复合土钉墙设计 (1)

（一）、抗渗设计当基坑开挖深度小于30M，且处于渗透性较小的粉质粘土或泥质粉质粘土地层，另外基坑周围管线和建筑物对地表变化不敏感时，对于这一类基坑而言，一般可不设置防渗帷幕，可以直接施行土钉支护。当基坑设计深度为36M时，基坑处于渗透性较强、孔隙率较大等不良地质体时，在基坑内进行降水作业很容易对坑外地下水位造成影响，因而会对周围构筑物和地下结构产生危害，这种情况下课采用水泥土搅拌桩作为防渗帷幕。这里搅拌桩可以起到抗渗防水的作用，设计时采取单排布设即可满足要求。对于设计深度大于60M的基坑，搅拌桩的设计课采取双排随你土桩，此时搅拌桩既可以发挥隔水作用，也可以对基坑支护结构的变形起到很好的控制作用，同时对坑底隆起的作用由搅拌桩设计的嵌入深度所决定。止水帷幕插入深度应该满足以下条件（1）尽量是防渗帷幕插入渗透性较小的土中10M以上；（2）当不能进入隔水层时，应该按照渗流理论分析长产生的动水压力以及产生涌土、流砂的可能行，抗渗或抗管涌稳定性安全系数为IKCS式中坑底土体临界水力梯度，由坑底土层性质决定ICEGISC1为坑底土颗粒重度；GS坑底土颗粒天然孔隙比；E坑底土渗流土力坡度，；ILIHW基坑内外土体渗流水头（M），取坑外地下水位差；HW最短渗流路径总长度LVMH为渗流经水平段总长度（M），可取帷幕宽度；H为渗流经垂直段总长度（M）；V为渗流径垂直段换算成水平段的系数，可取M15；KS抗渗或抗管涌安全系数，KS1520。（二）、土钉墙参数的设计土钉墙结构尺寸参数设计土钉墙高度由工程开挖深度确定，开挖面坡度可取6090，应尽量的降低坡面坡度。土钉墙是分段施工的，每层开挖的最大深度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，可以有经验公式2/45TANRCH式中H每层开挖的深度，M；土的粘聚力，KPA；土的重度,/；RKN3土的内摩擦角，（）。土的开挖深度一般与土钉的竖向间距相同，常用1015M；每层开挖的纵向长度，取决于维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，一般多用10M。土钉参数的设计1、土钉形式的的选择土钉的形式有两种螺纹钢筋和钢管。螺纹钢筋作为土钉材料必须先钻孔，在钻孔中通过两次注浆，将土钉与土层连接成整体。当处于粉土、粉砂等易流动的地层时，成孔很困难，且成孔过程中易引起水土流失，导致地表下沉，这时可将钢管直接打入顶入，再由管内向地层注浆构成土钉。2、土钉长度的确定LBIAII式中第I层处土钉的总长度，（M）；I第I层滑移面内长度（M），见下面的瑞典条分法确定；AI第I层滑移面外长度（稳定区内）（M）,见确定。BI1）、由局部抗拉设计，初步确定土钉的长度根据筑基坑支护术规程（JGJ1201999）的规定，土钉抗拉承载力计算如下（1）单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求UJKTJ0251式中TJK第J根土钉受拉荷载标准值；TUJ第J根土钉抗拉承载力设计值；（2）单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算/COSJKAJKXZJJTES式中荷载折减系数；EAJK第J个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；SXJ、SZJ第J根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；J第J根土钉与水平面的夹角。（3）荷载折减系数可按下式计算245TAN/T12TANTA2KK式中土钉墙坡面与水平面的夹角（4）对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定，基抗侧壁安全等级为三级时可按下式计算ISKNJSUJLQDT1式中RS土钉抗拉抗力分项系数，取125；DNJ第J根土钉锚固体直径；QSIK土钉穿越第I层土土体与锚固体极限摩阻力标准值，应由现场试验确定；LI第J根土钉在直线破裂面外穿越第I稳定土体内的长度，破裂面与水平面的夹角为。2K土钉抗拉承载力计算简图2）、内部稳定性设计确定土钉的长度用局部抗拉设计结果作为内部稳定设计土钉长度初始值选择。考虑土钉作用时，用瑞典条分法分析内部稳定性问题（1）瑞典条分法将滑动土体进行分条，并视土条为刚体，然后计算出每个土条上受的力对圆的滑动力矩和抗滑力矩，再据FS抗滑力矩/滑动力矩以确定稳定安全系数。安全系数最小的为最危险滑动面。另假设（1）滑动面是圆弧形；（2）滑动土条之间的力不影响滑体整体的稳定性，其条间力可忽略不计。如下图，取第I条块分析。当整个滑动土体处于极限平衡状态时，有据径向静力平衡，则有此时滑动面处于极限平衡，则有根据力矩平衡条件，有式中CI第I条土条滑动面上的粘聚力（KPA）；LI第I条土条弧长（M）；WI第I条土条自重力（KN/M）；第I条土条弧线中点切线与水平线夹角；第I条土条滑动面上的内摩擦角；FS滑动土体的稳定安全系数。IINWCOSTANIIIISCLTFIIWDRSNTACOSTINIIIIIISCLNTFI（2）当考虑土钉作用时其安全系数的表达式为I分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（）；土钉的抗拔能力标注值，KN；TUI土钉与水平面的夹角（）；滑动土体的安全系数，这里取值不小于15。KS由公式确定土钉的抗拔能力标准值，同样的由公式再次确定土钉的长度。3、土钉配筋直径计算及间距参数设计式中K为安全系数，一般取15；D钢筋截面直径（M）；钢筋抗拉强度标准值（N/MM）；PTKF2各层土中最大土压力；AXTFPTK24DMAXCOSTANCOSSINTAIIIXIIIXIIIIXCLSWQSTTKSQ土钉间距包括SX和SY分别为水平间距和竖直间距，可按612倍的直径D选定土钉行距和列距，4、土钉倾角参数设计土钉倾角是指土钉与水平线的倾角，通常以向下倾020为宜，其值取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。倾角太小，或水平钻孔，支护结构的变形越小，但是注浆的质量难以保障；如果倾角过大，支护结构受到变形的影响也较大，但是有利于土钉进入下部较好的土体中，且注浆质量也容易保证。最后一排土钉应该采用较大倾角（通常为2050），可以将土钉牢固在下层地质条件较好的土体中。5、土钉墙面层的设计层面是有钢筋和喷射混凝组成的混凝土结构层。其主要作用为1）承受水土侧向压力，并将其传递到土钉上；2）限制土体局部坍塌；3）将土钉连接成整体，当水泥土桩防渗墙发生局部断裂时，面层内钢筋网片可将断裂部分兜住，以防发生涌土破坏。面层是土钉支护体系中的重要组成部分，一般按构造设置，按强度验算。钢筋网片一般设计为65150MM，双向布设；或8200MM，双向布设。喷射混凝土厚度一般为100MM，宜分成两次喷射。其轻度为C20面层初步设定后，应进行强度复核。（三）、土钉墙稳定性验算1）、土钉墙整体稳定性验算整体稳定安全系数计算为改进的稳定性分析条分法。对于施工时不同开挖深度和使用时不同位置，对应于每个圆心沿破裂面滑动的安全系数计算为滑裂面L抗滑力矩与下滑力矩之比。上图的稳定性系数为式中I分土条的自重（KN/M）；WI分条滑裂面处中点切线与水平面夹角（）；土钉与水平面的夹角（）；其余系数均与前面相同。计算取得结果是每个计算高度中考虑与不考虑土钉作用的最小安全系数及对应圆心点位置。容许安全系数的大小可根据工程性质或安全等级取1215。2）、土钉墙外部稳定性验算土钉原位加固土体，当土钉达到一定密度时所形成的复合体就会出现类似锚定板群锚现象中的破裂面后移现象，在土钉加固范围内形成一个土墙，在内部自身稳定得到保障的情况下，它的作用类似重力式挡墙，因此可用重力式挡土墙的稳定性分析方法对土钉墙进行分析。1土钉墙厚度的确定土钉墙厚度（M）；B土钉的平均长度（M）；L土钉与水平面之间的夹角。2抗滑动稳定性验算。EFKAXTH/式中