土木工程毕业设计（论文）-北京联合大学综合楼工程深基坑土钉支护设计.doc

分类号 密级中国地质大学（北京）本 科 毕 业 设 计题 目 北京联合大学综合楼工程 深基坑土钉支护设计 英文题目 Soil Nailing Design of Deep Foundation Pit for Comprehensive Building Project 学生姓名 院（系） 工程技术学院 专 业 土木工程 学 号 02208110 指导教师 职 称 副教授 2012年5月摘 要拟建工程为北京联合大学旅游学院综合实训楼，位于北京市朝阳区北四环东路99号北京联合大学旅游学院内。场地地貌属永定河冲洪积扇中下部，地形平坦。本工程自然地面标高约42.00m42.25m，0.000绝对标高42.60m，基坑大面积深约11m，局部深12.9m。本工程地上7/11层，地下2层，建筑物高度30.5/45.0m。结构形式为框架剪力墙，建筑安全等级为二级，采用筏形基础。土钉支护是新兴的挡土支护技术，最先用于隧道及治理滑坡，90年代在基础深基坑支护中应用。其施工设备较简单，比用挡土桩锚杆施工简便，施工比较快速，节省工期，造价经济；适用于水位低的地区，或能保证降水到基坑面以下；粘土、砂土和粉土；基坑深度一般在15m左右。综合分析工程地质条件、支护深度、放坡条件、边坡荷载、相邻建筑、周边地上、地下环境特点等，充分考虑影响边坡安全稳定的不利因素,本工程选择复合型土钉支护方案。并对该工程深基坑土钉支护做了详细设计及验算。关键字：复合土钉； 深基坑； 工程概算ABSTRACTThe project is Comprehensive Building for training practice, is located in Tourism College of Beijing Union University North 4th east road No.99 Chaoyang District Beijing. The landform of the yard is part of central and bottom alluvial fan of Yongding river , its land is flat. The natural ground level of this project is about 42.0042.25m, 0.000 absolute level is 42.60m, foundation pit is about 11m in its deep at most, 12.9m in some place. There are 7/11 floors on the ground, 2 floors underground, 30.5/45.0m in its height. Its structure form is frame-shear wall, building safe level is second level, using raft foundation.Soil nailing is a new retaining technology, it is used for tunnel and managing landslide for the first time, it is used in the foundation timbering in 90s. After all, it has a easy way in construct equipment, more convenient than using retaining piles and rock bolt, besides, its construction is fast, a fewer cost of construction , it can save time limit for a project; Soil nailing is suitable for the district of a low water level, or the place where can promise a level below the foundation face; especially in the clay, sand and silt; Its foundation pit is about 15m in depth.Comprehensively analysising the geology conditions, timbering depth, putting slope conditions, side slope load, border upon buildings, environment characteristic on the ground and underground, sufficiently considering the negative factors affecting safety and stability, this project chooses composite soil nailing. Making a detail design and checking for the projects soil nailing.Key words: composite soil nailing; deep pit; project budget中国地质大学（北京）2012届本科毕业设计目 录绪论11 工程概况21.1工程概况21.2 工程地质条件41.3 地理位置52 深基坑支护方案选择72.1 挡土墙支护形式72.1.1 重力式挡土墙72.1.2 加筋土挡墙72.1.3 锚杆挡墙82.1.4 锚定板挡土墙92.1.5 土钉墙92.1.6 地下连续墙102.1.7 闭合拱圈墙112.1.8 深层搅拌水泥土桩挡墙112.2 桩支护形式112.2.1 密排桩112.2.2 密排桩间加高压喷射水泥注浆桩122.2.3 密排桩间加化学注浆桩122.2.4 钢板桩122.2.5 双排桩122.2.6 连拱式灌注桩122.2.7 H型钢（工字钢）桩加横插板132.2.8 间隔式（疏排）混凝土灌注桩加钢丝网水泥抹面132.2.9 抗滑桩133 设计依据、规范143.1 土钉支护形式分析143.1.1 复合型土钉支护的发展143.1.2 复合型土钉支护的概念143.1.3 复合土钉支护形式153.1.4 土钉及复合土钉支护应用163.1.5 钉-锚复合型式基坑支护183.2 锚杆的设计原理203.2.1 锚杆的设计原则203.2.2 锚杆的设计流程203.2.3 锚杆的配置203.2.4 锚杆自由长度确定213.3 支护方案设计原则213.3.1 坚持安全第一的原则。213.3.2 兼顾经济性原则213.3.3 保证高效性原则213.4 规范、规程及标准213.4.1 工程规范213.4.2 国家地方法规224 土钉支护设计研究234.1 土钉墙稳定性与土钉倾角间关系234.2 土钉墙稳定性与土钉水平间距关系254.3 土钉墙稳定性研究应用285 支护方案设计及验算295.1 复合型土钉墙支护设计计算295.1.1 基坑开挖断面设计295.1.2 土钉布置295.2 复合型土钉墙设计计算书295.2.1 基本计算参数295.2.2 土钉抗拉承载力的计算315.2.3 复合型土钉墙整体稳定性的计算315.2.4 复合型土钉支护设计图34致 谢35参考文献3636中国地质大学(北京)2012届本科毕业设计绪论本次毕业设计是以北京联合大学旅游学院综合实训楼工程为设计案例，在了解了该工程的基本概况，地理位置，地质勘察及水文报告的基础上，对该工程的深基坑支护进行设计。首先，对北京联合大学旅游学院综合实训楼工程项目做了详细的介绍，该项目的基坑支护方案是本次毕业设计的主要内容。为了能够选择最安全，最经济的方案，我搜集了大量的关于基坑支护方案，分析了目前基坑支护设计中常用的支挡工程类型。在本设计中，详细地介绍了各支挡类型的特点及适用范围。通过对比，选择了土钉墙支护方案作为北京联合大学综合楼工程的深基坑支护。通过简单的土钉墙支护方案设计，单纯的土钉支护不能够保证其工程的安全稳定性，通过查找资料和分析研究，最终选择了土钉-锚杆复合型支护方案。本次毕业设计是对这种复合型支护方案的设计及验算。最后，根据设计方案，对该工程支护方案的设计对工程做了简单的工程概算。通过本次设计，可以更加熟练地掌握各类支护方案类型的特点。对比不同设计方案的优缺点以及适用范围，完成对北京联合大学综合楼工程深基坑支护方案的选择，并熟练的掌握复合型土钉支护方案的的设计和验算，同时对北京联合大学综合楼工程基坑支护做个初步的预算。在掌握了目前常用的基坑支护方案的同时，了解复合型土钉墙支护方案。通过对该工程项目的了解和分析，选择出该工程基坑设计的最佳方案，并完成其设计和验算，掌握土钉墙支护方案的设计和验算过程。限于作者水平，书中错误与不当之处，在所难免，敬请读者不吝指正。1 工程概况1.1工程概况拟建工程位于北京市朝阳区北四环东路99号北京联合大学旅游学院内。场地目前主要为校园绿地和球场活动区，球场活动区地面有硬化及铁丝网保护，场地地貌属永定河冲洪积扇中下部，地形平坦。 本工程自然地面标高约42.00m42.25m，0.000绝对标高42.60m，基坑大面积深约11m，局部深12.9m。本工程地上7/11层，地下2层，建筑物高度30.5/45.0m。结构形式为框架剪力墙，建筑安全等级为二级，采用筏形基础。表1 工程主要情况项目内容工程名称综合实训楼工程(综合实训楼工程)建设单位北京联合大学旅游学院设计单位清华大学建筑设计有限公司监理单位北京京盛工程建设监理有限公司总承包单位中铁建设集团有限公司监督单位朝阳区建设工程安全质量监督站合同工期开工日期2011年9月30日,竣工日期2013年7月10日,总工期650日历天计划工期竣工日期2013年4月10日质量要求合格，确保北京市“结构长城杯”金奖、北京市“建筑长城杯”、达到国家优质工程标准工程地点北京市朝阳区北四环东路99号,现北京联合大学旅游学院院内建设规模建筑面积35000m2；其中地上28000m2，地下7000m2承包方式施工总承包承包范围工程设计图纸所表述的全部施工内容，包括：施工图、补充施工图、会议纪要等，具体以工程量清单为准（施工资质所允许的范围内）主要功能教学楼表2 工程建筑设计概况项 目内 容建筑功能教学用房建筑类别一类建筑人防等级六级建筑规模占地面积46457m2总建筑面积35000m2地上面积28000m2地下面积7000m2层高层 数高度(m)楼面标高(m)地下2层6.40/4.80-10.4/-4.8地下1层4.00-4.017层4.300.0025.80810层3.5030.137.111层3.4040.60屋面层3.4044.00功能划分地下室：车库(6级人防物资库)及设备用房，另有少量库房。设备用房包括配电室(含控制室)、电缆分界室、电话交换间、水泵房(含控制室)、消防水池、热计量表间及各类风机房14层：主要为旅游学院的实训教室5层：主要为计算机实训室及电子阅览室6层：主要为图书阅览室及书库7层：主要为普通教室、报告厅及计算机实训室8至11层：主要为各专业实验室。檐口高度44.3m建筑总高47.9m基础埋深11.25m、12.85m最大基坑深度13.15m绝对标高0.000=42.60m建筑平面横轴轴号a-D/A-D纵轴轴号116横轴距离32.95m/19.5m纵轴距离127.60m建筑消防防火设计类别二类高层，耐火等级地下一级，地上二级防火分区地下2层两个防火分区，地下1层4个防火分区，采用防火门、防火卷帘分隔；14层每层为2个防火分区，4层以上每层一个防火分区保温节能外墙采用200厚轻集料砌块+80厚岩棉板或250厚钢筋混凝土墙+80厚岩棉板；建筑屋面、接触室外空气的架空或外挑楼板、采暖房间与非采暖房间相邻隔墙和楼板保温采用100厚岩棉板；外门窗及玻璃幕墙为白玻双层中空6mm+12A+6mm。楼地面地砖、架空防静电木地板、水泥砂浆、细石混凝土踢脚(墙裙)地砖、木质、水泥砂浆外立面玻璃幕墙、增强水泥纤维板、铝合金门窗内墙面釉面砖、矿棉吸声板、普通涂料顶棚矿棉板、铝合金板、耐擦洗涂料门窗铝合金门窗、钢质防火门、木门、防火卷帘、人防门建筑防水室内防水1.5mm厚JS防水涂料地下防水钢筋砼结构自防水+1.5厚贴必定P型单面自粘卷材+3.0厚贴必定BAC双面自粘卷材屋面防水平屋面：1.5厚贴必定P型单面自粘卷材+3.0厚贴必定BAC双面自粘卷材电 梯5部无障碍客梯、2部消防梯；均为无机房电梯回填土室外2:8灰土、素土室内回填素土表3 工程施工条件项 目情 况 简 介水准点及绝对标高本工程0.000绝对标高42.60m交通条件本工程南面紧邻北四环，西面紧邻小营路，施工交通管制约束较多。地质情况地勘探深度（30m）范围内的地层划分为人工填土层及一般第四纪冲洪积层，持力层为中砂、粉砂，地基承载力标准值200kPa、250kPa。地下水情况地勘范围内地下水共有三层。第一层地下水类型为上层滞水，静水位标高33.5535.65m，以大气降水等为主要补给方式，以蒸发为主要排泄方式，地上水位变化无规律，受人为活动影响较大。第二层地下水类型为潜水，静水位标高29.7531.06m，主要补给来源为大气降水和地下径流，主要排泄方式为蒸发及地下水侧向径流。地下水位自7月份开始上升，9至10月份达到当年最高水位，随后逐渐下降，至次年的6月份达到当年的最低水位，平均年变化幅度一般为12m。第三层地下水类型为层间水，静水位标高17.15m，主要补给方式为地下径流，主要排泄方式为侧向径流。近3至5年最高地下水水位标高为37.00m左右。地形情况工程自然地面标高约42.00m42.25m，现场场地平整。地貌情况拟建建筑东侧为北京联合大学校区，距建筑28m为高11层的北京联合大学实验楼（与本工程高度基本相同），东侧距建筑地下室外墙9.4m处地下有南北向设备涵洞，涵洞深3m；拟建建筑南侧为待建绿化带及待证道路，有部分树木，建筑地下室外墙距四环辅路64m；拟建建筑西侧为北京联合大学校内预留场地，建筑距小营路60m；拟建建筑北侧为北京联合大学校内广场，靠东测距建筑18.5m为3层学校食堂。1.2 工程地质条件根据岩土工程勘察报告，拟建场地勘探深度（30m）范围内的地层划分为人工填土层及一般第四纪冲洪积层，各地层见下表：表4 地层表成因年代地层编号岩性名称地层编号岩性名称人工填土层（Qml）粉质粘土素填土1杂填土一般第四纪冲洪积层（Qal+pl）粘质粉土1粉质粘土2重粉质粘土3粘土4粉砂中砂1粉砂粉质粘土1粘质粉土2砂质粉土3重粉质粘土4粉砂细砂1粉砂2砾砂1.3 地理位置拟建工程位于北京市朝阳区北四环东路99号北京联合大学旅游学院内。图1 现场情况图图2 地理位置图2 深基坑支护方案选择支挡工程是指为了防止路堑、基坑等边坡的坍塌失稳，保证边坡的稳定，由人工或机械完成支挡结构物的过程。支挡结构是一种常见的岩土工程构筑物。在深基坑开挖过程，为保证基坑侧壁的稳定；在山区或丘陵地区进行交通或其他工程建设时，为保证边坡的稳定性；在沿海或内河港口，为保证岸边、码头、桥台、堤岸、防洪提等的安全；在大型围堰、船闸、坞墙开挖施工中，为保证侧壁的稳定；在地下工程建设中，为保证地下工程侧墙的稳定；常须进行临时的或永久性的支挡结构构筑物。支挡结构的一般形式分为挡土墙结构性和桩结构性以及桩墙联合形式。支挡结构有挡土（挡水）及支撑拉结两部分组成。一般来讲，支挡结构还可以分为透水支挡结构和止水支挡结构。目前工程中常用的支挡结构有：重力挡土墙、锚杆挡墙、锚定板挡墙、加筋土挡墙、土钉墙、地下连续墙、密排装、密排桩间加高压喷射水泥注浆桩、密排桩间加化学注浆装、钢板桩、双排桩、连拱石灌注桩、H型钢（工字钢）桩加插板、竖排灌注桩加钢丝网水泥抹面、深层搅拌水泥土桩挡墙等。2.1 挡土墙支护形式2.1.1 重力式挡土墙重力式挡土墙是一种古老而又广泛应用的一种支挡结构。目前在山区铁路路基建设、公路交通建设、水利工程建设中还经常使用。重力式挡土墙的稳定性主要靠强身的自重来提供。重力式挡土墙可以用浆砌片石砌筑，也可用混凝土修建。重力式挡土墙按墙背倾斜的情况分垂直式、仰斜式和俯斜式三种，仰斜式的主动土压力最小，俯斜式的主动土压力最大。从边坡挖填的要求来看，当边坡式挖方时，仰斜式比较合理，因为它的墙背可以和开挖的边坡紧密的贴合；反之，填方时如用仰斜式，则墙背填土的夯实工作就比较困难，这是采用腹泻时或垂直式就比较合理。由于重力式挡土墙完全靠本身的重量来承受其背后的土压力。因此其体积大，圬工量大。若缺少石料地点，将需要大量的混凝土。此外据有关资料统计，西南地区所建的8m以上的重力式挡墙大多数都发生不同程度的破坏。近年来，对重力式挡墙已做了相应的改进，出现锚杆挡墙、加筋土墙等新型支挡结构。图3 重力式挡土墙2.1.2 加筋土挡墙加筋土挡墙是六十年代发展起来的一种类似重力式挡土墙的新型支挡结构。加筋土是在土中埋置一定的筋条以加固土体，使土和筋条形成一种复合材料。很明显，组成加筋土的两种材料土和筋条的变形模量相差很大。它们是依靠土颗粒和筋条之间的摩擦力结成为一个整体的。筋条承受拉力并阻止土体的侧向转动，使土体不发生滑动和裂缝。可以认为，土和筋条之间的摩擦力相当于给土层提供了一个附加的“粘聚力” ，其大小与筋条的布置密度、筋条的强度及土的颗粒性质有关。这种附加“粘聚力”一方面使抗剪强度线向上平移了一个距离，另一方面又限制了土体的侧向膨胀而使 增大至 ，在 不变的情况下使最大剪应力减小，这两种作用都使加筋土的承载能力有所提高。加筋挡土墙就是利用加筋土的这种特性设计和建造的一种挡土结构，它把筋条和墙面板连接起来。除混凝土制成的面板外，国外也有用铝合金制成的。重量较轻，安装方便。筋条一般采用带钢，民可考虑采用高分子聚合材料或毛竹等代用，以节省钢材。但后者一定要经过防腐处理。 加筋土挡土墙具有施工简便、省工省料、造价低廉以及少占地等特点，并且由于其结构式柔性的对地基的沉降也有很大的适应性。它适用于各类地基（包括软土地基）。目前除挡土墙以外，在桥台、港口、码头及矿山建筑中也得到越来越广泛的应用。我国这一技术的研究起步较晚，开始于70年代的后期，但已建造的加筋土少数工程实践表明，这种结构具有很大的技术和经济潜力，现在工程和科研部分正在组织人力，进行专门试验和研究，来发展和推广这种支挡结构和复合材料。图4 加筋土挡墙示意图2.1.3 锚杆挡墙锚杆挡土墙是由钢筋混凝土墙板和锚杆联合组成的轻型支挡结构。这种挡土墙墙板一般是由预制的钢筋混凝土肋柱支撑着的挡土板。钢锚杆插入并锚固在稳定的土层或岩层中，作用于墙板的土压力则通过受拉的钢锚杆被稳定底层的抗拔力所平衡。锚杆挡土墙的这一特点，使它能应用于不良的地基。在高边坡的情况下， 它可采用自上而下逐级施工的方法，因而可以避免边坡的塌陷，有利于施工安全。根据地形，地质条件、墙高和施工条件等因素可以决定挡土墙是否需要分级和分级的高度。若挡土墙较高或地质条件较差，可将挡土墙布置为两级或多级。这时各级间应留12m的平台。为了便于肋柱和挡土板的安装，多采用垂直墙面。肋柱的间距应和工地的起吊能力和锚杆的抗拔能力相适应，太密，则锚杆孔数增加，工期必然太长；太稀，虽然锚孔数和肋柱数可以减少，但单根构件的重量增加，使搬运和装吊困难。综合考虑结果，肋柱的间距一般以2.03.5m为宜。在每根肋柱上，根据其高度可布23根锚杆。锚杆的位置应尽量使肋柱内的最大正负弯矩基本相当。锚杆按钻孔所采用的钻头尺寸可分为大锚杆（钻孔直径100150mm）和小锚杆（锚孔直径3250mm）两种。我国在山区铁路建设中，结合地形地质和工程特点，曾修建了一些锚杆挡土墙。这些挡墙竣工后使用情况良好，造价和重力式片石挡土墙相比，有的投资费用可节省50%左右。图5 锚杆挡墙示意图2.1.4 锚定板挡土墙锚定板挡土墙和锚杆挡土墙一样，也是依靠钢拉杆的抗拔力来保证挡土墙稳定性的一种轻型挡土结构但是，这种挡土墙与锚杆挡土墙又有着明显的区别。锚杆挡土墙的锚杆必须插入稳定地层，其抗拔力来源于灌浆锚杆与孔壁地层之间的粘结强度。而锚定板挡土钢拉杆及其端部的锚定板均埋设在人工填土中，其抗拔力来于锚定板前填土的被动抗力。在锚定板结构中，一方面填土对墙面产生主动土压力，填土越高主动土压力越大；另一面，填土又对锚定板的移动产生被动的土抗力，填土越高，锚定板的抗拔力也越大。如果 用钢拉杆把墙面和锚定板连接起来，就变成一种能够承受侧应力的新型支挡结构。可见锚定板结构能依靠填土的性能来保证填土本身的稳定，它是一种比较合理而且使用范围比较广的结构形式。锚定板挡土墙通常由肋柱、挡土板、钢拉杆和锚定板所组成。肋柱的长度可依据施工吊装的能力决定。在墙高范围内，肋柱可设一级或多级。多级肋柱的接头可以顺接，也可设错台。肋柱的间距一般用12m。根据肋柱的长度和土压力的大小，每根肋柱上布置12根钢拉杆，也可多布置几根。从施工安装方便考虑，墙面一般采用垂直壁，挡土板多要用矩形或槽型截面的钢筋混凝土板。钢拉杆一般采用普通圆钢，外设防锈的保护层。锚定板一般采用钢筋混凝土的方形板。肋柱、挡土板、钢拉杆、锚定板及其间的填料共同形成了一个组合的挡土结构。在各根钢拉杆的抗拔力能满足墙面所受的土压力的前提下，锚定板挡墙的设计和计算还应保证这个组合结构的整体具有足够的稳定性。图6 锚定板挡土墙2.1.5 土钉墙土钉支护是新兴的挡土支护技术，最先用于隧道及治理划破，90年代在基础深基坑支护中应用。国外称“Soil Nailing”直译为“土钉”或“土钉墙”，内容相同。这是一项新技术。图7 土钉墙工艺原理：喷射混凝土在高压空气作用下，高速喷向碰面，在喷层与土层间产生嵌固效应，从而改善了边坡的手里条件，有效地保证边坡稳定。土钉深固于土体内部，主动支护土体，并与土体共同作用，有效地提高周围土的强度，使土体加固变为支护结构的一部分，从而使原来的被动支护变为主动支护。钢筋网能调整喷层与锚杆内应力分布，增大支护体系的柔性与整体性。特点：(1)施工设备较简单(2)比用挡土桩锚杆施工简便(3)施工比较快速，节省工期(4)造价经济适用条件：(1)水位低的地区，或能保证降水到基坑面以下。(2)粘土、砂土和粉土。(3)基坑深度一般在15m左右。国内资料表明土钉支护已做到18m。2.1.6 地下连续墙地下连续墙是在基坑四周构筑具有相当厚度（如800mm）的钢筋混凝土封闭的墙，它可以是建筑物基础外墙结构，也可以是基坑的临时维护墙。特点：(1)地下连续墙止水性好，能承受垂直荷载，刚度大，能承受土压力、水压力的水平荷载。由于它的这些特性，因此地下连续墙有挡土、抗渗和承重的性能，是深基坑支护的多功能结构。(2)对相邻建筑物、构筑物影响甚小。已有测定记录在离已有建筑物20cm和可以进行深基坑的施工，并无影响。(3)可以施工成任意形状，墙体深度易于控制，可建造刚度很大的墙体。(4)使用机械设备较多，造价较贵。(5)泥浆配置要求高，需建泥浆回收重复使用的系统。(6)如将地下连续墙作为建筑基础结构墙体，则应重新计算其造价，是否昂贵。(7)可以与锚杆结合支护，也可以在基坑内作内支撑。适用范围：(1)对土质适应性强，基本适用于所有土质，特别对软土地质更有利于施工。(2)对相邻建筑物较近的工程，特别适宜用地下连续墙。(3)施工时噪音及震动较低，适用于环境要求严格的地区施工。2.1.7 闭合拱圈墙闭合拱圈墙包括圆拱、椭圆拱及抛物线拱等，系在结构上作了改变，当墙改成拱圈时，土也起土拱作用，相对地减少了侧土压力，拱墙本身只受压，不受弯。这种改变结构形式的基坑支护，是一种创新。拱圈内应力与拱曲线形状关系很大，放线必须准确，拱轴线沿曲率半径方向误差为 40mm.特点：(1)安全可靠，挡土拱圈墙以受压为主，结构本身强度破坏或失稳可能性甚微。拱圈沿支护高度分层施工，第一层拱圈合拢后是安全的，第二层拱圈也是安全的。(2)节省支护费用，在广州实践结果，比灌注桩节省40%以上。节省钢筋较多，但须用模板及支撑。(3)施工便利，不须大型施工工具。(4)节省工期，一般可节省13个月适用范围：(1)粘土、砂土和软土地区可以使用。(2)饱和软土及淤泥质土不宜采用。2.1.8 深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土机理：在地基深处将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩或墙。特点：(1)水泥用量小，为被加固土重量的7%15%。(2)减小沉降量，为被加固土重量的7%15%。(3)防止地下水渗透。(4)节省费用。适用范围(1)软土地区加固地基(2)可作为防渗墙，防止地下水渗透水流。(3)对桩侧或桩背后的软土加固，能增加侧向承载力。2.2 桩支护形式2.2.1 密排桩构造原理：(1)密排桩可以是灌注桩，也可以是预制桩（方桩、圆桩、板桩）。(2)灌注桩可以建个程控，然后灌注混凝土，再间隔成孔灌注混凝土后成密排桩，其间成有少量缝隙，成一字排列或交错排列。(3)桩间筑水泥砂、水泥土桩，以便作为锚杆施工(4)桩顶做联结圈梁。特点：(1)密排桩比地下连续墙施工简便，整体性不如地下连续墙，如做好防渗措施（加水泥压力注浆等），其防水、挡土功能与地下连续墙相似。(2)较疏排受力性能好。(3)密排桩不作防水抗渗措施，仍不能止水。适用范围：粘土、砂土、软土、淤泥质土皆可应用。2.2.2 密排桩间加高压喷射水泥注浆桩特点：(1)高压喷射水泥注浆桩能止水防渗，减少支护桩承受的土压力。(2)密排桩与高压喷射水泥注浆桩组成防水帷幕，地下水不能渗入基坑，仅在坑内江水排水，不影响坑外相邻建筑物的沉降。(3)有类似地下连续墙的功能，但施工设备简易，施工简单。适用范围：(1)对砂类土、粘性土、黄土和淤泥土用高压喷射水泥注浆桩效果较好。(2)对砾石直径过大，砾石含量过多及大量纤维质的腐殖土，喷射质量较差。(3)对于地下水流速过大，喷射浆液无法在注浆管周围凝固；土质对水泥有腐蚀性的情况，都不宜用高压喷射水泥注浆桩。2.2.3 密排桩间加化学注浆桩注浆法是加固地基的主要方法。它分灌注粒状浆（水泥浆、水泥砂浆）及化学浆两类。用密排桩加化学注浆桩结合作基坑支护是近年的尝试。特点：(1)防渗性好，降低空隙压力(2)截断渗透水流，堵漏性能好(3)无须高压喷射设备适用范围(1)砂及砂砾石及软粘土地区(2)湿陷性黄土地区2.2.4 钢板桩特点：(1)钢板桩一次性投资大(2)可以拔出，重复使用，仅出摊销费，故费用较省。但如拔不出或不拔，则造成很大浪费。(3)打桩时易于倾斜，要使全部钢板桩无误的封闭合拢，有些困难。(4)钢板桩刚度较其他桩的刚度为小。(5)锤击钢板桩有噪音、振动、扰民。适用范围：(1)适于软土、淤泥质土及地下水多地区，易于施工。(2)难于打入密砂及硬粘土中。(3)钢板桩间咬合不好（必须保证咬合），就易渗水、涌砂。2.2.5 双排桩特点：(1)刚度大，位移小，施工简便。(2)单排悬臂式不能直呼的深度，以双排悬臂桩支护，位移不大。(3)节约锚杆材料及施工工期。适用范围：粘土、砂土地质，地下水位较低的地区。2.2.6 连拱式灌注桩力学原理：(1)垂直于拱截面的土压力产生的弯力，转化为沿拱轴界面的轴压力。(2)小直径桩挖地为受压拱圈，大直径桩受两边拱的推力基本平衡，边桩要处理单面推力。小直径桩可不配筋，或仅用构造筋。(3)结构已形成空间结构，计算方法尚可探讨。特点：(1)节省投资、节省钢材。(2)施工简便，可以满足较深基坑的支护。(3)桩顶圈梁较宽，刚度大、移位小。适用范围粘土、砂土及软土地层。2.2.7 H型钢（工字钢）桩加横插板适用范围：适用于粘土地下水位低的地层，水位高或有上层滞水时，应降水使水位低于基坑标高，软土地基也可用，但应慎重。特点：(1)H型钢桩一次投资费用大，支护工程完毕后要将桩拔出，否则很不经济。拔出后按摊销费计算，比灌注桩节省。(2)打桩和拔桩，噪声大且扰民。(3)当H型钢桩悬臂时，位移量大，要计算位移量，在设置支撑或锚杆时，其位置要计算，避免产生过大位移影响构筑物及邻近建筑。(4)与锚杆及坑内支撑结合支护，可得到满意的支护效果。2.2.8 间隔式（疏排）混凝土灌注桩加钢丝网水泥抹面特点：(1)灌注桩施工较为简便，无震动、无噪音、不扰民，本身有间隔，比密排桩施工简便。(2)比较经济节省。(3)工程基础亦为灌注桩时，可以同步施工，省工期（即支护桩与工程可同时施工）。(4)水泥用量较大，水下浇筑混凝土，质量不易控制。适用范围：适用各种粘土、砂土地下水位低的地层情况。2.2.9 抗滑桩抗滑桩又称锚固桩，它是近二十年来获得广泛应用的一种新型的抗滑支挡结构。抗滑桩的下部埋于稳定的岩床中，上部承受滑体传来的下滑力，依靠下部锚固段以及上部桩前滑体所产生的抗力维持桩本身的稳定，并防止滑坡向下滑动。这种考虑桩前滑体抗力的桩称为全埋式桩；当上部桩前滑体不产生这种抗力时则称为悬臂桩。当桩与锚索组合时，称为锚索抗滑桩。从抗滑桩的材料和施工方法看，它与一般基础桩并无显著区别。目前我国铁路部门多采挖孔灌注桩的钢筋混凝土桩，截面采用矩形，其长边顺滑动方向布置，小边不宜小于1.5m，大边一般用24m。桩的间距应不使抗滑段的滑体从桩间划走，但又不致过密。根据实验资料，一般可选用35倍宽度，但不应大于15m。抗滑桩，尤其是锚索桩，与抗滑挡土墙比较具有较突出的优点：它的抗滑能力大，圬工少；设桩的位置比较灵活，既可集中设置，也可分级设置，既可单独使用，也可与其他支挡工程配合使用，桩施工时破坏滑体的范围小，不致改变划破的稳定状态；施工简便，可分点同时施工，劳力易于安排，工期可缩短，施工可不受季节的限制；施工开挖桩孔过程中易于校对地质资料，如有出入可及时修改设计；成桩后能立即发挥作用，有利于滑坡的稳定。因此，抗滑桩在滑坡整治中得到了广泛的应用。3 设计依据、规范3.1 土钉支护形式分析3.1.1 复合型土钉支护的发展土钉支护是近几年发展起来的一种边坡原位加固形式，可以用作基坑边坡的支护，公路和铁路边坡支护，桥梁、桥台边坡支护等。根据边坡服务时间的长短，土钉支护可以作为基坑边坡的临时性支护，也可以作为服务时间大于2年的永久性边坡支护。该支护形式因其施作成本较低，施工方便，作用原理合理，在工程中得到广泛应用，或为边坡支护的首选支护形式。最初的土钉支护主要用于低地下水位、土体自立性较好的地层中。近十年来在我国将土钉支护与其他加固方法相结合，产生了很多复合形式的土钉支护，以适应不同地层和工程要求。土钉是细长的金属构件（可以是杆状或管状），置于地层中，通过全长注浆等方式使之与地层结合为整体，起到约束地层变形、加固边坡之作用。总结土钉支护在我国发展具有以下特点：(1)土钉支护用于永久性边坡加固，更多的用于基坑人工开挖边坡的支护。(2)土钉支护不仅用于地下水位以上的边坡，也用于地下水位以下的基坑支护。(3)土钉支护应用从土质较好的地层发展到松软地层，甚至淤泥质地层。(4)土钉支护与其他地基加固手段相结合，发展出了满足各种特殊要求的复合型土钉支护，极大地扩展了土钉支护的应用范围。(5)土钉施工方法的多样性，先后出现了钢管击入法、钻孔法、水平旋喷法及竖向土钉法等。(6)土钉支护受力变形机理研究落后于工程实践。设计方法多采用经验类比并辅以验算的方法。3.1.2 复合型土钉支护的概念土钉支护边坡多为新开挖形成的边坡和原有边坡的修复改造。开挖边坡是一逐步卸荷过程，开挖卸荷打破了原来土体的平衡状态，使之转化不平衡状态，使原来的稳定状态转为不稳定状态。借助土钉的加固作用，使不平衡、不稳定状态建立新的受力条件下的平衡、稳定状态。因此，通常土钉的加固过程与土方开挖即边坡形成同步进行。这样做的目的，是土体强度尚未发挥到极限而丧失稳定之前，用土钉、注浆将其加固。因此，土钉支护施工与挖土都必须分层、分步进行。并且上一层土钉施工完成并充分养护后，方可进行下一步的开挖和土钉支护施工。土钉与土层锚杆比较：土钉和土层锚杆的比较：(1)复合型土钉支护由三个主要部分组成，即作为超前支护的水泥土搅拌桩、作为土体加固构件的土钉以及将土钉联系成整体的喷射混凝土面层；(2)桩-锚结构支护也是由三部分组成，及承受水土压力的排桩、作为受拉构件的土层锚杆以及将土层锚杆与排桩联接在一起的外锚头。土钉和土层锚杆的相同处：(1)都是维持垂直边坡的结构体系；(2)土方开挖及施工顺序都是由上而下；(3)土钉与土层锚杆施工方法都是钻孔、钢筋杆插入、通过注浆将钢筋杆与地层黏结在一起。土钉和土层锚杆的差别：(1)土钉比较短，较密集，且全长注浆；土钉锚杆比较长，比较稀疏，且严格区分自由段和锚固段；(2)土钉支护体系中的超前支护，是经过加固的土体（水泥土搅拌桩），一般不承受水土压力；桩-锚结构中的承力结构为刚性的排桩式挡墙，靠其承受土压力；(3)土层锚杆均需施加一定的预引力；而土钉一般不必施加预应力；(4)土钉支护系统中，面层为柔性结构；而排桩为刚性桩体；(5)土钉支护中的土钉布置通常上长下短；而土层锚杆布置通常上排较短，而下排较长。复合土钉支护与加筋土挡墙的比较：加筋土墙与土钉墙具有某些相似的特点：(1)钢筋安置在无应力的土体中，只有土体发生变形后才是钢筋受力；(2)通过土与加筋杆件的摩擦粘结而支撑钢筋应力，加筋区形成类似于重力式挡土的结构，从而用来支撑从未加筋土体传来的推力；(3)结构面层在加固土层中为很薄的预制构件，而在土钉墙中通常是喷射混凝土。土钉墙与加筋土墙存在着某些基本的差异:(1)施工方法：尽管这两种结构在施工结束时看来好像相似，但施工顺序是根本不同的。土钉加固施工是“自上而下”分段开挖，而加筋土墙施工是“由下而上”加固填土。这种不同的施工顺序导致不同墙变形的模式和钢筋内不同的荷载分布。土钉墙中最大变形发生在墙的上部，而加筋土墙中最大变形却发生在底部附近。同样，从加固土的力学机制看，加筋土墙的加固荷载一般从墙的上部向底部增加，而土钉墙加固荷载趋于随深度更加均匀，类似于支撑开挖，并在墙的较低部位减小；(2)土的性质：土钉加固是一种现场加固技术，土的特性不可能像加筋土墙那样预先加以选择。加筋土墙用于土的种类是清楚的，即低含水量的粒状回填土，主要由摩阻作用控制其形状。另一方面，土钉被置于土和岩石中，其强度特性和含水量变化范围很大；(3)土与钢筋（土钉）的粘结：注浆技术通常（尽管还不广泛）用于粘结土钉与周围土，荷载眼注浆与图界面传递。在加筋土墙结构中，沿钢筋土界面直接产生摩擦。从设计的观点看，因为几何形状简单和材料标准化，加筋土墙的最大拉应力位置一般是众所周知的。土钉墙结构则不是这种情况，因此，简化经验型“土压力”或“局部平衡”设计模型较难用于土钉支护的设计计算。3.1.3 复合土钉支护形式所谓复合土钉支护即土钉支护与其他形式的加固手段相结合，以满足不同地质条件和工程要求的土钉支护方式。常规形式的土钉支护在工程应用中发现以下问题：(1)由于无隔水措施，一般不适用于地下水位较高的软土地层。(2)土钉支护也不能对基坑底部进行加固，无法解决基坑底部隆起、管涌、流砂等工程灾害。(3)常规土钉支护是在无支挡条件下开挖地层，因此地层侧向位移是在无约束条件下发生的，通常水平位移都比较大。(4)常规土钉支护开挖深度收到一定限制，特别对于有软弱下卧层的地层更不敢应用。为了解决以上问题，在工程实践中发展了多种形式的复合土钉支护。(1)防渗帷幕+土钉支护(2)微型桩+土钉支护(3)超前支护+预应力锚杆+土钉支护(4)桩-锚结构+土钉支护(5)桩-撑结构+土钉支护3.1.4 土钉及复合土钉支护应用土钉支护的基本概念是当“自上而下”进行开挖时，在开挖边坡上通过设置密紧的铜管（即土钉）时对边坡土体进行加固。该过程形成一个能够自稳并支挡后面土体下滑的加固断面，类似加筋土挡墙那样。当地层在开挖中和施工后发生后续变形时，加固是被动的，并通过钉-土共同作用发挥加固效果。土钉与土体相比有很高的抗拉强度，而且还认为在某些情况下还具有一定的抗弯刚度和抗剪强度。土钉加固效果通过以下三方面增强边坡的稳定性：(1)在非黏性土中增加潜在滑动面上的正压力和相应土的抗剪阻力；(2)减少非黏性土和黏性土中沿潜在滑动面上的正压力和相应土的抗剪阻力；(2)减少非黏性土和黏性土中沿潜在滑动面上的下滑力；(3)将潜在滑动面往后推移至土钉末端部，使滑动面增长，以增加土坡的稳定性。通常还需施工喷射混凝土面层，并配以钢筋网片，目的在于将所有土钉联成整体，以防止局部土体塌落。土钉支护工程应用主要为两方面：(1)开挖过程中的边坡加固，即作为各类基坑工程的临时性支护；(2)原有边坡的修复和加固。作为边坡加固的土钉支护通常是永久性的。土钉支护的优点：作为一种土层支护和加固方法，土钉除显示出许多与拉支锚杆(tieback)锚定挡墙相同的优点外，还有其独特的另外一些优越性。类似于拉支锚杆锚定挡墙，土钉为自上而下施工技术提供如下优越性：(1)与传统的挡土墙相比，不需要开挖和回填，从而提高了经济效益和减轻了对环境的影响。(2)通过采用临时挖方工程支护系统与永久支护系统相结合的手段，提高了经济效益和节省了材料。(3)通过减少道路用地需求，提高经济效益和减轻了对环境的影响。(4)可以在狭小场地（此处对方内部杂乱材料）内开挖， 从而扩大了使用范围。与支拉锚杆锚定挡墙相比，土体加固于适用的土层中可具有如下优点：(1)由于最大土压力支护荷载没有传递到开挖面，从而取消了所需的高承载能力的结构面层（即竖桩和现浇厚混凝土）。许多拉支锚杆锚定挡墙都有250300mm厚的永久面层。设备较单一。(2)在含卵石、漂石或其他硬夹杂物的非杂质土中提高了施工的灵活性，较大直径竖桩设置来说，这些障碍物对相对小直径土钉钻孔问题更少。(3)由于省去了桥面板或人工挖坑中所需的钻孔或挖掘竖桩设置，在高价通道受限制（例如原有桥下的道路扩宽）的条件下可提高施工灵活性。(4)易于施工和缩短施工工期，不要求设置竖桩，土钉不需施加预应力，施工设备相对小巧、灵活、轻便。该技术对城市场地来说显示出独特的优越性。(5)土钉对面层反作用力的垂直分量比拉支锚杆要小得多，并且能更均匀地分布在整个开挖面上。这就取消了将有效墙埋入坡底以下的要求，就像桩-锚体系中对桩的要求。(6)由于土钉设置密度远远大于预应力拉支锚杆密度，从而形成较高的复合系统的富余度。因此，其中个别土钉发生破坏相对地不起多大作用。值得注意的是，这意味着对土钉墙不需要更高的可靠性，因此每根受拉锚杆在装设过程中都要接受测试，而土钉只需测试很小的比例。(7)由于土钉较之受拉锚杆段，便减少了道路用地的需求。土钉支挡系统的其他有力特点包括如下：(1)由于所需施工设备相对尺寸小，灵活性大，该方法特别适用于不易施工或远离电源的场地，设备轻巧，能在离开地面一定高度施工。(2)该方法特别适用于因噪声、振动和通行可能引起麻烦的城市中施工。(3)施工方法灵活，可采用斜土钉支挡困难的开挖形状，并可