效黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值、有效內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（有效應(yīng)力指標(biāo)）；-基坑外側(cè)計算點深度處的水壓力；（2） 水土合算（黏性土及粉土） （1.4-6）1.4.

7、3 水平抗力（被動土壓力）（圖1.4-3）圖1.4-3 水平抗力計算圖（1）水土分算（碎石土及砂土）總應(yīng)力法： （1.4-7）有效應(yīng)力法： （1.4-8）式中 （1.4-9）（2）水土合算（黏性土及粉土） （1.4-10）1.5 工程實測土壓力1.6 土壓力計算模型2 基坑穩(wěn)定性2.1 土坡穩(wěn)定分析2.1.1 瑞典圓弧法1915年，瑞典人彼得森（Petterson）提出，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算： （2.1-1）式中符號見圖2.1-1。圖2.1-1 瑞典圓弧法1927年，費倫紐斯（Fellenius W）通過大量計算，指出=0的簡單土坡的最危險滑動面通過坡腳。當(dāng)0時，費倫紐斯認為最危險的滑

8、動面的圓心位于圖2.1-2中的MO線上。圖2.1-2 費倫紐斯法2.1.2 條分法對多層土以及邊坡外形比較復(fù)雜的情況，要確定邊坡的形心和重量是比較困難的。這是采用條分法就比較容易。條分法的原理是：將邊坡垂直分條，計算各條對滑弧中心的抗滑力矩和滑動力矩，然后分別求其和，再按式（2.1-1）計算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。見圖2.2-1。對條件力假定的不同，就構(gòu)成了不同的計算方法。圖2.2-1 條分法計算原理1. 太沙基公式1936年，太沙基（Terzaghi K）基假定，土條兩側(cè)的外作用力大小相等方向相反，并且作用在通一條直線上。邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為： （2.1-2）2. 畢肖甫公式1955年，畢肖甫（Bi

9、shop A W）認為，不考慮條件作用力是不妥當(dāng)?shù)?。如圖2.2-2示，當(dāng)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)時，土條內(nèi)滑弧面上的抗剪強度之發(fā)揮了一部分，并與切向力Ti相等，即：圖2.2-2 畢肖甫計算簡圖 （2.1-3）將所有的力都投影到弧面的法線方向，得： （2.1-4）當(dāng)土坡處于極限平衡時，各土條的力對滑弧中心的力矩之和為零（注意這時條間內(nèi)力互相抵消），得： （2.1-5）將式（2.1-4）、（2.1-5）代入式（2.1-3）得穩(wěn)定安全系數(shù)： （2.1-6）畢肖甫建議不計土條間的摩擦力之差，即令Hi+1-Hi=0，代入上式，得： （2.1-7）利用經(jīng)理平衡條件，F(xiàn)x=0，F(xiàn)y=0,并結(jié)合式（2.1-3）和Hi

10、+1-Hi=0，得： （2.1-8）將式（2.1-8）代入式（2.1-7），得： （2.1-9）式（2.1-9）這就是著名的簡化畢肖甫公式。3. 坡高和臨界坡角的關(guān)系2002年，王長科參考朗肯、庫爾曼理論和李妥德公式，建立了基坑邊坡的坡高和臨界坡角的關(guān)系： （2.1-10）式中 、H-臨界坡角、坡高；、-坡土的重力密度、黏聚力、內(nèi)摩擦角；-坡頂均布超載。例1 石家莊某工程位于市中心，基坑開挖深度12.0m，坡土物理力學(xué)指標(biāo)見表2.1-1?，F(xiàn)場條件允許南側(cè)放坡開挖，請確定邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為2.3時的坡角。 坡土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 表2.1-1土層厚度/kN/m3/kPa/deg11.519.430

11、2723.819.5202434.719.1222640.719.103651.319.82325平均值19.321.226.0 解 、采用厚度加權(quán)平均值，將數(shù)值代入式（2.1-10），得穩(wěn)定安全系數(shù)為1.0時的臨界坡角：=55.60穩(wěn)定安全系數(shù)為1.3時的坡角為：2.2 圍護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定分析（1） 基坑圍護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算采用條分法，按下式驗算。（a） （b）圖2.2-1 整體穩(wěn)定性驗算當(dāng)無地下水時： （2.2-1）當(dāng)坑內(nèi)外有地下水位差時：式中 g土的天然重度，kN/m3; h土條高度，m； ai土條底面中心至圓心連線與垂線的夾角，（°）；c、土的固結(jié)快剪峰值抗剪強度指標(biāo)。kPa、（

12、°） L每一土條弧面的長度； q地面超載，kPa； b土條寬度，m。Mp每延米中的樁產(chǎn)生的抗滑力矩；對于支護樁邊坡，需計算圓弧切樁與圓弧通過樁尖時的基坑整體穩(wěn)定性。圓弧切樁時需考慮切樁阻力產(chǎn)生的抗滑作用，即每延米中樁產(chǎn)生的抗滑力矩Mp。樁抗力力矩Mp由圖5.4-1(b)及下式計算確定 （2.2-2）式中 Mp每延米中的樁產(chǎn)生的抗滑力矩，kNm/m； 樁與滑弧切點至圓心連線與垂線的夾角；Mc 每根樁身的抗彎彎矩，kNm/單樁；hi 切樁滑弧面至坡面的深度，m；g hi范圍內(nèi)土的重度，kN/m3；Kp、Ka 被動土壓力系數(shù)與主動土壓力系數(shù)；d樁徑，m；d兩樁間的凈距，m。對于地下連續(xù)墻支

13、護d +d = 1.0m。2.3 基坑底面抗隆起穩(wěn)定分析當(dāng)基坑底為軟土?xí)r，應(yīng)按以下兩種條件驗算坑底土涌起穩(wěn)定性。1） 因基坑外的荷載及由于土方開挖造成的基坑內(nèi)外的壓差，使支護樁端以下土體向上涌土，可按下式和圖2.3-1（a）進行驗算。 （2.3-1）式中 Nc承載力系數(shù)，Nc=5.14；0 由十字板試驗確定的總強度，kPa；g 土的重度，kN/m3；gD入土深度部土隆起抗力分項系數(shù)，1.4；t支護結(jié)構(gòu)入土深度，m；h基坑開挖深度，m；q地面荷載，kPa。（a） （b）圖2.3-1 基坑底抗隆起2） 考慮支護墻彎曲抗力作用的基坑底土體向上涌起，可按下式和圖2.3-1（b）驗算。 （2.3-2）式

14、中 Mp基坑底部處支護樁、橫墻截面抗彎彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，kNm g h基坑底部處土隆起抗力分項系數(shù)，g h1.3。2.4 基坑底面抗?jié)B流穩(wěn)定分析（1）當(dāng)上部為不透水層，坑底下某深度處有承壓水層時，按下式和圖2.4-1驗算滲流穩(wěn)定。圖2.4-1 基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算 （2.4-1）式中 gm透水層以上土的飽和重度，kN/m3；透水層頂面距基坑底面的深度，m；pw 含水層壓力，kPa；gRw 基坑底土層滲流穩(wěn)定抗力分頂系數(shù)，gRw1.2。（2）當(dāng)由上式驗算不滿足要求時，應(yīng)采取降水等措施。（3）坑底下某深度范圍內(nèi)，無承壓水層時，可按下式和圖2.4-2驗算滲流穩(wěn)定。 （2.4-2）式中 g m t深度范圍

15、內(nèi)土底飽和重度； h基坑內(nèi)外地下水位的水頭差，m；g Rw 基坑底土層滲流穩(wěn)定抗力分項系數(shù)，g Rw1.1；圖2.4-2 基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗算g w水的重度。3 土釘墻3.1 概述3.1.1 基本概念1. 原理土釘支護是以較密排列的插筋作為土體主要補強手段，通過插筋錨體與土體和噴射混凝土面層共同工作，形成補強復(fù)合土體，達到穩(wěn)定邊坡的目的。2. 土釘墻的適用條件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)砂土的基坑支護和邊坡加固。 2）土釘墻宜用于深度不大于12m的基坑支護和邊坡支護，當(dāng)土釘墻與有限放坡、預(yù)應(yīng)力錨桿聯(lián)合使用時，深度可增加。 3）土釘墻不宜用于含水豐富的粉

16、細砂層、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，則在施工時有相互干擾的問題。 5）土釘支護如果作為永久性結(jié)構(gòu)，需要專門考慮銹蝕等耐久性問題。3. 土釘分類鉆孔注漿土釘：先在土中鉆孔，置入鋼筋，然后沿全長注漿，為使土釘鋼筋處于孔的中心位置，有足夠的漿體保護層，需沿釘長每隔23m設(shè)對中支架。土釘外露端宜做成螺紋并通過螺母、鋼墊板與配筋噴射混凝土面層相連，在注漿體硬結(jié)后用扳手擰緊螺母使土釘中產(chǎn)生約為設(shè)計拉力10%左右的預(yù)應(yīng)力。打入土釘：在土體中直接打入角鋼、圓鋼

17、或鋼筋等，不再注漿。由于打入式土釘與土體間的粘結(jié)摩阻強度低，釘長又受限制，所以布置較密，可用人力或振動沖擊鉆、液壓錘等機具打入。打入釘?shù)膬?yōu)點是不需要預(yù)先鉆孔，施工速度快但不適用與礫石土和密實膠結(jié)土，也不適用于服務(wù)年限大于2年的永久支護工程。打入注漿土釘：是直接將帶孔的鋼管打入土中，然后高壓注漿形成土釘，這種土釘特別適合于成孔困難的砂層和軟弱土層。4. 支護面層（1）臨時性土釘支護的面層通常用50150mm厚的網(wǎng)噴混凝土組成，混凝土等級不宜低于C20，一般用一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為68，必要時在土釘頭之間設(shè)216加強鋼筋。網(wǎng)格為正方形，邊長200300mm。土釘端部與面層的連接宜采用螺母、墊板法。

18、（2）永久性土釘支護的面層噴射混凝土的厚度至少取150250mm，設(shè)兩層鋼筋網(wǎng)，分二次噴成。為了改善建筑外觀，也可在第一次網(wǎng)噴射混凝土的基礎(chǔ)上，現(xiàn)澆一層鋼筋混凝土面層或貼上一層預(yù)制鋼筋混凝土板。（3）土工織物作為土釘支護面層土工織物覆蓋在土坡上，用土釘錨在土坡內(nèi)，擰緊土釘時將織物曳向土體并使面層形成拉膜，同時使受約束的表層土受壓。5. 排水系統(tǒng)為了防止地表水滲透對噴射混凝土面層產(chǎn)生壓力，并降低土體強度和土體與釘之間的界面粘結(jié)力，土釘支護必須有良好的排水系統(tǒng)。施工開挖要先做好地面排水，設(shè)置地面排水溝引走地表水，和設(shè)置不透水的混凝土地面防止近處的地表水向下滲透。沿基坑邊緣地面要墊高防止地表水注入基

19、坑內(nèi)。隨著向下開挖和支護，可從上到下設(shè)置淺表排水管，即用直徑60100mm、長300400mm的短塑料管插入坡面以便將噴射混凝土面層背后的水排走，其間距和數(shù)量隨水量而定。在基坑底部應(yīng)設(shè)排水溝和集水井，排水溝需防滲漏，并宜離開面層一定距離。 3.1.1 施工工藝 3.1.2 土釘墻和其他類似技術(shù)的比較 3.1.3 土釘墻和其他技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用廣州安信大廈復(fù)合土釘墻 3.2 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ120-99方法3.2.1 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(biāo)準(zhǔn)值可按下式計算 （3.2-1）其中荷載折減系數(shù)可按

20、下式計算 （3.2-2）式中 土釘墻坡面與水平面的夾角；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） 對于基坑側(cè)壁安全等級為二級的土釘抗拉承載力設(shè)計值應(yīng)按試驗確定，基坑側(cè)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(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(yīng)

21、符合下列要求： （3.2-4）式中 g 0基坑側(cè)壁重要性系數(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)計值。3.2.2 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?shù)闹睆?；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。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

22、n土條數(shù)；m滑動體內(nèi)土釘數(shù)；rk整體滑動分項系數(shù)，取 1.3； g 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，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(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。3.2.3 構(gòu)造要求土釘墻設(shè)計及構(gòu)造應(yīng)符合下列要求： 1土釘墻墻面坡度不宜大于1:

23、0.1； 2土釘必須和面層有效連接，應(yīng)設(shè)置承壓板或加強鋼筋等構(gòu)造措施，承壓板或加強鋼筋應(yīng)與土釘螺栓連接或鋼筋焊接連接； 3土釘?shù)拈L度宜為開挖深度的0.51.2倍，間距宜為12m，與水平面夾角宜為50200; 4土釘鋼筋宜采用II、III級鋼筋，鋼筋直徑宜為1632mm，鉆孔直徑宜為7012Omm； 5注漿材料宜采用水泥漿或水泥砂漿，其強度等級不宜低于M10；6噴射混凝土面層宜配置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑宜為610mm；間距宜為150300mm；噴射混凝土強度等級不宜低于C20，面層厚度不宜小于80mm；7. 坡面上下段鋼筋網(wǎng)搭接長度應(yīng)大于300mm。3.3 建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范YB9258-97方法

24、3.3.1 抗拔力和錨固長度(1) 土釘設(shè)計軸向拉力值 （3.3-1）(2) 鋼筋截面積 （3.3-4）(3) 錨固長度 （3.3-5）式中 q-土壓力強度； sx、sy-土釘橫豎間距；fptk-鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值； D-土釘鉆孔直徑；qs-黏結(jié)強度；K-抗力分項系數(shù)。3.3.2 內(nèi)部穩(wěn)定分析驗算內(nèi)部穩(wěn)定分析采用條分法，計算公式為： （3.3-6）式中 -土的天然重度； -土條高度； -土條底面中心至圓心連線與垂線的夾角；、-土的固結(jié)快剪峰值抗剪強度指標(biāo)；-土條圓弧面長度；-地面超載；-土條寬度；-土釘抗拉力對圓心產(chǎn)生的抗滑力矩；-圓弧半徑；-整體穩(wěn)定性抗力分項系數(shù)。3.3.3 外部穩(wěn)定分析驗

25、算以土釘原位加固土體，當(dāng)土釘達到一定密度時所形成的復(fù)合體就會出現(xiàn)類似錨定板群錨現(xiàn)象中的破裂面后移現(xiàn)象，在土釘加固范圍內(nèi)形成一個“土墻”，在內(nèi)部自身穩(wěn)定得到保證的情況下，它的作用類似重力式擋墻，因此，可用重力式擋墻的穩(wěn)定性分析方法對土釘墻進行分析。如圖3.3-1。圖3.3-1 土釘支護外部整體穩(wěn)定性分析（a）滑移； （b）傾覆； （c）整體失穩(wěn)1. 土墻厚度的確定（圖3.3-2）圖3.3-2 土墻厚度將土釘加固的土體分三個部分來確定土墻厚度。第一部分為鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護的厚度，土釘間土體由噴射混凝土面板穩(wěn)定，通過面層設(shè)計計算保證土釘間土體的穩(wěn)定，噴射混凝土支護作用區(qū)厚度為 L /6；L為土中平

26、均釘長；第二部分為墻體的均勻壓縮加固帶，它的厚度為2 L /3；第三部分為土釘尾部非均勻壓縮帶，厚度為L /6，但不能全部作為土墻厚度來考慮，取1/2值作為土墻的計算厚度，即L /12。所以土墻厚度為三部分之和，即（約0.9L），當(dāng)土釘傾斜時，土墻厚度為（為土釘與水平面之間的夾角）。2. 抗滑移驗算如圖3.3-3所示，抗滑移驗算可按下式進行： (3.3-7)式中 g 1抗滑移抗分項系數(shù)，取g 11.3；q地面均布荷截；B土墻厚度；W土釘支護沿基坑單位長度自重；f土釘墻與基坑底的摩擦系數(shù)，可取基底土體抗剪強度； 土釘墻與墻后土的摩擦角，無試驗資料時取=/3/2。圖3.3-3 滑移計算 圖3.3-

27、4 傾覆計算3. 抗傾覆驗算如圖3.3-4所示, 抗傾覆驗算可按下式進行： (3.3-8)式中 t抗傾覆抗力系數(shù)，取t1.3；H開挖深度；3.3.4 構(gòu)造要求（1）初步選定土釘支護各組成部分尺寸及參數(shù)：a. 錨固體孔徑：D=815cm；b. 土釘長度：一般對非飽和土，土釘長度與開挖深度H之比為0.61.0范圍內(nèi)，密實及干硬性粘土取小值；c. 土釘直徑：一般為2035mm，不少于16mm II級以上螺紋鋼筋；d. 注漿材料：水泥砂漿或水泥素漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號不小于425"，水灰比1:0.400.50；e. 墻面傾角：垂直方向傾角00250，土釘水平方向傾角一般為50200

28、，利用重力向孔中注漿時傾角不宜小于150；f. 間距：水平間距為(1015)D，一般為0.81.20m，垂直間距依土層及計算確定，一般0.81.20m。上下插筋交錯排列。遇局部軟弱土層間距可低于0.8m；g. 鋼絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)片：無地下水、土質(zhì)好時可用一般鋼絲網(wǎng)，土體穩(wěn)定性差時可用鋼筋網(wǎng)片，一般采用6 的I級鋼筋焊成1520cm方格形網(wǎng)片。面層砂漿或噴射混凝土厚度為50150mm；h. 錨板：直徑3035cm六邊形或方形混凝土預(yù)制板，內(nèi)配構(gòu)造筋，厚度大于7cm。也可采用長度不小于400的井字鋼筋(16)代替錨板。（2） 鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層設(shè)計可按下列構(gòu)造要求：a. 鋼筋網(wǎng)可用68鋼筋，網(wǎng)眼宜為

29、150300mm，必要時可在土釘頭之間設(shè)216加強鋼筋；b. 噴射面層的混凝土等級不宜低于C20，噴射面層厚度宜取80150mm(土質(zhì)差時取大值，反之取小值)。（3） 如遇有軟弱土層，可增設(shè)加強錨桿，土釘與錨桿合用。（4） 土釘頭與鋼筋網(wǎng)連接。當(dāng)土釘頭之間有加強鋼筋通過時，宜與土釘頭焊接；當(dāng)土釘頭之間無加強鋼筋通過時，可用不小于416、長度為200300mm的鋼筋在土釘頭處呈井字架與土釘頭焊接，井字架鋼筋應(yīng)位于鋼筋網(wǎng)之外，以代替混凝土錨板。3.4 基坑土釘支護技術(shù)規(guī)程CECS9697方法3.4.1 土釘抗拉計算 1. 土釘拉力土釘拉力可按圖3.4-1所示土壓力分布計算： （3.4-1）其中 （

30、3.4-2）式中 -土釘設(shè)計內(nèi)力；-土釘長度中點所處深度處的側(cè)壓力； -自重引起的土壓力；-地表均布荷載引起的土壓力；-土釘?shù)膬A角；-土釘豎向間距、水平間距。圖3.4-1 土壓力分布（a）土釘墻；（b）自重引起的土壓力；（c）地表均布荷載引起的土壓力說明：1. 自重引起的土壓力峰值按下式計算：2. 地表均布荷載引起的土壓力按下式計算： 3. 主動土壓力系數(shù)按下式計算： 2. 土釘長度各層土釘?shù)拈L度宜滿足下式要求： （3.4-3）式中 -土釘長度； -土釘在滑動區(qū)的長度，見圖3.4-2；圖3.4-2 土釘長度的確定-土釘孔徑；-土釘錨固體和土之間的黏結(jié)強度；-土釘局部穩(wěn)定性安全系數(shù)，取1.21.

31、4。 3. 土釘配筋各層土釘在內(nèi)力作用下應(yīng)滿足下式； （3.4-4）式中 -土釘鋼筋截面積； -鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。3.4.3 噴射混凝土面層計算噴射混凝土面層所受的側(cè)向土壓力按下式估算： （3.4-5） （3.4-6）式中 s-土釘水平間距和垂直間距的大值，以m為計量單位。3.4.2 內(nèi)部穩(wěn)定性計算（圖3.4-3）取單位長度（1列土釘控制的邊坡長度）支護進行計算，（3.4-7） 式中 Wi、Qi-作用于土條i的自重和附加荷載； i-圓弧破壞面切線與水平面的夾角； i-土條i的寬度；cj、j-土條i破壞面處第j 層土的黏聚力、內(nèi)摩擦角；Rk-破壞面上第k排土釘?shù)淖畲罂沽?；k-第k排土釘軸線與該

32、處破壞面切線之間的夾角；Shk-第k排土釘?shù)乃介g距。圖3.4-3 內(nèi)部穩(wěn)定3.4.4 外部穩(wěn)定性計算（圖3.4-4）土釘支護的外部整體穩(wěn)定性分析與重力式擋土墻的穩(wěn)定分析相同（圖3.4-4），可將由土釘加固的整個土體視作重力式擋土墻，分別驗算：圖3.4-4 外部穩(wěn)定驗算1）整個支護沿底面水平滑動(圖3.4-4a)；2）整個支護繞基坑底角傾復(fù)，并驗算此時支護底面的地基承載力(圖3.4-4b)； 以上驗算可參照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GBJ7-89)中的計算公式，計算時可近似取墻體背面的土壓力為水平作用的朗金主動土壓力，取墻體的寬度等于底部土釘?shù)乃酵队伴L度?？顾交瑒拥陌踩禂?shù)應(yīng)不小于1.2；抗整

33、體傾復(fù)的安全系數(shù)應(yīng)不小于1.3，且此時的墻體底面最大豎向壓應(yīng)力不應(yīng)大于墻底土體作為地基持力層的地基承載力設(shè)計值土的1.2倍。 3） 整個支護連同外部土體沿深部的圓弧破壞面失穩(wěn)(圖3.4-4c)，可參照前述內(nèi)部穩(wěn)定性進行驗算，但此時的可能破壞面在土釘?shù)脑O(shè)置范圍以外，計算時公式中的土釘抗力為零，相應(yīng)的安全系數(shù)要求不變。3.4.5 構(gòu)造要求（1） 土釘鋼筋用III級或II級熱軋變形鋼筋，直徑在1832mm范圍內(nèi)；（2） 土釘孔徑在7515Omm之間，注漿強度等級不低于l2MPa，3天不低于6 MPa；（3） 土釘長度與基坑深度之比對非飽和土宜在0.6到1.2的范圍內(nèi)，密實砂土和堅硬粘土中可取低值；對

34、軟塑粘性土，/比值不應(yīng)小千1.0。為了減少支護變形，控制地面開裂，頂部土釘?shù)拈L度宜適當(dāng)增加。非飽和土中的底部土釘長度可適當(dāng)成少，但不宜小于0.5；含水量高的黏性土中的底部土釘長度則不應(yīng)縮減；（4） 土釘?shù)乃胶拓Q向間距Sh和Sv，宜在1.22.0m的范圍內(nèi)，在飽和粘性土中可小到l.0m，在干硬粘性土中可超過2.0m；土釘?shù)呢Q向間距應(yīng)與每步開挖深度相對應(yīng)。沿面層布置的土釘密度不應(yīng)低于每6m2一根；（5） 噴混凝土面層的厚度在5015Omm之間，混凝土強度等級不低于C20，3天不低于lOMPa。噴混凝土面層內(nèi)應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑68mm，網(wǎng)格尺寸15030Omm。當(dāng)面層厚度大于12Omm

35、時，宜設(shè)置二層鋼筋網(wǎng)。（6） 土釘鉆孔的向下傾角宜在0200的范圍內(nèi)，當(dāng)利用重力向孔中注漿時，傾角不宜小于150，當(dāng)用壓力注漿且有可靠排氣措施時傾角宜接近水平。當(dāng)上層土軟弱時，可適當(dāng)加大下傾角，使土釘插入強度較高的下層土中。當(dāng)遇有局部障礙物時，允許調(diào)整鉆孔位置和方向。(7) 土釘鋼筋與噴混凝土面層的連接采用圖3.4-5所示的方法?？稍谕玲敹瞬績蓚?cè)沿土釘長度方向焊上短段鋼筋，并與面層內(nèi)連接相鄰?fù)玲敹瞬康耐ㄩL加強筋互相焊接。對于重要的工程或支護面層受有較大側(cè)壓時，宜將土釘做成螺紋端，通過螺母、楔形墊田及方形鋼墊板與面層連接。（8） 土釘支護的噴混凝土面層宜插入基坑底部以下，插入深度不少千0.2m；

36、在基坑頂部也宜設(shè)置寬度為12m的噴混凝土護頂。（9） 當(dāng)土質(zhì)較差，且基坑邊坡靠近重要建筑設(shè)施需嚴格控制支護變形時，宜在開挖前先沿基坑邊緣設(shè)置密排的豎向微型樁(圖3.4-6)，其間距不宜小于lm，深入基坑底部13m。微型樁可用無縫鋼管或焊管，直徑4815Omm，管壁上應(yīng)設(shè)置出漿孔。小直徑的鋼管可分段在不同挖深處用擊打方法置入并注漿；較大直徑(大于1OOmm)的鋼臂宜采用鉆孔置人并注漿，在距孔底1/3孔深范圍內(nèi)的管壁上設(shè)置注漿孔，注漿孔直徑10l5mm，間距4005OOmm。圖3.4-5 土釘與面層的連接 圖3.4-6 超前微型樁設(shè)置3.5 王步云方法3.5.1 破裂面假定破裂面假定見圖3.5-1

37、。主要適用于黃土類粉土、粉質(zhì)黏土。 圖3.5-1 破裂面假定 圖3.5-2 土壓力分布 3.5.2 土壓力作用于面層上的土壓力按下式計算： （3.5-1）式中 -作用于面層上的土壓力； -工作條件系數(shù)。使用期少于2年的臨時性工程取1.0；使用期2年以上的工程取1.20；-土壓力系數(shù)。，、分別表示靜止、主動土壓力系數(shù)；-土的重力密度；-土壓力作用點至坡頂?shù)木嚯x。當(dāng)hH/2時，h取實際值；當(dāng)h>H/2時，h取0.5H。H為土坡總垂直高度。3.5.3 土釘內(nèi)力單根土釘支撐范圍內(nèi)面層上的土壓力Ei按下式計算： （3.5-2）式中 -土釘橫豎間距。 3.5.4 錨固力極限狀態(tài)驗算在面層土壓力作用下

38、，土釘內(nèi)部潛在滑裂面后的有效錨固段應(yīng)具有足夠的界面摩阻力而不被拔出，應(yīng)滿足下式： （3.5-3）其中 （3.5-4）式中 Fs-安全系數(shù)，取1.32.0。臨時性工程取小值，永久性工程取大值； Fi-錨固力； -釘孔直徑；-界面摩阻力；-有效錨固段長度。 3.5.5 抗拉斷裂極限狀態(tài)在面層土壓力作用下，不使土釘端部產(chǎn)生過量的伸長或屈服，土釘配筋應(yīng)滿足下式： （3.5-5）式中 db-鋼筋直徑；fy-鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。3.6 冶金部建筑研究總院方法3.6.1 土釘抗拉力土釘抗拉拔力標(biāo)準(zhǔn)值取下述3個計算結(jié)果的最小值。 （3.6-1） （3.6-2） （3.6-3）式中 -錨固體直徑、鋼筋直徑； -

39、土釘伸入破裂面以外約束區(qū)內(nèi)長度；-土釘錨固圓柱體與土體之間抗剪強度、鋼筋與砂漿界面的黏結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值；-鋼筋截面積、鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值。 3.6.2 整體穩(wěn)定性計算假定滑裂面為圓弧面，采用條分法計算整體穩(wěn)定安全系數(shù)，安全系數(shù)取1.21.5。（1）不考慮土釘作用 （3.6-4）（2） 考慮土釘作用（3.6-5）式中 -不考慮土釘作用時的安全系數(shù)；-考慮土釘作用時的安全系數(shù)；-抗剪強度指標(biāo)；-滑動面弧長；-土條重量；-某位置土釘抗拉拔能力標(biāo)準(zhǔn)值；-計算單元的長度（一般與相同）；圖3.6-1 內(nèi)部整體穩(wěn)定計算-滑動面某處切線與水平面之間的夾角；-某土釘與水平面的夾角。3.7 王長科方法 3.7.1 破

40、裂面假定破裂面形狀如圖3.7-1所示。圖中表示基坑深度，表示坡角。、按下列各式計算： (3.7-1) (3.7-2) (3.7-3) 圖3.7-1 破裂面 圖3.7-2 土壓力分布式中 表示坡土粘聚力，表示坡土內(nèi)摩擦角，表示坡土重力密度，表示坡頂均布荷載。 3.7.2 土壓力分布土壓力分布模型見圖3.7-2。圖中DC表示基坑底面，O點表示土壓力零點，B點表示倒數(shù)第二道土釘位置。B點以上土壓力分布采用朗肯土壓力理論。土壓力強度按下式計算：當(dāng)時 （3.7-4）當(dāng)時 （3.7-5）其中 （3.7-6）主動土壓力系數(shù) （3.7-7）被動土壓力系數(shù) （3.7-8）土壓力折減系數(shù) （3.7-9）臨界坡角與

41、坡高的關(guān)系 （3.7-10）式中 -水平向主動土壓力強度（kPa）；-土壓力零點埋深（m）；-主動土壓力系數(shù)；-被動土壓力系數(shù)；-計算點深度（m）；-計算點的豎向有效應(yīng)力（kPa）；-時的豎向有效應(yīng)力（kPa）；-主動土壓力強度折減系數(shù)；-坡角；-臨界坡角；-坡高；-坡頂均布荷載。 3.7.3 土釘內(nèi)力土釘內(nèi)力按下式計算： （3.7-11）式中R表示土釘內(nèi)力（kN），SxSy表示土釘控制的坡面垂直面積（m2），表示土釘和水平面的夾角。3.7.4 土釘長度（圖3.7-3）土釘長度設(shè)計值應(yīng)滿足下式： （3.7-12） （3.7-13）當(dāng)時 （3.7-14）當(dāng)時 （3.7-15）圖3.7-3 土釘長

42、度計算式中 -土釘長度設(shè)計值；-穩(wěn)定區(qū)土釘長度；-滑動區(qū)土釘長度；-土釘注漿體直徑；-土釘注漿體側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；-分項系數(shù)，取1.11.3。3.7.5 土釘選筋鋼筋直徑設(shè)計值應(yīng)滿足下式： （3.7-16）式中 -鋼筋直徑設(shè)計值；-鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值；-分項系數(shù)，取1.11.3。3.7.6 連接計算土釘和面層連接可采用焊接或錨定板螺栓連接，應(yīng)滿足下式： （3.7-17）式中表示土釘和面層之間拉力設(shè)計值；表示分項系數(shù)，取1.11.3。3.8 工程實例1巖土工程條件1.1 建筑概況石家莊市*工程位于石家莊市繁華地段，主體為三層地下建筑，混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑平面為半圓形，地上為花園式廣場。基坑深度16

43、.2m，周長326m，圍護面積約5200m2。1.2 基坑環(huán)境工程周邊建筑物密集，環(huán)境條件復(fù)雜?；颖眰?cè)近鄰辦公樓基水泵房一座，西側(cè)為街道，南側(cè)為食品城，東側(cè)近鄰二層批發(fā)商店?；迎h(huán)境見圖1。圖1 基坑環(huán)境1.3 水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件地下水在地表下35m以下，本次支護開挖，可不考慮地下水的影響。邊坡工程地質(zhì)條件見表1。1.4 開挖坡度條件限制因地處鬧市，場地狹窄，西側(cè)只能按900直立開挖，其它各側(cè)最多可按850放坡。表1 坡土設(shè)計參數(shù)土名及編號厚度/m重度/(kN/m3)粘聚力c/kPa內(nèi)摩擦角/deg極 限摩阻力/kPa雜填土0.9019.051520新近堆積土1.5019.3142030

44、黃土狀粉土0.6018.982440黃土狀粉質(zhì)粘土2.8019.1162050粉細砂2.8018.503240中砂1.6018.503660粗砂0.7018.503890粉土1.3018.9102550粉質(zhì)粘土2.0019.7162050中砂0.8018.503665粉質(zhì)粘土5.5019.7202050細砂0.8018.503250粉質(zhì)粘土10.9019.42021502 設(shè)計方案設(shè)計坡角90º，設(shè)10道土釘，土釘水平間距1.5m，豎向間距1.5m。梅花型布置。土釘下斜角10º，土釘鉆孔直徑100mm，土釘采用熱軋級鋼筋。注漿采用水灰比為0.45的普硅425#凈水泥漿。摻入

45、外加劑三乙醇胺0.05%。面層采用掛6.5200×200鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)搭接長度200mm。用井子架壓在鋼筋網(wǎng)片上， 并將井子架與土釘鋼筋焊接。土釘之間用16鋼筋連接作為壓筋。噴射混凝土面層厚度80100mm。表2 土釘設(shè)計方案土釘?shù)捞柹疃?m土釘（熱軋級鋼筋）直徑/mm長度/mm11.80251200023.30251200034.80251800046.30251500057.80251200069.302212000710.802212000812.30209000913.802090001015.30207000圖2 土釘設(shè)計方案3 設(shè)計分析石家莊土釘支護經(jīng)驗表明，采用JGJ120-99建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程設(shè)計過于保守。為此，對本工程采用的方案用王長科建議的方法并結(jié)合JGJ120-99建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程 進行綜合分析。3.1 單釘?shù)劝踩仍O(shè)計分析基坑坡頂荷載統(tǒng)一折合成20kPa無限均布荷載。以各道單釘安全系數(shù)相等為原則，用JGJ120-99規(guī)程計算結(jié)果見表3，從結(jié)果看與石家莊經(jīng)驗不符。用王長科建議的方法計算，其中土壓力峰值深度zn-1取7.8m，計算結(jié)果見圖3、4、5和表4。表3 單釘?shù)劝踩仍O(shè)計分析（JGJ120-99方法）土釘?shù)捞柹疃?mJGJ120-99方法內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值/kN計算結(jié)果11.80154.70128 L1436023.30158