水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析樣本

年4月19日水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。目錄摘要 ⅠAbstract Ⅱ第1章緒論 11.1前言 11.2土釘支護(hù)技術(shù)的發(fā)展概況 11.3復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 21.4水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的概念和發(fā)展 31.4.1水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的概念 31.4.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系研究與應(yīng)用中存在的問題 41.5本文的主要研究內(nèi)容 4第2章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的受力機(jī)理分析 62.1土釘支護(hù)受力機(jī)理分析 62.1.1土釘抗拔作用機(jī)理分析 62.1.2土釘抗剪作用機(jī)理分析 112.1.3釘土相互作用分析 132.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)受力機(jī)理分析 132.2.1水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的支護(hù)作用原理 132.2.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系中樁的作用分析 142.2.3水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系變形特性分析 162.3本章小結(jié) 18第3章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 193.1土壓力的分析計(jì)算 193.2土釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 213.2.1土釘承載力計(jì)算 213.2.2土釘構(gòu)造設(shè)計(jì) 233.3面層設(shè)計(jì)計(jì)算 243.4水泥土樁設(shè)計(jì)計(jì)算 243.4.1樁體抗?jié)B設(shè)計(jì) 243.4.2樁體嵌固深度計(jì)算 253.5本章小結(jié) 25第4章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 274.1規(guī)范中的復(fù)合土釘穩(wěn)定性分析方法 274.1.1《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》的整體穩(wěn)定分析方法 274.1.2《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》的整體穩(wěn)定分析方法 284.1.3兩種規(guī)范的差異 314.2兩種計(jì)算方法的對比分析 324.2.1粘聚力c≠0的情況 324.2.2粘聚力c=0的情況 374.2.3不同土質(zhì)條件下兩種規(guī)范計(jì)算方法對比分析 414.2.4樁的分擔(dān)作用隨c，φ值的變化規(guī)律 454.3本章小結(jié) 46第5章工程實(shí)例計(jì)算 475.1基坑工程概況 475.2工程地質(zhì)條件 475.3基坑支護(hù)方案 485.4基坑整體穩(wěn)定性計(jì)算 495.5本章小結(jié) 51結(jié)論與展望 52致謝 54參考文獻(xiàn) 55作者簡介 58第1章緒論1.1前言近30年來，中國城市建設(shè)及城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，隨著高層建筑工程的逐漸增多，地下空間的開發(fā)規(guī)模也越來越大，如廣深港鐵路客運(yùn)專線深圳福田火車站基坑長近1000m，寬近80m，深度達(dá)到32m，是當(dāng)前國內(nèi)最大的地鐵客運(yùn)車站。北京國家大劇院基坑工程總開挖面積達(dá)到近8萬m2，基坑深度最深處達(dá)到了32.5m。天津市117大廈基坑開挖面積近9.6萬m?；映叨鹊拇笊罨呀?jīng)成為基坑工程發(fā)展的新特點(diǎn)。當(dāng)前，城市中的高層建筑主要分布在市區(qū)較為繁華的地段，這些地區(qū)建筑物較多，而且周圍一般都埋設(shè)有通信以及市政排水等各種地下管線，某些地區(qū)甚至與市區(qū)已有的道橋設(shè)施相聯(lián)系，環(huán)境條件特別復(fù)雜，在有些地質(zhì)條件較為特殊的地區(qū)，地下水以及軟弱土質(zhì)對基坑開挖和支護(hù)要求更為嚴(yán)格，在這些地區(qū)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和施工過程中，不但要保證基坑本身的安全，還要綜合考慮基坑周邊的環(huán)境和地質(zhì)條件，以不影響基坑周邊的環(huán)境和設(shè)施的正常使用為基本原則，因此控制基坑工程的變形顯得尤為重要。近年來，基坑工程的理論研究以及工程應(yīng)用都得到了極大的發(fā)展，為了盡量減小基坑施工對環(huán)境的影響，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)展出了多種支護(hù)形式，這些基坑支護(hù)形式主要包括以下幾種：水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)；錨拉式排樁墻支護(hù)；地下連續(xù)墻結(jié)合內(nèi)撐式支護(hù)；排樁結(jié)合內(nèi)撐式支護(hù)以及組合型的基坑支護(hù)方式等。對某些支護(hù)方式，實(shí)際工程應(yīng)用要先于理論研究，這對工程技術(shù)人員對基坑工程的設(shè)計(jì)及施工也提出了更高的要求，一方面要在施工過程中逐步積累經(jīng)驗(yàn)，另外也要加強(qiáng)理論方面的研究，以進(jìn)一步深化對新型組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，使其更好的應(yīng)用于工程實(shí)踐。隨著基坑開挖深度和規(guī)模的擴(kuò)大，基坑工程的難度也更加突出。這在地質(zhì)勘查、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工與監(jiān)測等方面均對基坑工程的進(jìn)一步發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。1.2土釘支護(hù)技術(shù)的發(fā)展概況基坑土釘支護(hù)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)后期，這種技術(shù)由于施工較為簡便，而且工程成本較低，因此，在這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)之后，其工程應(yīng)用較多，土釘支護(hù)的基本方法是在基坑按一定的坡度先開挖到一定深度，然后在土中以一定的傾角成孔，將螺紋鋼筋插入預(yù)先做好的孔中，再向孔內(nèi)注入水泥漿，從而將鋼筋和周圍土體粘結(jié)在一起。在某些土質(zhì)較軟或地層含水量較大而成孔較困難時(shí)，能夠直接將一定規(guī)格的鋼管插入土體內(nèi)，再經(jīng)過鋼管向土體內(nèi)注入水泥漿，與周圍土體粘結(jié)，形成土釘體，起到加固土體的作用，用鋼筋網(wǎng)將坡面上的土釘端頭連接成一個(gè)整體，并在坡面噴射混凝土[1][2]。因?yàn)橥玲旙w與周圍土體之間有摩擦力的存在，這樣施做的土釘墻就成為一個(gè)復(fù)合土體，它的力學(xué)強(qiáng)度得到了很大的提高，而且隨著基坑開挖深度的增加，土體變形時(shí)能將滑動力傳遞到土釘體，土釘體再將這些力逐步傳遞到深層土體，這樣就達(dá)到了限制基坑邊坡變形的目的[3][4]。土釘支護(hù)技術(shù)在國外的應(yīng)用較早，在20世紀(jì)中期，德國法蘭克福地鐵隧道基坑支護(hù)工程就采用了這項(xiàng)技術(shù)，之后在20世紀(jì)70年代，法國凡爾賽附近的鐵路拓寬工程也采用了土釘支護(hù)的技術(shù)。雖然當(dāng)時(shí)土釘支護(hù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用較多，但由于條件限制，對土釘支護(hù)工作機(jī)理的研究并不深入，更多的是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和施工隨意性都較大。一直到20世紀(jì)末期，前西德才第一次對土釘支護(hù)的工作性狀和作用機(jī)理進(jìn)行了研究，這個(gè)工程就是歷史上著名的“Bodenvernagelung”，工程對足尺土釘墻進(jìn)行了測試試驗(yàn)和整體穩(wěn)定性等方面的研究。與此同時(shí)，法國為了制定本國的土釘支護(hù)規(guī)范，由Schlosser教授親自領(lǐng)導(dǎo)，對土釘支護(hù)工作機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究，模擬了土釘墻土釘拉斷或拔出以及基坑超挖等情況，分析由于這些因素造成土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)土釘?shù)睦Ψ植记闆r。同一時(shí)期，德國、英國及美國等國的工程技術(shù)人員也都對基坑土釘支護(hù)的工作機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究，對土釘支護(hù)技術(shù)的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)[5][6][7]。中國在20世紀(jì)末期開始逐步在基坑工程中使用土釘支護(hù)技術(shù)。1982年，太原煤炭設(shè)計(jì)研究院的王步云首次成功地在工程中使用這一基坑支護(hù)技術(shù)，該工程即為山西晉中柳彎煤礦調(diào)度房的黃土邊坡加固。在道路、橋梁以及隧道的施工過程中，土釘支護(hù)也發(fā)揮了較大的作用，這方面也有很多成功的工程實(shí)例[8][9][10]。從20世紀(jì)90年代開始，中國城市發(fā)展越來越快，許多市政工程的建設(shè)都需要開挖基坑，土釘支護(hù)由于其施工及成本的優(yōu)勢而得到了長足的發(fā)展，同時(shí)，對土釘支護(hù)工作機(jī)理的研究也在同步進(jìn)行。1.3復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀在土釘支護(hù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐的過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)在某些情況下，土釘支護(hù)也有其弊端，比如：（1）單純土釘支護(hù)沒有隔水措施，在地下水位較高或者土質(zhì)較軟的情況下，土釘支護(hù)難以施工或者穩(wěn)定性達(dá)不到規(guī)范要求；（2）對基坑底部的土體，常規(guī)土釘支護(hù)是無法加固的，因此也就不能解決基坑底的隆起、流砂以及管涌等工程地質(zhì)災(zāi)害；（3）由于常規(guī)土釘施工之前必須先將基坑開挖到一定深度，因此基坑邊坡必須要有一定的自立高度，這在軟土地區(qū)是不能應(yīng)用的，而且即使土體能夠自立，一般水平位移也會比較大，這對基坑支護(hù)變形控制是非常不利的；（4）常規(guī)土釘支護(hù)對基坑深度是有一定要求的，基坑太深或者土質(zhì)較軟時(shí)，土釘支護(hù)就難以達(dá)到穩(wěn)定性要求。為了解決這些問題，工程技術(shù)人員在實(shí)踐過程中提出了很多種組合形式的復(fù)合土釘支護(hù)，如水泥土樁止水帷幕+土釘支護(hù)、微型樁+土釘支護(hù)、上部土釘墻+下部樁錨的支護(hù)方式、預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)合土釘墻的支護(hù)形式等[11]。復(fù)合土釘支護(hù)是在土釘支護(hù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，當(dāng)前人們對土釘支護(hù)的研究還不是特別透徹，對復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理的研究更少，而且復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，周圍土體的性質(zhì)又有其不確定性，因此對這一技術(shù)的理論研究遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，但工程技術(shù)人員對此也做了很多工作，其中的一些成果對工程實(shí)踐也具有很好的指導(dǎo)意義。在對復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)工作機(jī)理進(jìn)行研究的過程中，有些成果非常具有研究和應(yīng)用價(jià)值，比如在對土釘墻超前支護(hù)的研究中，屠毓敏[12]對超前錨管對土體的抗滑作用進(jìn)行了深入分析研究，這一研究是基于Ito和Matsui所做的對作用于排樁上的土壓力理論的研究成果，屠毓敏提出了超前錨管復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算方法，而且經(jīng)過實(shí)際工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了驗(yàn)證。在對土釘支護(hù)結(jié)合止水帷幕的研究過程中，李象范、徐水根等人提出采用水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)的形式[13][14][15]，具體施工方法是先施工單排或雙排水泥土攪拌樁，待樁體達(dá)到一定強(qiáng)度形成止水帷幕后再施做土釘，這種支護(hù)形式既能解決基坑止水防滲的問題，又使基坑邊坡有一定的自立高度，便于土釘施工，同時(shí)也減小了基坑變形。水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)的計(jì)算主要包括樁體嵌入深度、土釘長度及桿體截面的確定以及整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算等，對于這種支護(hù)形式的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，當(dāng)前工程界一般的做法是將水泥土樁的抗滑作用作為安全儲備而不予考慮，而實(shí)際上這種做法是不符合實(shí)際情況的，本文將在以下章節(jié)中對這一問題進(jìn)行詳細(xì)闡述。1.4水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的概念和發(fā)展1.4.1水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的概念水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系是指以水泥土攪拌樁作為止水帷幕和超前支護(hù)，在水泥土樁施工完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后再施工土釘。這種復(fù)合支護(hù)體系的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面[16]：（1）水泥土樁止水帷幕形成封閉的開挖空間，基坑內(nèi)部降水不影響周邊地下水位，有利于保護(hù)基坑周邊環(huán)境；（2）止水帷幕同時(shí)又是超前支護(hù)，對開挖面土體位移起到限制作用，提高土體自立臨空高度，且有利于減少水平位移；（3）水泥土樁形成相對干燥的開挖面，有利于提高噴射混凝土面層的施工質(zhì)量；（4）水泥土樁插入基坑底部開挖面一定深度，增加了邊坡的抗滑移能力，提高了基坑底部的抗隆起穩(wěn)定性和抗管涌穩(wěn)定性。1.4.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系研究與應(yīng)用中存在的問題復(fù)合土釘支護(hù)的工程應(yīng)用實(shí)踐是先于理論的，水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系亦是如此，由于理論研究相對于工程實(shí)踐的滯后，在實(shí)際工程應(yīng)用中也面臨諸多問題[17]。（1）理論研究落后于工程實(shí)踐，因而不能很好的指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工。水泥土樁與土釘支護(hù)相結(jié)合而成的復(fù)合支護(hù)體系內(nèi)部各構(gòu)件的相互作用非常復(fù)雜，基坑周邊的地質(zhì)條件又具有不確定性，因此對復(fù)合支護(hù)體系的研究難度非常大。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算方法尚不系統(tǒng)，不統(tǒng)一，沒有完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)無所遵循。對復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)前常見的方法是基于疊加原理的，但實(shí)際上復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)中各種構(gòu)件之間以及各構(gòu)件與土體之間的相互作用并不是簡單的疊加，而是一種復(fù)雜的耦合作用。然而當(dāng)前并沒有這方面的較為成熟的研究成果來作為指導(dǎo)基坑工程設(shè)計(jì)和施工。（3）關(guān)于水泥土樁的作用，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定不明確。現(xiàn)行的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》雖然新增加了復(fù)合土釘墻的內(nèi)容，但對水泥土樁的擋土作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)并未定量考慮，而是當(dāng)做安全儲備，這種做法雖然保證了基坑工程的安全性，但很容易產(chǎn)生基坑支護(hù)設(shè)計(jì)偏于保守的問題，而且在某些情況下不計(jì)水泥土樁的擋土作用是不利于復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用的。1.5本文的主要研究內(nèi)容從當(dāng)前復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用狀況來看，復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)已經(jīng)被越來越多的應(yīng)用于工程實(shí)踐，特別對于水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系這一支護(hù)形式來說，由于兼具技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢，故其應(yīng)用更是非常廣泛，可是當(dāng)前關(guān)于這種支護(hù)形式的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與工程實(shí)踐，對其工作性能和受力機(jī)理仍需進(jìn)一步深入研究，逐步完善設(shè)計(jì)理論和方法，以推動這項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，為此，本文主要做了以下研究工作：（1）對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的工作性狀和受力機(jī)理進(jìn)行深入分析，探討水泥土樁在復(fù)合支護(hù)體系中的作用機(jī)制；（2）對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，進(jìn)一步明確復(fù)合支護(hù)體系中各部分構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；（3）對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性計(jì)算方法進(jìn)行了深入探討，根據(jù)計(jì)算過程中是否考慮水泥土樁的擋土作用，分別用兩種方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算采用了理正深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件以及理正巖土-超級土釘支護(hù)設(shè)計(jì)軟件。（4）對計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，總結(jié)得出在水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮水泥土樁的擋土作用。第2章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的受力機(jī)理分析2.1土釘支護(hù)受力機(jī)理分析土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理因其與周圍土體的相互作用而復(fù)雜多變，因此現(xiàn)場試驗(yàn)的方法是當(dāng)前研究土釘受力機(jī)理的最重要的方法，理論分析、數(shù)值計(jì)算和數(shù)值模擬只能作為輔助研究方法，而且很多理論分析和數(shù)值模型的建立都是經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)研究來實(shí)現(xiàn)的，對土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和位移的計(jì)算更是如此。當(dāng)前，經(jīng)過試驗(yàn)研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)作用機(jī)理已經(jīng)成為基坑工程研究領(lǐng)域中不可或缺的一個(gè)方面，這些試驗(yàn)主要包括：室內(nèi)的直剪試驗(yàn)、現(xiàn)場的土釘抗拉拔試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)以及對足尺土釘墻的試驗(yàn)等[18][19]。由于受各種條件限制，當(dāng)前國內(nèi)主要還是經(jīng)過室內(nèi)的直剪試驗(yàn)以及現(xiàn)場的土釘抗拉抗拔試驗(yàn)來研究土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作性狀和受力機(jī)理，而對離心模型試驗(yàn)和足尺土釘墻的試驗(yàn)則進(jìn)行的很少，也很少在國內(nèi)的文獻(xiàn)中見到這方面的研究成果。2.1.1土釘抗拔作用機(jī)理分析土釘?shù)目拱巫饔脵C(jī)理是經(jīng)過土釘?shù)目拱卧囼?yàn)來分析研究的，土釘單位長度的抗拔力即是經(jīng)過此試驗(yàn)來確定的，試驗(yàn)得到的參數(shù)能夠作為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)，而且土釘?shù)氖┕べ|(zhì)量好壞也能夠經(jīng)過此試驗(yàn)來界定。對土釘抗拔力進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定土釘?shù)膽?yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及土釘拉力與位移的關(guān)系，在實(shí)際工程中也能夠作為土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)的依據(jù)。當(dāng)前，工程技術(shù)人員在對土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的剪力進(jìn)行分析時(shí)，一般認(rèn)為剪力沿土釘全長是均勻分布的，由抗拔試驗(yàn)所得出的結(jié)果，用式（2-1）計(jì)算最大剪應(yīng)力[20]：(2-1)式中：——土釘端頭拉力；——土釘?shù)陌霃?；——土釘?shù)拈L度；——土釘平均深度處的垂直應(yīng)力；——釘土切向剪切面處的粘聚力（kPa）；——釘土切向剪切面處的內(nèi)摩擦角（）。上式所得出的剪應(yīng)力即為整體剪應(yīng)力。Schlosser和Guillious（1984）[21]提出了土釘抗拔作用時(shí)的最大剪應(yīng)力（極限抗剪強(qiáng)度）的計(jì)算公式如式（2-2）：(2-2)式中：——土釘橫截面周長；——釘土作用面處的似摩擦系數(shù)；——土釘半徑；——土體粘聚力；——土釘平均深度處的垂直應(yīng)力。土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作性狀和作用機(jī)理是非常復(fù)雜的，上述公式并不能詳細(xì)描述土釘抗拔作用時(shí)土釘?shù)氖芰η闆r，另外，對土釘抗拔作用造成影響的因素也比較多，場地土質(zhì)條件、土釘體的剛度和強(qiáng)度、土釘與周圍土體的接觸面處的特征以及構(gòu)件接觸面各種介質(zhì)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等都會對土釘抗拔作用產(chǎn)生影響。Guilloux等人對土釘抗拔作用進(jìn)行了試驗(yàn)研究[22][23][24]，試驗(yàn)表明，當(dāng)土釘與周圍土體之間的相對位移達(dá)到0.6-3.0mm的時(shí)候，它們之間極限剪切應(yīng)力達(dá)到最大，土釘所受的剪切應(yīng)力隨著釘土之間位移的增大而呈明顯增加的趨勢，同時(shí)，極限剪應(yīng)力的大小并不像以上兩式中所描述的那樣呈線性變化，和土釘埋入深度的關(guān)系也并不明顯。從試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，對土釘抗拔作用機(jī)理的研究應(yīng)當(dāng)從應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系方面來考慮。（1）土釘抗拔荷載的傳遞機(jī)理在分析土釘抗拔荷載的傳遞機(jī)理時(shí)，認(rèn)為土體首先將拉力施加于土釘體的拉拔端[25]，此時(shí)，土釘拉拔端會受到拉伸作用而產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)的變形，這樣，土釘錨固體的側(cè)表面會受到周圍土體的摩擦力，在摩擦力的作用下，土釘體將端頭所受的拉力逐漸傳遞到與其相接觸的土體中，這就造成了土釘錨固體的軸向拉伸變形隨土釘長度遞減。隨著基坑開挖深度不斷增加，下部土釘體會受到更大的拉力的作用，土釘體的變形和位移都會逐漸增大，這時(shí)，土釘體全長的摩擦阻力都被調(diào)動起來，周圍的土體也越來越多的參與受力，當(dāng)土釘體的摩擦阻力達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，土體被剪壞，位移將明顯增加，土釘也會被均勻拔出。從以上對土釘抗拔荷載傳遞機(jī)理的分析能夠看出，土釘體的位移和軸向拉力是向內(nèi)逐漸遞減的，而且周圍土體的摩擦阻力也是在基坑施工過程中被逐步調(diào)動起來的。（2）土釘抗拔作用的力學(xué)模型土釘抗拔試驗(yàn)的剪應(yīng)力-位移關(guān)系能夠簡化為圖2-1所示的實(shí)線部分[3]。圖2-1土釘抗拔試驗(yàn)的剪應(yīng)力-位移關(guān)系Fig.2-1Soilnailpullouttestsofshearstress-displacementrelationship經(jīng)過分析土釘抗拔試驗(yàn)的剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線來剪力土釘抗拔作用的力學(xué)模型。抗拔作用下土釘?shù)募魬?yīng)力-位移曲線可簡化為圖2-1所示的OP段和PQ段。土釘體剪應(yīng)力與位移的關(guān)系為在OP段隨位移的增加而線性增加，土體具有彈性體的性質(zhì)；PQ段說明當(dāng)土釘體與周圍土體之間的相對位移達(dá)到后，釘土之間的剪應(yīng)力將保持不變，土釘體被均勻拔出，土體已經(jīng)發(fā)生剪切破壞[4]。根據(jù)圖2-1，可得到下面的表示式：當(dāng)時(shí)(2-3)當(dāng)時(shí)(2-4)式中，——峰值剪應(yīng)力；——峰值剪應(yīng)力時(shí)土體的位移；——土釘斷面處的位移；——剪切變形系數(shù)。假定在土釘體端頭處作用有拉力P，土釘長度為l，以土釘體端頭位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，以土釘體軸線為坐標(biāo)軸建立如圖2-2所示的坐標(biāo)系。沿著坐標(biāo)軸的方向，在距離坐標(biāo)原點(diǎn)為x處取長度dx的單元，對該單元進(jìn)行分析，取x方向作為正方向，根據(jù)單元的平衡條件可得式（2-5）：(2-5)式中，——土釘體的直徑；——截面處土釘體的軸向拉力。（（a）（b）（c）圖2-2（a）土釘抗拔計(jì)算簡圖；（b）土釘單元應(yīng)力圖；（c）土釘單元變形示意圖Fig.2-2(a)Soilnailpulloutcalculationdiagram;(b)Soilnailunitstressdiagram;(c)Schematicdeformationofsoilnailingunit根據(jù)土釘?shù)睦熳冃闻c軸力的關(guān)系，有：(2-6)斷面處的軸力為：(2-7)上式中，為有效土釘模量，、分別為鋼筋的彈性模量與土釘?shù)臐{體模量，、分別為鋼筋的截面積與土釘?shù)臐{體截面積。根據(jù)斷面處力的平衡條件可得式（2-8）：(2-8)即：(2-9)土釘體任一截面處的位移量等于土釘體的剛體位移與土釘體的拉伸變形兩者之和，則斷面處土釘?shù)目偽灰茷椋?2-10)式中，為土釘斷面處的拉伸變形量，為土釘剛體位移。因?yàn)橥玲旙w末端沒有受到拉力的作用，因此末端沒有產(chǎn)生拉伸變形，土釘體的位移即為土釘?shù)膭傮w位移。上式對求一階導(dǎo)數(shù)得：(2-11)將(2-9)式代入上式得：(2-12)上式對求一階導(dǎo)數(shù)得：(2-13)上式可寫成下面的形式：當(dāng)(2-14)當(dāng)(2-15)式(2-14)的通解為：(2-16)式(2-15)的通解為：(2-17)上式中，，表示土釘對土體的相對剛度，其量綱為長度。在土體未發(fā)生剪切破壞前，土釘拉拔端的位移最大，位移由拉拔端向尾端逐漸減小到零。因此當(dāng)時(shí)，，土釘?shù)奈灰谱畲?。而在土釘體被拔出的過程中，土釘體各點(diǎn)處的位移是相同的。將式(2-17)代入式(2-9)得：(2-18)只要確定系數(shù)，以及土體剪切變形系數(shù)，就能夠計(jì)算出軸力、位移以及剪力沿土釘體的軸向分布規(guī)律。根據(jù)式（2-19）和式（2-20）的邊界條件確定。（1）當(dāng)時(shí)，，代入式(2-18)得：(2-19)（2）當(dāng)時(shí)，，代入式(2-18)得：(2-20)上面兩個(gè)邊界條件還不能完全確定的值，因此需要再找到一個(gè)條件，即根據(jù)土釘體某個(gè)斷面已知的位移或軸力的表示式，并結(jié)合式(2-19)和式(2-20)來確定的值，在實(shí)際工程施工過程中，一般要對土釘體拉拔端處的釘頭位移進(jìn)行測量，以下僅對這種情況進(jìn)行分析，如果土釘體某點(diǎn)的位移和軸力已經(jīng)測得，其分析方法是相同的[18]。假設(shè)土釘釘頭處的位移實(shí)測值為，將時(shí)，代入式(2-17)得：(2-21)令，由式(2-19)、(2-20)、(2-21)解得：2.1.2土釘抗剪作用機(jī)理分析土釘抗剪作用機(jī)理一般經(jīng)過大型直剪試驗(yàn)來完成[26]。模擬土釘作用機(jī)理的大型直剪試驗(yàn)裝置如圖2-3所示：圖2-3直剪試驗(yàn)裝置圖Fig.2-3Figureofdirectsheartestdevice這一試驗(yàn)裝置是由上、下兩部分組成的，分別用兩個(gè)圓柱形的半剪力盒，試驗(yàn)過程中為避免土體發(fā)生轉(zhuǎn)動，將下面的半剪力盒固定到臺板上，然后用千斤頂對土體施加垂直方向的應(yīng)力，同時(shí)為保證水平剪力經(jīng)過試樣的中心，要在上、下兩個(gè)半剪力盒的對稱平面處用液壓千斤頂沿水平方向?qū)υ嚇邮┘铀椒较虻募魬?yīng)力。Pedley和Briddle等人曾利用大型直剪試驗(yàn)研究過土釘?shù)目辜糇饔?，不過當(dāng)時(shí)土釘是用條形插筋來代替的[27][28][29]。對試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得加筋土試樣的剪切阻力要比未加筋土試樣的剪切阻力大，而且當(dāng)剪切位移到達(dá)一定值時(shí)，加筋土的抗剪強(qiáng)度會達(dá)到峰值，然后隨著剪切位移的繼續(xù)增加而有所減小，這就說明加筋土的抗剪強(qiáng)度和剪切位移是有密切關(guān)系的。從這個(gè)試驗(yàn)也能夠得出土釘?shù)募羟凶冃未笾履軌蚍譃樗膫€(gè)階段，即線性變形階段、塑性變形階段、漸進(jìn)性變形階段和破壞階段[30]。每個(gè)階段的變形特性和受力機(jī)理能夠歸納如下：（1）線性變形階段：在這個(gè)階段，由剪力引起的土體位移較小，因此此時(shí)的加筋土和未加筋土的抗剪強(qiáng)度基本是相同的，土體中的土釘對土體的影響幾乎為零，抗剪強(qiáng)度主要還是有土體來承擔(dān)的；（2）塑性變形階段：進(jìn)入這個(gè)階段，因?yàn)樵谕馏w中插入土釘，土中應(yīng)力就會逐漸的向土釘轉(zhuǎn)移，土釘體逐漸開始發(fā)揮作用，土釘體經(jīng)過應(yīng)力傳遞作用將附近土體的應(yīng)力擴(kuò)散到周圍的土體中，調(diào)動周圍土體一起參與受力，從而使周圍土體進(jìn)入到塑性狀態(tài)，是塑性階段逐漸延長；（3）漸進(jìn)性破壞階段：在這一階段，土體的剪切位移會逐漸增大，周圍土體發(fā)生剪脹，土體塑性應(yīng)變增加，剪應(yīng)力就會隨之減小，土釘與周圍土體之間的相對位移達(dá)到極限值，就會引起土釘與土體產(chǎn)生局部滑動，這種情況將導(dǎo)致剪切應(yīng)力想土體內(nèi)部傳遞。然而這一階段的土體依然能夠保持較好的完整性，因?yàn)槠溥€具有一定的殘余強(qiáng)度；（4）破壞階段：剪切破壞面逐漸增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值后加筋土的強(qiáng)度就不再發(fā)生變化，此時(shí)在土體中就會形成一個(gè)貫穿試樣的剪切面，加筋土的強(qiáng)度是經(jīng)過在土體中插入插筋來提高的，插筋的作用不但是傳遞應(yīng)力，還包括其抗彎剛度。從以上分析能夠看出，土釘軸力的發(fā)揮是經(jīng)過周圍變形的土體與土釘?shù)南嗷プ饔脕硗瓿傻?。?dāng)剪切荷載施加到土體上時(shí)，土體將產(chǎn)生變形，提高土體的抗剪能力。土釘周圍的土體由于應(yīng)力擴(kuò)散作用的影響也產(chǎn)生變形。當(dāng)土釘周圍較為粗糙而且土釘?shù)妮S向與土體的剪切應(yīng)變的增量方向一致時(shí)，土釘對于其鄰近土體的變形會產(chǎn)生較大的限制作用，從而會引起土體的主應(yīng)力方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使得土釘及其周圍土體達(dá)到新的平衡狀態(tài)。2.1.3釘土相互作用分析土釘打入地層中并經(jīng)過注漿體與周圍土層形成復(fù)合受力體。由于土釘?shù)膹?qiáng)度和剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土體，故復(fù)合受力體所受的拉力和剪力會向土釘集中。土釘將承擔(dān)絕大部分拉應(yīng)力，而且將以彎折的形式抵抗土坡內(nèi)的剪應(yīng)力。要清楚的區(qū)分土釘與土體受力的分擔(dān)比例是很困難的。但根據(jù)土質(zhì)特點(diǎn)，一般能夠認(rèn)為當(dāng)復(fù)合體內(nèi)存在拉力時(shí)，全部由土釘承擔(dān)；當(dāng)復(fù)合體內(nèi)沿潛在滑裂面產(chǎn)生剪應(yīng)力時(shí)，首先發(fā)揮作用的是土體，土體的抗剪強(qiáng)度接近充分發(fā)揮時(shí)，不足的部分才由土釘承擔(dān)。由上述土釘支護(hù)的變形受力特性，土釘受力在不同階段發(fā)揮不同的作用[4]?；釉陂_挖的初期，由于深度較淺，發(fā)生整體滑移的可能性較小，這時(shí)土釘以拉力的形式限制、約束土體的水平位移。基坑開挖后期，坑深接近設(shè)計(jì)深度，這時(shí)土釘拉力峰值后移至潛在滑裂面附近，土釘將與土體共同抵御由滑動土體自重產(chǎn)生的下滑力，土釘承受剪力。潛在滑裂面由于土釘?shù)募庸套饔茫⒉皇钦嬲臅l(fā)生滑移的滑裂面，真正危險(xiǎn)的滑裂面后移到土釘?shù)哪┒瞬?。危險(xiǎn)滑裂面后移，使得滑移曲線變得平緩，滑裂面面積增加，調(diào)動更多的土體參與抗滑作用，因此使基坑邊坡變得安全。2.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)受力機(jī)理分析2.2.1水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的支護(hù)作用原理一般，土釘-水泥土攪拌樁-預(yù)應(yīng)力錨桿是應(yīng)用較為廣泛的一種復(fù)合土釘支護(hù)形式，這種復(fù)合土釘支護(hù)體系在受力方面的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面[17]：（1）利用土釘?shù)目拱巫饔脕碚{(diào)動土體淺部滑裂面的潛能，土釘在水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系中起主要作用，經(jīng)過充分發(fā)揮土釘?shù)暮奢d傳遞和應(yīng)力擴(kuò)散作用，使土體和外部超載產(chǎn)生的應(yīng)力擴(kuò)散到周圍土體中；（2）利用預(yù)應(yīng)力錨桿施加的預(yù)應(yīng)力來調(diào)動土體的深部潛能，土釘?shù)淖饔瞄L度有限，超過一定長度，土釘軸力的傳遞就會受到限制，而錨桿的作用深度要遠(yuǎn)大于土釘，經(jīng)過對其施加預(yù)應(yīng)力，能夠?qū)⑼獠亢奢d傳遞到更深層的土體中，調(diào)動更多的土體一起參與受力；（3）水泥土樁起到了控制基坑開挖過程中土體的側(cè)向位移的作用，使基坑邊坡具有了一定的自立高度，既便于土釘及錨桿的施工，又減小了變形。另外，水泥土樁分擔(dān)荷載的作用體現(xiàn)在其可提高支護(hù)體系的抗彎剛度、抗傾覆能力和抗剪能力，分擔(dān)一部分土壓力荷載，控制開挖過程中的側(cè)向位移，提高基坑邊坡的穩(wěn)定性。水泥土樁的另外一個(gè)重要作用就是作為止水帷幕，起到止水防滲的作用，當(dāng)周圍土體含水量較大時(shí)，提前設(shè)置水泥土樁止水帷幕，能夠有效的保護(hù)基坑施工的安全行，同時(shí)也保護(hù)了工程周邊的環(huán)境，另外，在噴射混凝土面層時(shí)，普通土質(zhì)邊坡若含水量較大，混凝土面層與土體的粘結(jié)強(qiáng)度較低，很容易脫落，對基坑的安全不利，經(jīng)過設(shè)置水泥土樁，能夠?qū)⒚鎸踊炷林苯訃娪谒嗤翗侗砻?，粘結(jié)強(qiáng)度就會很好，再次，水泥土的力學(xué)強(qiáng)度要比原狀土強(qiáng)很多，在軟土地區(qū)，當(dāng)水泥土樁置于基坑底以下一定深度后，對抵抗基坑隆起和管涌都會起到非常重要的作用[31][32]?；舆吰陆?jīng)過土釘注漿體的滲透和擠壓，改變了原土體的摩擦角、粘聚力和彈性模量等參數(shù)，使土體的物理力學(xué)性質(zhì)與原狀土體明顯不同，而成為一種新的地質(zhì)體，這種地質(zhì)體的強(qiáng)度較高，能夠滿足土釘及預(yù)應(yīng)力錨桿的施做要求。預(yù)應(yīng)力錨桿經(jīng)過施加預(yù)應(yīng)力限制基坑的位移，并把土壓力及外部荷載傳遞到基坑深部的穩(wěn)定地層中，土釘-水泥土攪拌樁-預(yù)應(yīng)力錨桿緊密的聯(lián)系在一起，共同承擔(dān)荷載，使邊坡穩(wěn)定并減小位移。2.2.2水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系中樁的作用分析水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的工作機(jī)理甚為復(fù)雜，當(dāng)前對這一支護(hù)形式的認(rèn)識還很不全面，這也是當(dāng)前沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)計(jì)算理論的原因。復(fù)合支護(hù)體系中由于水泥土樁的存在，使得體系在受力變形等方面與土釘支護(hù)都有了很大的不同。文獻(xiàn)[17]較為完善的分析了水泥土樁的作用機(jī)制。（1）提高自立臨空高度一般土釘支護(hù)中，最大無支護(hù)開挖臨空面的高度是特定的，不可超挖，否則可能引起工程事故，另外，從限制基坑位移的角度出發(fā)，也要求無支護(hù)臨空面高度不宜過大。對于水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系來說，一般能夠認(rèn)為其自立臨空面高度不受土質(zhì)條件的限制，每一開挖工況下參與維持基坑邊坡穩(wěn)定的因素除了土體與土釘外都有水泥土樁的作用。水泥土樁經(jīng)過樁-釘-土間的結(jié)構(gòu)作用調(diào)動基坑內(nèi)側(cè)被動區(qū)土壓力的作用。另外，樁土間的摩擦阻力對基坑邊坡穩(wěn)定也有貢獻(xiàn)。因此該復(fù)合體系的自立臨空高度能夠得到很大的提高。（2）摩擦傳力機(jī)制水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系中，水泥土樁在硬化過程中與原位土體形成了良好的粘結(jié)作用，兩者之間存在著發(fā)揮較大摩阻力的潛能。經(jīng)過對多個(gè)實(shí)際工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，靠近樁側(cè)的土體的沉降明顯小于遠(yuǎn)離樁的土體沉降，這是因?yàn)闃杜c其周圍的土體之間存在摩擦力的作用，這種作用使地面的最大沉降點(diǎn)后移。土體的重力和外部荷載是誘發(fā)邊坡不穩(wěn)定的最根本、最直接的因素，而樁與樁側(cè)土體的摩擦阻力使被支護(hù)土體的部分重力及外部荷載直接傳遞至深部土層，使作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力有所減少。（3）側(cè)向位移曲線的整合機(jī)制δ一般土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移曲線是發(fā)散型的，最大的側(cè)移位置發(fā)生在基坑頂部，如圖2-4所示：δ圖2-4土釘支護(hù)側(cè)移曲線示意圖Fig.2-4Soilnailinglateralcurvediagram土釘支護(hù)水平側(cè)向位移模式的形成與土釘?shù)氖┕み^程有很大的關(guān)系，土釘為自上而下施工，每向下開挖一層就會引起上部土體的位移，使已經(jīng)施工完成的土釘參與受力，與周圍土體共同構(gòu)成支護(hù)體系，并最終積累成如圖2-4所示的側(cè)向位移移曲線。而水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)的側(cè)移曲線是“鼓肚”型的，如圖2-5所示。水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)中具有一定強(qiáng)度和剛度的水泥土攪拌樁和土釘之間存在著較好的結(jié)構(gòu)作用，能夠?qū)⑺嗤翑嚢铇独斫鉃橐酝玲敒橹c(diǎn)的連續(xù)梁[33]。隨著支護(hù)向下進(jìn)行，上部已設(shè)置的土釘?shù)闹c(diǎn)作用已經(jīng)有效地約束了土體的變形，并促使土體的變形趨于均勻，隨著開挖的進(jìn)行，下部土體的側(cè)向位移變形就顯得更加突出，最終形成了如圖2-5所示的側(cè)移曲線：圖2-5水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)側(cè)移曲線示意圖Fig.2-5Cementpilecompositesoilnailinglateralcurvediagram（4）最危險(xiǎn)滑裂面前移機(jī)制理論和實(shí)踐均表明，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)中土釘最大拉力的位置與被支護(hù)土體的最危險(xiǎn)滑裂面的位置基本一致，一般在土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)中，直接作用于面層上的土壓力較小，這樣傳遞給土釘?shù)睦σ草^小，這樣土釘與其周圍土體的摩擦力要經(jīng)過一定的距離后才能達(dá)到最大拉力的位置，因此土釘支護(hù)中最危險(xiǎn)滑裂面的位置要比無支護(hù)土體的最危險(xiǎn)滑裂面位置靠后。而水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系中，因?yàn)樗嗤翗逗笸翂毫^大，因此傳遞給土釘端頭的拉力也較大，這樣土釘就能經(jīng)過較短的傳力距離而達(dá)到最大拉力位置，因此水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的最危險(xiǎn)滑裂面相比一般土釘支護(hù)來說有前移的趨勢。2.2.3水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系變形特性分析水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的變形較為復(fù)雜，而且與普通土釘支護(hù)有很大的不同，文獻(xiàn)[34][35][36]對此進(jìn)行了研究，以下將從地表沉降、基底隆起、坡面水平位移和邊坡內(nèi)土體水平位移等方面分別加以分析。2.2.3.1地表沉降特性分析（1）同一次開挖支護(hù)完成后，水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)邊坡的地表沉降相對于無支護(hù)邊坡和土釘支護(hù)邊坡是最小的。在這一過程中，土釘起到了兩個(gè)重要的作用，一是對基坑邊坡的錨固作用，二是減小土體在垂直方向上的位移的作用。對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)邊坡而言，由于同時(shí)具有了土釘對邊坡的錨固作用和水泥土樁對土體的阻擋作用，基坑邊坡內(nèi)土體的強(qiáng)度得到了明顯增加，基底隆起值也降到最低，地表沉降量顯著減小。（2）最大沉降量所處的位置不同。在土釘支護(hù)施工過程中，地表沉降一般比較容易出現(xiàn)在支護(hù)面處，在此之外，地表沉降隨著與支護(hù)面距離的增加而趨于減小。對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)而言，最大地表沉降出現(xiàn)在支護(hù)面后部，與支護(hù)面有一定的距離，而且隨基坑開挖深度的增加而逐漸增大，地表變形呈明顯上凹曲線形。水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)由于土釘與水泥土攪拌樁聯(lián)合作用，調(diào)動大范圍土體參與支護(hù)，從而使地表沉降在基坑支護(hù)范圍內(nèi)減到最小。（3）在支護(hù)結(jié)構(gòu)分界面處，地表垂直位移變化的形式不同。一般土釘支護(hù)的邊坡在該處都會出現(xiàn)較為明顯的突變現(xiàn)象，即在土釘支護(hù)范圍外側(cè)的垂直位移較大，而支護(hù)范圍內(nèi)側(cè)的垂直位移則較小。水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)邊坡在支護(hù)結(jié)構(gòu)分界面處并沒有明顯的突變現(xiàn)象發(fā)生。（4）一般情況下，水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖深度較小時(shí)能起到抵抗基坑邊坡土壓力的作用，但隨著基坑深度的逐漸增大，復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件已不足以抵抗土體的側(cè)壓力，這時(shí)，基坑支護(hù)面處的水平位移和基底隆起量就會明顯增加，地表沉降也就相應(yīng)增加，從而使水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)邊坡的地表沉降接近或達(dá)到了普通土釘支護(hù)邊坡的沉降值。2.2.3.2基底隆起分析基坑在開挖過程中，邊坡內(nèi)土體處于連續(xù)加載過程中，坡腳處應(yīng)力不斷增加。這種情況下極易產(chǎn)生因?yàn)榛舆吰碌撞砍休d力不足而引起的失穩(wěn)破壞。這種情況下的隆起值也較大，對于水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)而言，基坑底部土體的承載力由于水泥土樁的作用而有所增強(qiáng)，同時(shí)，土釘在這一過程中也具有一定的抗彎作用，因此此時(shí)的基坑底部隆起值較小。2.2.3.3坡面水平位移分析理論和實(shí)踐均表明，在同一時(shí)刻，無支護(hù)邊坡支護(hù)面水平位移量最大，普通土釘支護(hù)的居中，復(fù)合土釘?shù)淖钚　６译S著時(shí)間延長，無支護(hù)邊坡支護(hù)面的水平位移增長最快，普通土釘支護(hù)的次之，水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)的最緩。土釘和水泥土樁聯(lián)合工作后，對減小坡面水平位移有明顯作用。2.2.3.4邊坡內(nèi)土體的水平位移分析（1）每次開挖支護(hù)完成后，基坑的最大水平位移都會出現(xiàn)在支護(hù)面處，離支護(hù)面距離越遠(yuǎn)，土體的水平位移量就越小。（2）在基坑的同一個(gè)開挖工況中，常規(guī)土釘支護(hù)邊坡和水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)邊坡在相同位置處的土體垂直斷面水平位移衰減的形式也有所不同。對普通土釘支護(hù)而言，一般其最大水平位移發(fā)生在地表處，而水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)的水平位移較多的發(fā)生在基坑的中部偏下的位置，而且隨著基坑深度的增加而逐漸減小。2.3本章小結(jié)本章在查閱文獻(xiàn)及已有研究成果的基礎(chǔ)上，分別闡述了土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)和水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的工作性狀和受力機(jī)理。第一節(jié)從土釘?shù)目拱巫饔?、抗剪作用以及釘土的相互作用等方面詳?xì)分析了土釘支護(hù)體系的受力機(jī)理，由于傳統(tǒng)的土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土地區(qū)的應(yīng)用受到很大的限制，特別在地下水較為豐富的地區(qū)，土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)無法獨(dú)立的完成基坑支護(hù)工作，需首先將水位降到基坑底一定深度，或配合止水帷幕共同工作，因此在實(shí)際應(yīng)用中越來越多的被水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)這一新的支護(hù)形式代替。第二節(jié)對水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的受力機(jī)理，特別對水泥土樁的作用進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行了研究，指出了水泥土樁在復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的重要性。第3章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1土壓力的分析計(jì)算土壓力是指擋土構(gòu)件后的填土因土體自重或外部施加的荷載作用對擋土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向壓力。土壓力的計(jì)算非常復(fù)雜，它涉及到土體、地基以及擋土構(gòu)件之間的共同作用，因此影響土壓力性質(zhì)和大小的因素較多，一般包括擋土構(gòu)件的位移、高度、土體的性質(zhì)等[37]。根據(jù)擋土構(gòu)件的位移方向和大小，可將作用在其上的土壓力分為主動土壓力、被動土壓力和靜止土壓力，其中，主動土壓力最大，它是指擋土結(jié)構(gòu)受土體的作用離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所作用在的擋土構(gòu)件上的土壓力；被動土壓力最小，它是指擋土結(jié)構(gòu)受外力作用發(fā)生向土體方向的偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所作用在擋土構(gòu)件上的土壓力；而靜止土壓力大小介于兩者之間。經(jīng)典的土壓力理論包括郎肯土壓力理論和庫倫土壓力理論兩種[38][39]：（1）郎肯主動土壓力理論郎肯土壓力理論是在1857年由英國學(xué)者郎肯（W.J.M.Rankine）提出的。郎肯理論假設(shè)擋土結(jié)構(gòu)物后的主動與結(jié)構(gòu)物前的被動土壓力。在基坑工程設(shè)計(jì)中，一般均采用郎肯理論計(jì)算土壓力。它的計(jì)算簡圖如圖4-1所示：圖3-1粘性土主動土壓力分布Fig.3-1Cohesiveactiveearthpressuredistribution郎肯主動土壓力的計(jì)算公式如式（3-1）(3-1)式中，——主動土壓力；——主動土壓力系數(shù)；——土的重度；c——粘聚力。（2）庫倫主動土壓力理論當(dāng)墻后土體表面傾斜，或墻背傾斜，或考慮墻背與土之間的摩擦?xí)r，計(jì)算土在極限平衡狀態(tài)下的土壓力，可用庫倫土壓力理論。該理論假定土體內(nèi)的滑動面是平面，考慮該平面與墻背平面之間所夾的剛性楔形土體的靜力平衡，搜索對應(yīng)于極值土壓力的滑裂面，就能夠計(jì)算出墻上的主動或被動土壓力。庫倫土壓力的計(jì)算簡圖如圖（3-2）：圖3-2庫倫土壓力計(jì)算示意圖Fig.3-2SchematicCoulombearthpressurecalculation庫倫主動土壓力的計(jì)算公式如式（3-2）(3-2)式中各符號的含義同式（3-1）。（3）規(guī)范采用的土壓力計(jì)算方法《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》[40]對作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力的計(jì)算有如下規(guī)定：（1）對地下水位以上或水土合算的土層(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)式中，——支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，第層土中計(jì)算點(diǎn)的主動土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；當(dāng)時(shí)，應(yīng)??；——分別為支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)、內(nèi)側(cè)計(jì)算點(diǎn)的土中豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；——分別為第層土的主動土壓力系數(shù)、被動土壓力系數(shù)；——分別為第層土的粘聚力（kPa）、內(nèi)摩擦角（）；——支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，第層土中計(jì)算點(diǎn)的被動土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）。（2）對于水土分算的土層(3-7)(3-8)式中，——分別為支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)、內(nèi)側(cè)計(jì)算點(diǎn)的水壓力（kPa）。3.2土釘?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1土釘承載力計(jì)算一般土釘所受最大拉力或設(shè)計(jì)內(nèi)力按下式計(jì)算[40]：(3-9)式中，——第層土釘?shù)妮S向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；——第層土釘?shù)膬A角（o）——墻面傾斜時(shí)的主動土壓力折減系數(shù)；——第層土釘軸向拉力調(diào)整系數(shù)；——第層土釘處的主動土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；——土釘?shù)乃介g距（m）；——土釘?shù)呢Q向間距（m）。式（3-9）中的主動土壓力折減系數(shù)可按下式計(jì)算：(3-10)其中，——土釘墻坡面與水平面的夾角（o）；——基坑底面以上各土層按厚度加權(quán)的等效內(nèi)摩擦角平均值（o）。式（3-9）中土釘軸向拉力調(diào)整系數(shù)按下列公式計(jì)算：(3-11)(3-12)其中，——第層土釘至基坑頂面的垂直距離（m）；——基坑深度（m）；——作用在以為邊長的面積內(nèi)的主動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；——計(jì)算系數(shù)；——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可取0.6～1.0；每層土釘?shù)拈L度應(yīng)該由計(jì)算來確定，以確保在各種荷載的作用下土釘不被拔出：(3-13)式中，——位于滑裂面以內(nèi)的第層土釘長度，即土釘?shù)妮S線與圖3-4所示傾角等于（）的斜線的交點(diǎn)到土釘端頭的距離；——第層土釘?shù)妮S向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN），按式（3-9）確定；——位于滑裂面以外的第層土釘長度；——土釘注漿體與地層土體之間界面單位面積摩阻力；——土釘注漿體的直徑；——土釘局部穩(wěn)定性安全系數(shù)，可取1.2～1.4。樁體樁體滑裂面圖3-4復(fù)合土釘支護(hù)計(jì)算簡圖Figure3-4Calculationdiagramcompositesoilnailing3.2.2土釘構(gòu)造設(shè)計(jì)（1）土釘?shù)男问酵玲敳贾脩?yīng)選擇與地層情況相適應(yīng)的形式，一般包括螺紋鋼筋和鋼管等。螺紋鋼筋作為土釘材料必須先鉆孔，將鋼筋插入孔中，再經(jīng)過兩次注漿，將土釘與周圍土體粘結(jié)成整體；當(dāng)?shù)貙又泻蟹弁痢⒎凵暗纫琢鲃拥耐临|(zhì)時(shí)，成孔較困難，且成孔過程中極易造成水土流失，從而引起地表的下沉。此時(shí)可用鋼管來代替鋼筋，施工時(shí)將鋼管直接擊入，再由管內(nèi)向地層注漿構(gòu)成土釘體。經(jīng)過鉆孔注漿的方法施工而成的土釘，由于注漿較充分，因此抗拔力也較大。只要地層比較容易成孔，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇此類土釘。用錨管作土釘，一般用直徑Φ48mm，壁厚為3.5mm的鋼管。（2）土釘?shù)闹睆酵玲斠凶銐蚪孛娣e，使之不被拉斷。土釘直徑可按下式計(jì)算：(3-14)式中，——土釘受拉屈服強(qiáng)度；——土釘鋼筋直徑；——鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-）》[41]取用。（3）土釘?shù)拈g距一般在土釘支護(hù)過程中土釘主要發(fā)揮一下幾個(gè)方面的作用：=1\*GB3①經(jīng)過向土體內(nèi)注漿來加固土體；=2\*GB3②對作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)面層上的水土壓力承擔(dān)傳力作用，將其傳遞到深部土體[42]；=3\*GB3③減小基坑邊坡土體的變形。在確定土釘間距時(shí)，應(yīng)綜合考慮以上因素。土釘?shù)某休d面積是按土釘水平間距和豎向間距的乘積來計(jì)算的。在某些地區(qū)，由于含水量較大，或者土質(zhì)條件較為特殊，這種情況下土體所能提供的抗剪強(qiáng)度就會比較低，而此時(shí)水土壓力又比較大，則土釘間距宜取較小值，即1.0～1.2m。土釘?shù)呢Q向間距能夠和水平間距相同，也能夠不同，一般情況下能夠使土釘豎向間距比水平間距略大，這樣就能夠減少分層開挖土層數(shù)。（4）土釘傾角土釘傾角一般情況下以向下10o—15o為宜，傾角太大，人工成孔就比較困難；傾角太小，或水平鉆孔，則向孔內(nèi)注漿就比較困難。最下面一排土釘一般宜采用較大的傾角（20o～25o），旨在對深部土體進(jìn)行加固。3.3面層設(shè)計(jì)計(jì)算面層是指由鋼筋網(wǎng)片和向面層噴射的混凝土組成的鋼混結(jié)構(gòu)層[9][43]。面層的主要作用為：（1）阻止土體的局部坍塌，以確保在基坑施工過程中邊坡的穩(wěn)定性；（2）承受水土側(cè)向壓力，并將壓力傳遞到土釘結(jié)構(gòu)上；（3）將邊坡土釘體連接成整體，當(dāng)水泥土攪拌樁墻發(fā)生局部斷裂時(shí)，面層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片可將斷裂部分兜住，防止發(fā)生涌土破壞。面層是土釘支護(hù)體系中的重要組成部分，一般按構(gòu)造設(shè)置，按強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。鋼筋網(wǎng)片一般設(shè)計(jì)為Φ6.5@150mm，雙向布設(shè)，或Φ8@200mm，雙向布設(shè)。噴射混凝土面層厚度一般為80—100mm，分成兩次噴射，其強(qiáng)度為C20。在面層的計(jì)算過程中一般能夠?qū)⑵淇醋魇且酝玲敒橹c(diǎn)的多跨連續(xù)梁，其荷載為水土側(cè)向壓力和外部超載引起的側(cè)向壓力，一般情況下按抗彎構(gòu)件來復(fù)核強(qiáng)度及配筋。3.4水泥土樁設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1樁體抗?jié)B設(shè)計(jì)水泥土樁止水帷幕的形式與工程所處地層地下水位及地層滲透性等因素有密切關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮各種影響因素，以確定水泥土樁各部分的幾何尺寸等。一般水泥土樁的設(shè)置可分為以下幾種情況[44][45]：（1）基坑開挖深度小于3m，而且工程地質(zhì)條件較好，土體的滲透性較小，因基坑施工造成的地表變化對周圍的地下管線以及各類建（構(gòu)）筑物的影響較小時(shí)，可不設(shè)置水泥土樁止水帷幕，而直接采用常規(guī)土釘支護(hù)；（2）基坑開挖深度大于3m而小于6m，工程地質(zhì)條件一般，土體的滲透性較大，基坑降水對周圍的地下管線以及各類建（構(gòu)）筑物的影響較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用水泥土樁作為止水帷幕，一般情況下采用單排水泥土樁即可滿足要求；（3）基坑開挖深度大于6m而小于7m，由于水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)對支護(hù)高度有一定的要求，此時(shí)對較軟弱土質(zhì)宜采用雙排水泥土樁，帷幕體的主要作用一是止水，二是作為超前支護(hù)提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。為了保證水泥土樁的防滲效果，一般在工程中，水泥土樁的水泥摻入比大于10%，這種情況下，水泥土墻體的抗?jié)B性可達(dá)到10-5～10-8cm/s。另外，在施工時(shí)還要保證水泥土樁相互搭接良好，一般經(jīng)過控制鉆機(jī)施工時(shí)的垂直度和提鉆速度就能夠?qū)崿F(xiàn)，因此對施工現(xiàn)場的嚴(yán)格管理是非常重要的。3.4.2樁體嵌固深度計(jì)算復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)樁體嵌入深度由下列公式計(jì)算[46]，并取其中最大值：(3-15)(3-16)式中，——復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑外側(cè)和內(nèi)側(cè)土層水平土壓力之和；——底部土釘?shù)乃酵队伴L度；——作用于滑裂面上的第土條的自重、地面及地下荷載；——土條的圓弧滑裂面切線與水平面夾角；——土條的寬度；——土條的圓弧滑裂面所在處的第層土的粘聚力和內(nèi)摩擦角；——坑底土體粘聚力和內(nèi)摩擦角；——第排土釘提供的最大抗力，按和中的最小值確定；——第排土釘水平間距；——第排土釘軸線與該破壞面切線之間的夾角；——整體安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取1.3。另外，為保證止水效果，帷幕樁體插入深度還應(yīng)滿足以下條件[47]：（1）盡量將止水帷幕插入到滲透性較小的土質(zhì)中至少1m以上，以確保隔水效果；（2）當(dāng)受各種條件限制而使其深度無法到達(dá)隔水層時(shí)，應(yīng)當(dāng)對土體中的動水壓力進(jìn)行分析，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)分析產(chǎn)生涌土和流砂的可能性，最大限度的保證基坑支護(hù)施工的安全。3.5本章小結(jié)本章介紹了水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程，即土壓力的計(jì)算、土釘承載力的計(jì)算、土釘?shù)臉?gòu)造、面層的設(shè)計(jì)以及水泥土樁的抗?jié)B設(shè)計(jì)和嵌固深度的計(jì)算，系統(tǒng)的分析了復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并給出相應(yīng)的計(jì)算公式。其中水泥土樁的抗?jié)B設(shè)計(jì)和嵌固深度計(jì)算是核心內(nèi)容，復(fù)合支護(hù)體系中的水泥土樁兼具止水和擋土的作用，因此本章第3.4節(jié)著重對水泥土樁的適用范圍以及各種土質(zhì)條件下樁的布置形式進(jìn)行了介紹，進(jìn)一步闡述了在某些土質(zhì)條件下復(fù)合支護(hù)體系中樁的重要性。第4章水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析4.1規(guī)范中的復(fù)合土釘穩(wěn)定性分析方法根據(jù)前面所述復(fù)合土釘支護(hù)體系受力變形特性分析，復(fù)合土釘支護(hù)體系的開挖及支護(hù)施工過程和土釘支護(hù)基本相同，即在水泥土樁施工完成并達(dá)到一定強(qiáng)度后分層開挖分層支護(hù)，因此復(fù)合土釘支護(hù)穩(wěn)定性也包括開挖和支護(hù)的每一步驟和最終工況均處于穩(wěn)定狀態(tài)，才能說復(fù)合支護(hù)體系處于穩(wěn)定安全狀態(tài)。復(fù)合土釘穩(wěn)定性分析需按工況進(jìn)行，如第i排土釘設(shè)置之前和設(shè)置之后都需進(jìn)行穩(wěn)定性分析。進(jìn)行穩(wěn)定性分析的方法很多，如簡單圓弧條分法、Bishop法、對數(shù)螺旋曲線法等，國內(nèi)的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》[40]以及《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》[48]均采用簡單圓弧條分法來分析。所不同的是，前者在進(jìn)行復(fù)合土釘支護(hù)整體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)采用了與土釘支護(hù)完全相同的計(jì)算公式，即沒有考慮水泥土樁及預(yù)應(yīng)力錨桿的作用；而后者在對復(fù)合土釘支護(hù)體系進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)將水泥土樁、微型樁以及預(yù)應(yīng)力錨桿的作用以分項(xiàng)系數(shù)的形式全部考慮進(jìn)去。4.1.1《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》的整體穩(wěn)定分析方法在設(shè)計(jì)領(lǐng)域因?yàn)閳A弧滑動條分法編程較為方便，故該方法是當(dāng)前較為流行的一種計(jì)算土釘支護(hù)的整體穩(wěn)定性分析方法。整體穩(wěn)定分析的實(shí)質(zhì)是穩(wěn)定因素和非穩(wěn)定因素的比較，即由土體自重和施工超載引起的滑動力矩之和的比較?；瑒恿匕ǎ涸瓲钔馏w強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力矩；土釘產(chǎn)生的抗滑力矩，表現(xiàn)為滑裂面以外的土釘長度產(chǎn)生的抗滑力矩?！督ㄖ又ёo(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》的整體穩(wěn)定分析方法是基于滑裂面假定為圓弧狀，并考慮土釘?shù)募庸套饔?。采用傳統(tǒng)的圓弧滑動條分法（圖4-1），按式（4-1）和式（4-2）計(jì)算：(4-1)(4-2)式中，——圓弧滑動穩(wěn)定安全系數(shù)；對于安全等級為二級和三級的土釘墻，其值分別不應(yīng)小于1.3和1.25；——第個(gè)圓弧滑動體的抗滑力矩與滑動力矩的比值；——分別為第土條滑弧面處土的粘聚力和內(nèi)摩擦角，——第土條的寬度；——第土條滑弧面中點(diǎn)處的法線與垂直面的夾角；——第土條的滑弧長度，；——第土條上的附加分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；——第土條的自重；——第層土釘或錨桿在滑動面以外的錨固段的極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值與桿體受拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值的較小值；——第層土釘或錨桿的傾角；——滑弧面在第層土釘或錨桿處的法線與垂直面的夾角；——第層土釘或錨桿的水平間距；——計(jì)算系數(shù)，可取；——第層土釘或錨桿與滑弧交點(diǎn)處土的內(nèi)摩擦角。1111432:圖4-1復(fù)合土釘支護(hù)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算1—滑動面；2—土釘或錨桿；3—噴射混凝土面層；4—水泥土樁或微型樁Fig.4-1Compositesoilnailingoverallstabilitychecking1-Slidingsurface;2-Soilnailsorbolts;3-Sprayedconcretesurface;4-Cementpileormicropiles4.1.2《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》的整體穩(wěn)定分析方法《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》中的整體穩(wěn)定驗(yàn)算計(jì)取了水泥土樁、預(yù)應(yīng)力錨桿及微型樁的作用，而且指出，若不計(jì)這些構(gòu)件的作用，設(shè)計(jì)將過于保守，不但與事實(shí)不符，且有些情況下設(shè)計(jì)計(jì)算很難達(dá)到一定的安全度，人為的限制了復(fù)合土釘墻技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)然也不能過高估算這些復(fù)合構(gòu)件的作用，公式中經(jīng)過設(shè)置組合折減系數(shù)，限制了這些復(fù)合構(gòu)件的作用程度。計(jì)算模型如圖4-2：1111432圖4-2復(fù)合土釘支護(hù)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算1—滑動面；2—土釘或錨桿；3—噴射混凝土面層；4—水泥土樁Fig.4-2Compositesoilnailingoverallstabilitychecking1-SlidingsurfaceChina;2-Soilnailsorbolts;3-Sprayedconcretesurface;4-Cementpile計(jì)算公式如下：(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)式中，——整體穩(wěn)定安全系數(shù)，對應(yīng)于基坑安全等級一、二、三級分別取1.4、1.3、1.2；——整體穩(wěn)定分項(xiàng)抗力系數(shù)分別為土、土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿和水泥土樁產(chǎn)生的抗滑力矩和土體下滑力矩的比值；——第個(gè)土條在滑弧面上的粘聚力和內(nèi)摩擦角；——第個(gè)土條在滑弧面上的弧長；——第個(gè)土條的重量，包括作用在該土條上的各種附加荷載；——第個(gè)土條在滑弧面中點(diǎn)處的法線與垂直面的夾角；——土釘、預(yù)應(yīng)力錨桿和水泥土樁組合作用折減系數(shù)；——第根土釘與相鄰?fù)玲數(shù)乃介g距；——第根預(yù)應(yīng)力錨桿的水平間距；——第根土釘在穩(wěn)定區(qū)（即滑裂面外）所提供的摩阻力；——第根預(yù)應(yīng)力錨桿在穩(wěn)定區(qū)（即滑裂面外）的極限抗拔力；——第根土釘與水平面之間的夾角；——第根預(yù)應(yīng)力錨桿與水平面之間的夾角；——第根土釘或預(yù)應(yīng)力錨桿與滑弧面相交處，滑弧切線與水平面的夾角；——第根土釘或預(yù)應(yīng)力錨桿與滑弧面交點(diǎn)處土的內(nèi)摩擦角；——假定滑裂面處相應(yīng)齡期水泥土樁的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定；——單位計(jì)算長度內(nèi)水泥土樁的截面積。同時(shí)，組合作用折減系數(shù)的取值還應(yīng)符合以下規(guī)定：（1）宜取1.0；（2）≤300kN時(shí)，宜取0.5～0.7，隨錨桿抗力的增加而減??；（3）水泥土樁與土釘墻復(fù)合作用時(shí)，宜取0.3～0.5，水泥土抗剪強(qiáng)度取值較高、水泥土墻厚度較大時(shí)，宜取較小值；（4）第根土釘在穩(wěn)定區(qū)（即滑裂面外）所提供的摩阻力應(yīng)符合式（4-8）的規(guī)定：(4-8)4.1.3兩種規(guī)范的差異下面就兩種規(guī)范對土釘支護(hù)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式進(jìn)行對比分析。首先將《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中土釘支護(hù)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式變形如下：(4-9)其中是計(jì)算系數(shù)，，將其代入式（4.1）可得：(4-10)能夠看到，此安全系數(shù)由三部分組成，第1部分表示由土體抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力矩與土體下滑力矩比；第2部分和第3部分表示由土釘所產(chǎn)生的抗滑力矩與土體下滑力矩比。《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》中，在不考慮預(yù)應(yīng)力錨桿、水泥土樁及微型樁的情況下，其整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式如下：(4-11)(4-12)(4-13)其中，根據(jù)規(guī)定取1.0。將（4.11）、（4.12）和（4.13）合并可得：(4-14)由式（4.14）能夠看出，經(jīng)過變形的復(fù)合土釘支護(hù)整體穩(wěn)定驗(yàn)算公式也可分為三部分，而且各部分所表示的含義同式（4.10）相同。將式（4.10）和式（4.14）對比不難發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)公式的第1部分和第2部分相同，而第3部分不同，此部分表示土釘作用力在滑動圓弧法線方向所產(chǎn)生的摩擦阻力，《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》對此的規(guī)定為，而《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》對此部分的規(guī)定為，兩者相差一倍。另外，《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》還綜合考慮了預(yù)應(yīng)力錨桿和水泥土樁止水帷幕的擋土作用，并以組合作用折減系數(shù)的形式對其所發(fā)揮的作用程度加以限制，使得在穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求的前提下，設(shè)計(jì)方案不再過于保守。4.2兩種計(jì)算方法的對比分析下面經(jīng)過實(shí)例計(jì)算，分析由《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-）》（以下簡稱《規(guī)程》）所規(guī)定的不考慮錨桿和樁作用的穩(wěn)定性計(jì)算方法和《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB50739-）》（以下簡稱《規(guī)范》）中考慮錨桿和樁作用的計(jì)算方法所得出的穩(wěn)定安全系數(shù)的差異。計(jì)算將分別采用理正深基坑7.0設(shè)計(jì)軟件（對應(yīng)《規(guī)程》）和理正巖土6.0PB1版中的超級土釘模塊（對應(yīng)《規(guī)范》），為便于對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，計(jì)算過程均假定場地為單一土層，無超載，且不考慮地下水的作用。4.2.1粘聚力c≠0的情況（1）土層及支錨信息如表4-1、4-2和4-3：表4-1土層信息Table4-1

The

information

ofsoil序號土類型層厚(m)重度(kN/m3)飽和重度(kN/m3)粘聚力(kPa)摩擦角(°)1粘性土12.60020.00020.00020.000表4-2土釘信息Table4-2

The

information

ofsoilnailing序號材料水平間距(m)豎向間距(m)入射角(°)鉆孔直徑(mm)長度(m)配筋1鋼筋1.4001.80015.0001106.0001D162鋼筋1.4002.80015.0001107.0001D223鋼筋1.4001.40015.0001107.0001D22表4-3錨桿信息Table4-3Theinformationofanchorarm序號類型水平間距(m)豎向間距(m)入射角(°)總長(m)錨固長(m)錨固體直徑(mm)1錨桿1.4003.20015.00015.00010.000150計(jì)算簡圖如圖4-3：圖4-3水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖Fig.4-3Calculationdiagramofcementsoilpilecompositesoilnailingstructure（2）《規(guī)程》的計(jì)算結(jié)果各工況計(jì)算簡圖如圖4-4所示：圖4-4各工況計(jì)算簡圖Fig.4-4Calculationdiagramofcase各工況計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?-4：表4-4整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算表Table4-4

Calculationtableofoverallstabilitysafetyfactor工況號安全系數(shù)是否滿足規(guī)范要求（1.3）圓心坐標(biāo)x（m）圓心坐標(biāo)y（m）半徑（m）12.039滿足-6.54611.91210.11521.669滿足-7.81212.20812.23431.456滿足-9.70510.54113.33241.303滿足-11.2119.11714.45051.516滿足-13.0279.95516.396（3）《規(guī)范》的計(jì)算結(jié)果根據(jù)《規(guī)范》5.3.2條5.3.5條，驗(yàn)算基坑整體穩(wěn)定性：各工況計(jì)算簡圖如圖4-5所示：圖4-5各工況計(jì)算簡圖Fig.4-5Calculationdiagramofcase各工況計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?-5：表4-5整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算表Table4-5

Calculationtableofoverallstabilitysafetyfactor工況號安全系數(shù)K1安全系數(shù)K2是否滿足規(guī)范要求（1.3）圓心坐標(biāo)x（m）圓心坐標(biāo)y（m）半徑（m）12.7231.388滿足-4.30310.5037.63221.8361.374滿足-5.27610.2589.21831.4821.249滿足-7.25311.10312.27541.3121.179滿足-5.68515.59616.60051.4591.351滿足-8.51421.99123.582注：表中，表示土體、土釘及錨桿組合作用的安全系數(shù)，規(guī)范要求（4）計(jì)算結(jié)果分析如表4-6：表4-6各工況整體穩(wěn)定安全系數(shù)Table4-6Theoverallstabilityfactorofdifferentworkingconditions工況安全系數(shù)12345《規(guī)程》Ks2.0391.6691.4561.3031.516《規(guī)范》K13.0272.1821.6681.5221.795《規(guī)范》K22.0431.7881.4561.3901.662《規(guī)范》η3Ks30.9840.3940.2120.1320.133注：η3Ks3——水泥土樁部分對基坑整體穩(wěn)定安全系數(shù)的貢獻(xiàn)值。（下同）圖4-6兩種計(jì)算方法所得安全系數(shù)對比圖Fig.4-6Twocalculationmethodsresultingsafetyfactorcomparisonchart由表4-6及圖4-6分析可知，對支護(hù)方式完全相同的基坑分別用兩種方法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)用《規(guī)程》方法（不考慮水泥土樁作用）計(jì)算所得穩(wěn)定安全系數(shù)剛好滿足規(guī)范要求時(shí)，用《規(guī)范》方法（考慮水泥土樁作用）計(jì)算所得的穩(wěn)定安全系數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范所要求的1.3。另外，從表中數(shù)據(jù)也能夠看出，水泥土樁部分所承擔(dān)的作用隨基坑開挖步驟的進(jìn)行而逐漸減小，這也說明水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)有一定的適用范圍，超出這個(gè)范圍，樁的擋土作用就不再明顯了。4.2.2粘聚力c=0的情況對于粘聚力c=0的砂土，其計(jì)算過程如下：（1）土層及支錨信息如表4-7～表4-9：表4-7土層信息Table4-7

The

information

ofsoil序號土類型層厚(m)重度(kN/m3)飽和重度(kN/m3)粘聚力(kPa)摩擦角(°)1細(xì)砂12.60020.0000.00020.000表4-8土釘信息Table4-8

The

information

ofsoilnailing序號材料水平間距(m)豎向間距(m)入射角(°)鉆孔直徑(mm)長度(m)配筋1鋼筋1.2001.20015.0001209.0001D222鋼筋1.2002.40015.0001209.0001D223鋼筋1.2001.20015.0001209.0001D224鋼筋1.2001.20015.0001206.0001D22表4-9錨桿信息Table4-9Theinformationofanchorarm序號類型水平間距(m)豎向間距(m)入射角(°)總長(m)錨固長(m)錨固體直徑(mm)1錨桿1.2002.40015.00015.00010.000150計(jì)算簡圖如圖4-7：圖4-7水泥土樁復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖Fig.4-7Calculationdiagramofcementsoilpilecompositesoilnailingstructure（2）《規(guī)程》的計(jì)算結(jié)果各工況計(jì)算簡圖如圖4-8所示：圖4-8各工況計(jì)算簡圖Fig.4-8Calculationdiagramofcase各工況計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?-10：表4-10整體穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算表Table4-10

Calculationtableofoverallstabilitysafetyfactor工況號安全系數(shù)是否滿足規(guī)范要