我的土钉墙毕业设计

山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 1 1 绪论绪论 1 1 基坑工程的特点和发展概况基坑工程的特点和发展概况 基坑是建筑工程的一部分 其发展与建筑业的发展密切相关 而深基 坑是充分利用土地资源的方式之一 基坑开挖是基础和地下工程施工中的 一个古老的传统课题 同时又是一个综合性的岩土工程难题 既涉及土力 学中典型的强度与稳定问题 又包含了变形问题 同时还涉及到土与支护 结构的共同作用 对这些问题的认识及对策的研究 是随着土力学理论 分析技术 测试仪器及施工机械 施工技术的进步而逐步完善的 随着城市建设的发展 愈益要求开发三维城市空间 目前各类用途的 地下空间已在世界各大中城市得到开发利用 诸如高层建筑多层地下室 地下铁道及地下车站 地下停车场 地下停车库 地下商场以及多种地下 民用和工用设施等 国外著名的地下工程有法国巴黎中央商场 美国明尼 苏达大学土木工程系的办公大楼和实验室 日本东京八重洲地下街等 近几年来 随着国民经济的快速发展 我国城市建设向高空和地下发 展 交通设施向多层次立体化发展 深基坑工程已成为建筑业近年来的一 大技术热点 大量的工程实践大大丰富和提高了我国基坑工程领域内的技 术水平 近十年来 我国万幢高楼拔地而起 10 层以上的建筑物已逾 1 亿 其中高度逾百米者已有约 200 座 尤其上海金茂大厦高达 420 米 深 圳地王大厦高达 325 米 广州中天大厦高达 322 米 它们已跻身于世界百 座超级大厦之列 而且分别排名第三 第十二和第十三 一些大城市如北 京 上海 广州地铁工程也相继全面展开 各大中城市大型市政地下设施 也屡见不鲜 因此深基坑工程的深度也随之迅速增加 约至 20 世纪 70 年 代末 国内只有少数开挖深度达 10 米以上的基坑工程 而目前深度超过 20 米的基坑已为数不少 一些工业基坑深度已超过 30 米 深基坑支护的 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 2 设计 施工 监测技术是近 10 多年来在我国逐渐涉及的技术难题 深基 坑的护壁 不仅要求保证基坑内正常作业安全 而且要防止基坑及坑外土 体移动 保证基坑附近建筑物 道路 管线的正常运行 各地通过工程实 践与科研 在基坑支护理论与技术上都有了进一步的发展 取得了可喜的 成绩 我国土钉首例工程为深圳市建材集团公司投资兴建的文锦广场大厦基 坑边壁工程 1992 年 至目前为止采用土钉支护技术建造的工程 在我国 约有千例之数 其中深度及影响较大的工程有 广州 065 工程 深 18 0 米 1994 年建造 广州海洋馆基坑边坡工程 深 18 13 米 1996 年建造 和烟台 浅海深围堰边壁加固工程 深 20 5 米 1999 年建造 这些工程的成功建造 表明 随着土钉支护技术的推广应用相应的设计水平和施工水平已有了较 大提高 最早提出深基坑分析方法的是 Terzaghi 和 Peck 等人 他们早在 40 年 代提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小的总应力法 这一原理一直沿 用至今 只不过有了许多改进与修正 50 年代 Bjerrum 和 Eide 给出了分 析深基坑底板隆起的方法 60 年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑 中使用了仪器进行监测 此后的大量资料提高了预测的准确性 并从 70 年代起 产生了相应的指导开挖的法规 从 80 年代初开始我国逐渐涉入 深基坑设计与施工领域 在深圳地区的第一个深基坑支护工程率先应用了 信息施工法 大大节省了工程造价 进入 90 年代后 为了总结我国深基 坑支护设计与施工经验 开始着手编制深基坑支护设计与施工的有关法规 深基坑工程是一项综合性的岩土工程问题 主要涉及到土层性质 支 护结构 支撑形式 地基处理 地下水防治以及环境影响等方面 目前研 究的课题主要有 土压力理论 支护结构内力和变形的计算理论 基坑失 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 3 稳破坏的机理等方面 其研究的方式和方法多种多样 但总结起来 也可 归纳为三种方法 实验研究 包括室内模型实验和现场原位测试 理论分 析 包括各种数值模拟和解释法 经验总结 根据已有的工程数据总结 提炼 对于深基坑工程问题 目前国内外己有很多研究成果 1 2 主要基坑支护的方法主要基坑支护的方法 基坑施工安全是一项综合性工程 应从设计 施工和水文地质等方面 入手 优化工程设计 精心组织施工 统筹兼顾 合理处理好各组成部分 的关系 重点防治施工涌水等突发事件 确保基坑的施工安全 11 在基坑 工程建设始末 一定要根据工程的实际情况 统筹兼顾 合理处理好各组 成部分的关系 使基坑施工的各环节时刻保持最优状态 才能确保基坑施 工安全 优质和高效 常见的基坑支护形式有 1 水泥搅拌桩重力坝 在软粘土地基中开挖深度为 5 7 米左右的基 坑 应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙 可以较充分利用水泥土的强度 并可利用水泥土防渗性能 同时作为防渗帷幕 因此 具有较好的经济效 益和社会效益 水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式 按重力式挡墙计算 广泛用于开挖深度 7 米以内的深基坑围护结构 管道沟支护结构 河道支 护结构 地下人行道等 2 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力 是深基坑 开挖常用的一种围护形式 根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式 挡墙 单撑式挡墙 多层支撑式挡墙等 它的排列形式有一字形相接排列 间隔排列 交错相接排列 搭接排列 或是混合排列 常见的排列方式是 一字板间隔排列 并在桩后采用水泥土搅拌桩 旋喷桩 树根桩等阻水 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 4 这样的结构形式较为经济 阻水效果较好 上海地区大部分开挖深度在 7 12 米左右的深基坑 采用钻孔灌注桩挡土 水泥土搅拌桩阻水 普遍 获得成功 3 地下连续墙 地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑 周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽 在槽内设置钢 筋笼 采用导管法在泥浆中浇筑混凝土 筑成一单元墙段 依次顺序施工 以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙 以便基坑开挖时 防渗 挡土 作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基 础结构的一部分 地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较 小 施工时无噪音 无振动 属低公害的施工方法 4 SMW 工法桩 SMW 工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深 度进行钻掘 同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌 在各施工单元之间则采取重叠搭接施工 然后在水泥土混合体未结硬前插 入 H 型钢或钢板作为其应力补强材 至水泥结硬 便形成一道具有一定强 度和刚度的 连续完整的 无接缝的地下墙体 5 土钉墙 土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面 板相结合 形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力 从而保持开 挖面的稳定 这个土挡墙称为土钉墙 土钉墙是通过钻孔 插筋 注浆来 设置的 一般称砂浆锚杆 也可以直接打入角钢 粗钢筋形成土钉 土钉 墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似 故也称为喷锚 网加固边坡或 喷锚网挡墙 建筑基坑与护坡技术规程 JGJ120 99 正式定 名为土钉墙 土钉技术是从 70 年代出现的 德国 法国和美国几乎在同一时期各 白独方地开始丁土钉墙的研究和应用 出现这种情况并非偶然 内为土钉 技术在许多方面与隧道新奥法施工类似 可视为是新奥法概念的延伸 60 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 5 年代初期出现的新奥法 采用喷射混凝土和粘结型钳杆相结合的方法 能 迅速控制隧洞变形并使之稳定 特别是 70 年代及其稍后的时间内 先后 在德国法兰克福及纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功 对土钉墙 技术的出现给予了积极的影响 此外 60 年代发展起来的加筋土技术对土 钉墙技术的萌发也有一定的推动作用 70 年代德国法国和美国都对土钉进 行了研究与应 gL J 在德国是由挡土墙和锚杆发展起来的 法国是基于新 奥法的原理发展起来的 新奥法系奥地利隧道施工中利用喷射混凝土与全 长粘结的锚杆相结合 为岩石隧道开挖提供有效的稳定支护 1972 年法国 承包商博格斯提出了新奥法原理能够用于土质边坡和软岩边坡的临时支护 并成功地应用于工程上 几乎同时德国和美国也发展了土钉技术 目前该 技术在法国 德国 英国 美国和日本得到广泛应用 新兴的科学技术试 验研究要得到政府的大力支持 才会很好地发展 比如 1985 年法国政府 一次就拨款 350 万美元 进行土锚钉墙的实尺模拟试验 1990 年在美国召 开的挡上结构国际学术会议上 土钉作为一个独立的专题 与锚杆挡堵并 列 使它成为一个独立的学科分支 在国内 80 年代末北京工业大学和北 京农村建筑总公司对插筋补强护坡和索土边坡 进行丁荷载作用下的破坏 试验 插筋补强技术与土钉喷射混凝土相似 只是插筋补强的钢筋用锚定 板 坡面铺钢筋网抹水泥砂浆 而土钉在坡面钢筋网上喷射混凝土 土钉支护的特点及应用范围 1 土钉与土体形成复合体 提高了边坡整体稳定和承受坡顶超载能 力 延性 改变边坡突然坍方性质 有利于安全施工 2 土钉墙体位移小 一般测试约 20mm 对相邻建筑影响小 3 设备简单 易于推广 由于土钉比土层锚杆长度小得多 钻孔方 便 注浆亦易喷射混凝土等设备 施工单位均易办到 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 6 4 如能与土方开挖配合好 实行平行流水作业 则工期可缩短 噪 音小 5 经济效益好 一般成本低于灌注桩支护 6 因分段分层施工 易产生施工阶段的不稳定性 因此必须在施工 开始就进行土钉墙体位移监测 以便于采取必要的措施 7 适宜于地下水位以上或经降水措施后的杂填土 普通粘土或非松 散性的砂土 一般认为可用于 N 值在 5 以上的砂质土与 N 值在 3 以上的 粘性土 1 3 本设计的工程概况本设计的工程概况 拟建场区位于青岛经济技术开发区江山中路东侧 原青岛龙达公司院 内 本工程勘察面积约 11560 平方米 本工程由青岛时代建筑设计有限公 司设计 根据设计单位提供的图纸及介绍 本工程拟建物主要包括 2 幢 19 26 层高层住宅楼 1 幢 22 26 层综合办公楼和 1 幢 4 层裙房 场区内 拟带 1 层地下车库 勘察期间设计室内坪标高尚未最终确定 约比现地面 标高高约 0 3 0 45 米 设计室外坪标高见平面图 地下车库层高约 5 米 基础埋深约 6 米 综合办公楼及其裙房拟采用框剪结构 1 2 号住宅楼拟 采用剪力墙结构 拟建场地位于南辛安前河河漫滩地貌单元 第四系厚度约 12 14 米 第四系以人工填土层 淤泥质砂土层 粘性土及砂层为主 下伏基岩为变 质岩和岩浆岩 场区地形整体较平坦 勘察期间孔口处地面标高 3 96 4 66 米 地貌属南辛安前河河漫滩 后经人工改造 场区第四系主 要由第四系全新统人工填土 全新统洪冲积层和上更新统洪冲积层组成 场区基岩主要为太古界 元古界变粒岩和燕山晚期细粒花岗岩岩脉 基坑 山东科技大学学士学位毕业设计 绪论 7 开挖深度 10m 土层分布 素填土 中砂层 淤泥质土 粘土 各土层的物理力学指标如表 1 1 各土层物理力学指标 表 1 1 土层号土层厚 度 m 重度 kN m3 内粘聚力 kPa 内摩擦 角 o 土体与锚固体极 限摩阻力 kPa 素填土2 017101735 中砂层4 018 5035120 淤泥质土3 019 5302530 粘土3020503080 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 8 2 水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩 本工程地下水位在天然地坪下 1 0m 处 根据有关规范的具体要求 结合拟建物特征 场地与地基条件 本工程按二级地基 二级场地 二级 工程重要性等级 乙级岩土工程勘察等级布置勘察工作 运用多种勘察 测试手段 做到点面结合 定性与定量结合 以定量为主 使用合理的工 作量取得可靠 丰富的勘察成果 水泥土搅拌桩是用水泥作固化剂 通过特制的深层搅拌机械 在地基 深部就地将软粘土和水泥浆强制拌和 使软粘土硬结成具有整体性 水稳 性和足够强度的水泥土 硬结后的水泥土在地基中形成水泥土搅拌桩 从 而提高地基强度和增大变形模量 连续搭接的水泥土搅拌桩可形成止水帷 幕 搅拌桩可连续布置 将地基加固成所需要的几何形状 不仅可左右粒 径小于处理软粘土 也可处理可塑状的粘土与含 30 左右粒径小于 10cm 的杂填土 且处理后不增加地基的附加荷载 可利用桩周面积大的特点 充分发挥软弱地基的承载力 降低地基的沉降量 但若遇到地基中有大块 石等障碍物时 必须清除后才能搅拌成桩 对中粗砂 砾石地层及硬塑的 粘土层也无法进行深层搅拌成桩 水泥土搅拌桩在基坑工程中主要有如下用途 1 直接作为深基坑开挖的侧向支挡结构 2 用于稳定或加固基坑 或沟槽 底部 以防止土体隆起 增大支挡结 构的被动土压力和减小变形 3 用于河岸或天然边坡抗滑稳定 并作为止水帷幕 4 配合柱列式钻孔灌注桩或钢板 5 加固锚碇板桩墙 以减小土锚应力 并止水防渗 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 9 2 1 水泥土搅拌桩施工机械水泥土搅拌桩施工机械 目前国产搅拌机械较常用的有 3 种型号 即 SJB 系列深层搅拌机 GZB 600 型深层搅拌机和 GPP 5 型深层喷射搅拌机 其中 SJB 系列是 双搅拌轴 中心管输浆式搅拌机 采用水泥浆为固化剂 也可用水泥砂浆 或掺入粉煤灰等工业废料作为固化剂 GZB 600 型是单搅拌轴 只能用 纯水泥浆为固化剂 不能用其它固化剂 GPP 5 型是粉体喷射式搅拌机 主要用水泥粉或石灰粉作为固化剂 它也可和灰浆泵相连而用水泥浆搅拌 SJB 1 型深层搅拌机 由电动机 减速机 搅拌轴 搅拌头 中心管 输浆管 横向系板 单向球形阀等组成 两台电机分别通过减速器使直径 为 70cm 的搅拌头回转切割软土 并与从输浆管压入软土的固化剂强制拌 和形成水泥土 水泥土搅拌桩成 8 字形 施工时 与深层搅拌机配套使用 的有以上的起吊桩架 灰浆泵 两个 200L 容积的灰浆拌制机 灰浆集料 斗 冷却水泵等 2 2 水泥土搅拌桩施工工艺水泥土搅拌桩施工工艺 搅拌桩施工需做好以下准备工作 1 依据工程地质勘察资料 进行室内配比试验 结合设计要求 选 择最佳水泥掺入比 确定搅拌工艺 2 依据设计图纸 编制深层搅拌法施工方案 做好现场平面布置 安排好打桩施工流程 布置水泥浆制备及泵送系统 且考虑泵送距离宜小 于 50m 3 探明并清理施工现场的地下 地面及空中障碍物 以利安全施工 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 10 4 按设计要求 进行现场测量放线 定出每一个桩位 钉上小木桩 水泥土搅拌桩施工 可采用一次喷浆 二次补浆或重复搅拌 施工工 艺步骤如下 1 定位 起重机悬吊搅拌机到桩位 定位对中 2 预搅下沉 启动搅拌机电机 放松起重机钢丝绳 等搅拌头转动 速度正常后 使搅拌头叶片自上而下边旋转边切土边沉入土中 直至拟加 固深度 3 喷浆搅拌提升 配制水泥浆 开启灰浆泵 待水泥浆到达搅拌头 后 将搅拌机略为提升 边喷浆边搅拌 使水泥浆与软土掺和 4 重复搅拌下沉 搅拌头提升到地面时 关闭灰浆泵 再次将搅拌 机搅拌下沉 5 补浆搅拌提升或重复搅拌提升 根据一次喷浆记录 在一次喷浆 量比配比喷浆量偏低的桩段 开启灰浆泵 边喷浆边搅拌提升 或在喷浆 量符合配比要求的桩段 仅搅拌提升 使软土与水泥浆充分拌和 6 加固完毕 搅拌机提升至地面后 即完成一根搅拌桩 逐次将搅 拌机移至新的桩位 重复 1 5 程序 施工过程中要把握如下施工要点 1 施工中控制深层搅拌机的提升速度 它是控制注浆量 搅拌均匀 程度 保证加固效果的关键 必须连续匀速进行 2 水泥掺量取决于 需求的加固体强度 一般为加固土重的 7 15 具 体掺量需由现场试验确定 3 每个台班加固完毕 必须立即用水清洗贮料罐 砂浆泵 深层搅 拌机及相应的管道 以免水泥浆凝固而影响继续使用 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 11 2 3 水泥土搅拌桩的质量控制与检验水泥土搅拌桩的质量控制与检验 2 3 1 质量控制质量控制 为了保证搅拌桩的施工质量和基坑开挖的安全 设计人员需在图纸上 对施工工艺的如下方面作专门说明 1 施工停浆 粉 面必须高出桩顶设计标高 0 5m 在开挖基坑时 则 将该高出部分先行挖除 2 严格按设计确定的数据控制喷浆和搅拌提升速度 误差不得大于 10cm min 3 桩的垂 直偏差不得超过 1 桩位偏差不得大于 50mm 桩径偏差 不得大于 4 4 预搅下沉时一般不宜冲水 只有遇较硬土层而下沉太慢时 方可 适量冲水 但必须考虑冲水对桩身强度的影响 5 以水泥浆作固化剂时 拌制后应有防止浆液离析的措施 6 施工中因故停浆 粉 宜将搅拌机下沉至停浆 粉 点以下 0 5m 待 恢复供浆 粉 时 再搅拌提升 7 喷浆 粉 口到达桩顶设计标高时 宜停止提升 搅拌数秒 以保证 桩头均匀密实 8 桩与桩搭接时间不应大于 24h 如间歇时间太长 搭接质量无保 证时 应采取局部补桩或注浆措施 9 做好每根桩的施工记录 深度记录误差不大于 10mm 时间记录 误差不大于 5s 10 当设计 要求桩体插筋时 必须在成桩后 2 4h 内插毕 11 作为挡墙的桩体顶面如设计要求铺筑路面时 应当尽早铺筑 并 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 12 使路面筋与锚固筋连成一体 路面未完成前 基坑不得开挖 2 3 2 质量检验要求质量检验要求 为确保搅拌施工质量 可选用下述方法进行质量检验 1 施工原始记录 详尽 完善 如实记录并及时汇总分析 发现不 符合要求的立即纠正 2 开挖检验 可以根据工程设计要求 选取一定数量的桩体进行开 挖 检查加固柱体的外观质量 搭接质量 整体性等 3 抽样检查 在桩身搅拌成型时 立即用套管压入取出水泥土样 制成试块 按龄期进行早期 7 天及 90 天强度试验 这样在 7d 左右就可预 测施工桩强度的质量是否符合设计要求 4 采用标准贯入或轻便杆探等动力触探方法检查桩体的均匀性和现 场强度 轻便触探是对龄期已达 7d 的桩检验 一般的桩身击数比原地基 土增加的一桩用击数 1 倍以上时 可以认为施工桩的强度符合设计要求 5 取样检验 经触探检验对桩身强度有怀疑的桩 应在龄期 28d 时 从开挖外露桩柱体中凿取试块或采用岩芯钻取芯样制成试块测定其强度 与室内制作的试块进行强度比较 必要时进行芯样的渗透试验 测定其渗 透系数 6 用地质雷达探测深层搅拌桩有无断桩 裂缝 缩颈 空洞等现象 以及桩之间在垂直方向上的搭接情况 判断搅拌桩防渗体的连续性和防渗 效果 2 4 水泥土桩复合土钉承载机理水泥土桩复合土钉承载机理 通过预先施工竖向水泥土桩 而后边开挖边施工土钉方法形成水泥土 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 13 桩复合土钉支护 其承载机理主要包括 2 4 1 用提高土体自立临空高度用提高土体自立临空高度 水泥土桩复合土钉支护中 水泥土桩止水帷幕是在开挖前施工的 如 果不考虑施工对土体的扰动 开挖前作用在水泥土桩前后的土压力就可认 为是静止土压力 对于开挖的第一个工况 土钉尚未施作 开挖引起的土 压力将直接由水泥土桩承担 此时水泥土桩起的是重力式挡墙的作用 对 于以后的各开挖工况 由于土钉对主动区土体约束加固作用的发挥 土压 力将由土钉和水泥土桩共同承担 对于水泥土桩复合土钉来说 可认为不受土层成拱极限高度的限制 另外 每一开挖工况下参与维持基坑边坡稳定的因素除土体与土钉外还有 水泥土桩的作用 水泥土桩可通过桩 钉 土之间的结构作用调动基坑内 侧被动区被动土压力的有利作用 水泥土桩复合土钉支护中 由于水泥土 桩的存在 其自立临空高度得到显著提高 且事先设置的水泥土桩还会因 自身刚度以及桩 钉 土之间的结构作用对土体侧移变形起到有效的约束 作用 大大提高了基坑开挖过程中的边坡稳定性 有效地控制了开挖过程 中的坡顶变形量 2 4 2 止水抗渗作用止水抗渗作用 水泥土桩除了分担荷载作用外 还起到止水抗渗作用 其作用机理主 要有两方面 一是提高基坑边壁土体的自稳性及隔水性 当边坡土体含水 量较大时 网喷混凝土面层不易与土体粘结在一起 而直接喷在水泥土搅 拌桩或旋喷桩上 则很容易粘结在一起 二是在软弱富水地层中 由于水 泥土比原状土的力学性能有所改善 当水泥土桩向下伸入基底以下深度时 对抵抗基底隆起 管涌等起主要作用 水泥土桩复合土钉支护技术研究及 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 14 工程应用 2 4 3 传递荷载作用传递荷载作用 复合土钉支护中 水泥土桩与土体之间存在发挥较大侧摩阻力的潜能 由于桩与桩周土之间的摩擦作用 桩周土体沉降显著减小 迫使最大沉降 点后移 在基坑开挖过程中 随着桩与桩周土之间竖向相对位移的出现 两者之间的侧摩阻力会逐步发挥 土体的重力是诱发边坡土体不稳定的最 根本 最直接的原因 对于复合土钉来说 由于桩土之间侧摩阻力的存在 相当于抵消了部分不稳定土体的重力作用 因而会减小最终作用在支护体 系中的土压力 桩周土对桩的侧摩阻力将通过桩的轴向压缩作用传递到深 层土体之中 调动深部稳定地层潜能 土钉支护体系 深部稳定土层紧密 结合联系在一起 共同承受荷载 使边壁稳定并减少位移 见图 2 1 图 2 1 水泥土桩靡擦传力示意图 2 4 4 侧移曲线的整合机制侧移曲线的整合机制 具有一定强度和刚度的水泥土桩和较密间距的土钉之间存在着较好的 整体结构作用 可将水泥土桩理想化为以土钉为支点的连续梁 随着支护 的向下进行 水泥土桩与己设置的上部土钉之间形成的结构作用有效地约 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 15 束了上部土体随开挖而发生的变形 并且水泥土桩与较密土钉之间的结构 作用也促使土体的变形趋于均匀 随着开挖深度增加 下部土体的侧移变 形就显得比较突出 最终形成了鼓肚变形模式 由于复合土钉中水泥土桩 对土体的超前约束以及后来桩与土钉的结构约束作用 复合土钉支护中土 体位移要小得多 设计时可有意识地通过增加水泥土桩的刚度来控制位移 以达到保护周边环境之目的 2 4 5 优势滑裂面的前移机制优势滑裂面的前移机制 理论和实践均表明 土钉支护中土钉最大拉力位置是与被支护土体优 势控制滑移面的位置相一致的 土钉支护中作用于面层上的土压力通常认 为是比较小的 那么传递给土钉的拉力就比较小 土钉通过钉土之间的摩 擦作用经过一段距离才一能达到最大拉力位置 复合土钉中 由于存在强 度和刚度比原位土体大许多的水泥土桩 水泥土桩墙后的土压力要比土钉 支护中面层后的土压力大 也即水泥土桩传递给土钉端头较大的拉力 于 是复合土钉支护中土钉经过较短的摩擦传力距离就可以达到土钉最大拉力 位置 有提高基坑边坡稳定性 控制开挖工程中的侧向位移的作用 2 5 复合土钉支护设计复合土钉支护设计 结合 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 99 提出复合土钉设计的方 法和步骤 设计需要抗渗设计 根据工程项目所处地层的地下水位及地层的渗透性 来取舍是否设置 防渗帷幕 若需要设置防渗帷幕 将选取何种形式的防渗帷幕 当基坑开挖深度小于 3 米而且处于渗透性较小的粉质粘土或淤泥质粉 质粘土地层 K 10 6cm s 另外基坑周围管线和建筑物对地表变形不敏感 对于此类基坑可以不设置防渗帷幕 可以直接施作土钉支护 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 16 基坑开挖深度大于 3 米小于 5 米 基坑坑底处于粉土 粉质粘土以及 粉砂地层时 坑外地下水位的下降可能危及周边管线和建筑物 此时应采 用水泥土搅拌桩作为防渗帷幕 由于水头压力较小 可以采用单排水泥土 桩形成封闭防渗帷幕 开挖深度大于 5 米小于 7 米的基坑 防渗帷幕的宽 度增加到 1200mm 采用双排水泥土深搅桩 不仅起隔水作用 更重要的 是抵抗软土的流变 提高基坑支护的整体稳定性和坑底稳定性 水泥土桩 当水泥掺入比例超过 10 时 其抗渗性能可达 10 5至 10 8cm s 根据使用项目的情况 渗入量在 15 16 之间较合适 水泥土桩 的搭接长度常规在 200 250mm 之间 防渗帷幕的插入深度应满足 尽量使防渗帷幕插入渗透性较小的淤 泥质土 1 0 米以上 当不能进入隔水层时 应按渗流理论分析产生动水压 力的大小以及产生涌水 流砂的可能性 见图 2 2 抗渗流验算图 图 2 2 抗渗流验算图 Ks ic i 2 1 式中 ic 坑底土体的临界水力梯度 由坑底的土性确定 ic Gs 1 1 e 2 2 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 17 Gs 坑底土颗粒的重度 e 坑底土颗粒的天然孔隙比 I 坑底土的渗流水力坡度 i Hw L Hw 基坑内外土体的渗流水头 取坑内外的地下水位差 L 最短的渗流路线总长度 L 2 3 vh LmL 流径水平段总长度 可取防水帷幕的宽度 h L 流径垂直段的总长度 单位可取 m v L m 流径垂直段换算成水平段的换算系数 可取 m 1 5 Ks 抗渗或抗管涌安全系数 Ks 1 5 2 0 2 6 本工程的参数确定本工程的参数确定 大量的工程实践证明 采用深层搅拌桩形成止水帷幕可有效阻挡地下 水涌入 减小因坑内降水对坑外构筑物的影响 同时深层搅拌桩亦可增加 基坑侧壁的土体强度 减小开挖时对坑壁土的扰动 为地下室在干燥状态 下施工创造有利条件 结合本工程的实际情况 宜主要采用单排深层搅拌 桩形成止水帷幕的止水措施 2 6 1 深层搅拌桩设计参数深层搅拌桩设计参数 1 综合考虑确定深层搅拌桩桩长为 12 00m 能够形成较完整的加固及 隔水体系 2 桩间距 350mm 相邻两根桩搭接长度为 200mm 搅拌速度 1 30 1 50m 3 浆液按桩长每根桩拌制一罐 严格计量 水泥用量 70kg m 水灰 比 0 5 0 6 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 18 4 浆液中加磷石膏 掺入量为水泥用量的 10 12 2 6 2 质量要求质量要求 1 保证项目 桩身强度必须满足设计要求及施工规范的规定 原材料的使用必须符合施工规范的规定 2 深层搅拌桩允许偏差 应符合 建筑地基基础工程施工质量验收规 范 GB50202 2002 中表 2 1 的规定 深层搅拌桩允许偏差及检查方法 表 2 1 允许偏差或允许值 项序检查项目 单位数值 检查方法 1 水泥及外掺剂 质量 设计要求 查产品合格证书或抽样 送检 2水泥用量参数指标查看流量计 3桩体强度设计要求按规定办法 主 控 项 目 4地基承载力设计要求不作要求 1机头提升速度m min 0 5量机头上距离及时间 2桩底标高mm 200测机头深度 3桩顶标高mm 100 50不作要求 4桩位偏差mm 50用钢尺量 一 般 项 目 5桩径mm 0 04D用钢尺量 D 为桩径 山东科技大学学士学位毕业设计 水泥土搅拌桩 19 6垂直度 1 5经纬仪 7搭接mm 150用钢尺量 依据各种勘察资料和基坑工程概况 本工程采用单排 550 深搅桩止 水 桩体搭接 200 使用 32 5 级普通硅酸盐水泥 其掺入比为 15 水 灰比 0 45 0 55 底标高为 12m 截水帷幕的厚度应满足基坑防渗要求截 水帷幕的渗透系数宜小于 1 0 10 6cm s 三三 基坑支护结构设计计算书基坑支护结构设计计算书 3 1 计算方法计算方法 按照 建筑基坑支护技术规范 JGJ 120 99 的要求 土压力计算采用 朗肯土压力理论 矩形分布模式 所有土层采用水土合算 求支撑轴力是 用等值梁法 对净土压力零点求力矩平衡而得 桩长是根据桩端力矩求出 并应满足抗隆起及整体稳定性要求 各段的抗隆起 整体稳定性验算 位 移计算详见点电算结果 为了对比分析 除用解析法计算外 还用理正软件电算 由于支护结 构内力是随工况变化的 设计时按最不利情况考虑 3 2 复合土钉支护形式复合土钉支护形式 复合型土钉挡墙支护 就是以水泥土搅拌桩帷幕等超前支护措施解 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 20 决土体的自立性 隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题 以水平向压密 注浆及二次压力灌浆解决复合土钉挡墙土体加固及土钉抗拔力问题 以相 对较长的插入深度解决坑底的抗隆起 管涌和渗流等问题 组成防渗帷幕 超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护 复合型土钉挡墙支护的几种形式如图 3 1 图 3 1 复合土钉支护形式 3 3 土压力计算土压力计算 3 3 1 计算主动土压力系数计算主动土压力系数 根据本工程岩土工程勘察资料 自上而下土层分布为 素填土 中砂层 淤泥质土 粘土 各土层的设计计算参数如表 3 1 各土层设计计算参数 表 3 1 土体与锚固体极限 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 21 土层号土层厚度 m 重度 kN m3 内粘聚力 kPa 内摩 擦角 摩阻力 kPa 2 017101735 4 018 5035120 3 019 5302530 3020503080 按照 建筑基坑支护技术规范 JGJ 120 99 土压力计算方法作为土侧 向压力设计计算依据 即 主动土压力系数 Ka tan2 45 2 3 1 计算所得主动土压力系数表如表 3 2 主动土压力系数表 表 3 2 土 层KaiKai 0 550 74 0 270 52 0 410 64 0 330 58 3 3 2 计算各层土压力计算各层土压力 基坑的开挖深度为10米 确定基坑侧壁的安全等级为二级 重要系数为 1 10 基坑超载p 20kPa 墙后填土及物理力学性质指标如图3 2所示 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 22 主动土压力公式为 3 2 aa kcrhkp2 式中 Ka 主动土压力系数 h 土层厚度 土的重度 c 土的粘聚力 第 层 1 上 20 0 55 2 10 0 74 3 8kPa 1 中 20 17 1 0 55 2 10 0 74 5 6kPa 1 下 20 17 1 7 1 0 55 2 10 0 74 10 1 19 4kPa 第 层 2 上 20 17 1 7 1 0 27 2 0 0 52 10 1 21 9kPa 2 下 20 17 1 7 1 8 5 4 0 27 2 0 0 52 10 5 71 1kPa 第 层 3 上 20 17 1 7 1 8 5 4 0 41 2 30 0 64 10 5 43 6kPa 3 下 20 17 1 7 1 8 5 4 9 5 3 0 41 2 30 0 64 10 8 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 23 85 3kPa 第 层 4 上 20 17 1 7 1 8 5 4 9 5 3 0 33 2 50 0 58 10 8 57 5kPa 4 下 20 17 1 7 1 8 5 4 9 5 3 1 0 33 2 50 0 58 10 9 70 3kPa 计算所得各层土压力如下图 3 3 所示 3 4 土钉参数计算土钉参数计算 3 4 1 土钉倾角土钉倾角 土钉倾角一般在0 25 之间取值 其大小取决于土钉置入方式和土体分 层特点等多种因素 由于土钉在土体中的作用是抗拔受拉 当倾角越小时 其水平拉力越大 越有利于土钉对土体的加固 但倾角过小 不利于施工 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 24 根据工程施工经验 土钉的倾角以不超过15 为宜 为便于施工确定该基 坑的土钉倾角为10 3 4 2 土钉间距土钉间距 常用土钉间距Sh Sv 1 0 2 5 m 土钉间距太小不易打孔 太大承载 不足 因此取土钉间距Sh Sv 1 25m 基坑深10m 需打7排土钉 3 4 3 土钉长度土钉长度 由朗肯土压力可知 发生主动土压力时的滑裂面与水平面之间的夹角 为45 2 土体加权内摩擦角 54 0 10 30tan125tan335tan417tan2 tantantantan tan 0000 4321 44332211 hhhh hhhh 28 30 1 土钉内力计算 在土体自重和地表均布荷载作用下 每一土钉所受到的最大拉力或设 计内力N 可用下式计算 3 3 ss vh pN cos 1 式中 土钉倾角 p 土钉与滑裂面交点处侧压力 由图3 2可得 P1 22 89kPa 36 30kN25 1 25 1 89 22 10cos 1 1 N 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 25 P2 36 80kPa 58 36kN25 1 25 180 36 10cos 1 2 N P3 50 71kPa 80 43kN25 1 25 1 71 50 10cos 1 3 N P4 64 61kPa 102 47kN25 1 25 1 61 64 10cos 1 4 N P5 52 03kPa 82 52kN25 1 25 1 03 52 10cos 1 5 N P6 67 76kPa 107 47kN25 1 25 1 76 67 10cos 1 6 N P7 83 48kPa 132 40kN25 1 25 1 48 83 10cos 1 7 N 2 计算土钉直径 3 4 yds f d NF 4 35 1 2 式中 Fs d 土钉的局部稳定安全系数 取1 5 fy 钢筋抗拉强度设计值 土钉采用HRB400级的螺纹钢筋 fy 360N mm2 N 土钉内力设计值 d 土钉钢筋直径 Nmax 132 40KN 则1 5 132 4 1 35 3 14 d2 4 360 解得d 22 8mm 各道土钉直径均选25 钻孔直径取150mm 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 26 3 土钉长度确定 土钉长度包括两部分 自由段和锚固段 如图 经加权平均可知滑裂 面角度45 2 59 1 根据三角形关系可确定自由段长度 f1 4 79m f2 4 11m f3 3 42m f4 2 74m f5 2 05m f6 1 37m f7 0 68m 土钉分布图如图3 4 由 确定锚固段长度 b 其中 D 为钻孔直径 为土钉与土体 D N Fds 14 3 之间的界面粘结强度 b1 1 5 36 30 3 14 0 15 120 0 96m b2 1 5 58 36 3 14 0 15 120 1 55m 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 27 b3 1 5 80 43 3 14 0 15 120 2 13m b4 1 5 102 47 3 14 0 15 120 2 72m b5 1 5 82 52 3 14 0 15 30 8 76m b6 1 5 107 47 3 14 0 15 30 11 40m b7 1 5 132 40 3 14 0 15 80 5 27m 土钉长度 f b 计算得各土钉的长度为 1 4 79 0 96 5 75m 2 4 11 1 55 5 66m 3 3 42 2 13 5 55m 4 2 74 2 72 5 46m 5 1 05 8 76 9 81m 6 1 37 11 40 12 77m 7 0 68 5 27 5 95m 取 p 为土钉长度中点处侧压力 重新计算土钉长度 在土体自重和地表均布荷载作用下 每一土钉所受到的最大拉力或设 计内力N 可用公式 3 3 计算 ss vh pN cos 1 式中 土钉倾角 p 土钉长度中点处侧压力 1 由图3 3可得 P1 15 93kPa 25 27kN25 1 25 193 15 10cos 1 1 N P2 34 07kPa 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 28 54 05kN25 1 25 107 34 10cos 1 2 N P3 49 32kPa 78 25kN25 1 25 1 32 49 10cos 1 3 N P4 64 58kPa 102 46kN25 1 25 1 58 64 10cos 1 4 N P5 58 91kPa 93 46kN25 1 25 1 91 58 10cos 1 5 N P6 78 63kPa 124 75kN25 1 25 1 63 78 10cos 1 6 N P7 60 98kPa 96 75kN12525 1 98 60 10cos 1 7 N 2 计算土钉直径 yds f d NF 4 35 1 2 式中 Fs d 土钉的局部稳定安全系数 取1 5 fy 钢筋抗拉强度设计值 土钉采用HRB400级的螺纹钢筋 fy 360N mm2 N 土钉内力设计值 d 土钉钢筋直径 Nmax 124 75kN 则1 5 124 75 1 35 3 14 d2 4 360 解得d 22 2mm 各道土钉直径均选25 钻孔直径取150mm 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 29 3 土钉长度确定 土钉长度包括两部分 自由段和锚固段 如图 经加权平均可知滑裂 面角度45 2 59 1 根据三角形关系可确定自由段长度 f1 4 79m f2 4 11m f3 3 42m f4 2 74m f5 2 05m f6 1 37m f7 0 68m 由 确定锚固段长度 b 其中 D 为钻孔直径 为土钉与土体之间的界 D N Fds 14 3 面粘结强度 b1 1 5 25 27 3 14 0 15 120 0 67m b2 1 5 54 05 3 14 0 15 120 1 43m b3 1 5 78 25 3 14 0 15 120 2 08m b4 1 5 102 46 3 14 0 15 120 2 72m b5 1 5 93 46 3 14 0 15 30 9 92m b6 1 5 124 75 3 14 0 15 30 0 64 80 0 36 7 70m b7 1 5 96 75 3 14 0 15 30 0 14 80 0 86 4 22m 土钉长度 f b 计算得各土钉的长度为 1 4 79 0 67 5 46m 取为10m 2 4 11 1 43 5 54m 取为8m 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 30 3 3 42 2 08 5 50m 取为8m 4 2 74 2 72 5 46m 取为8m 5 1 05 9 92 10 97m 取为12m 6 1 37 7 70 9 07m 取为12m 7 0 68 4 22 4 90m 取为8m 土钉所受的极限抗拔力Tu D b 其中 b为土钉锚固段长度 土钉的安 全系数k Tu N Tu1 3 14 0 15 5 21 120 294 5kN Tu2 3 14 0 15 3 89 120 219 9kN Tu3 3 14 0 15 4 58 120 258 9kN Tu4 3 14 0 15 5 26 120 297 3kN Tu5 3 14 0 15 10 95 30 154 7kN Tu6 3 14 0 15 10 63 57 285 4kN Tu7 3 14 0 15 7 32 73 251 7kN 最后所得的各土钉的自由段长度和锚固段长度及全长 土钉内力 极 限抗拔力 安全系数如表3 3所示 土钉长度及安全系数 表3 3 土 钉 序 号 高 程 m 锚固段 长度 m 自由段 长度 m 全 长 m 土钉内 力 kN 极限抗拔 力 kN 安全系 数 1 255 214 791025 27294 511 6 2 503 894 11854 05219 94 1 3 754 583 42878 25258 93 3 5 005 262 748102 46297 32 9 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 31 6 2510 951 051293 46154 71 7 7 5010 631 3712124 75285 42 3 8 757 320 68896 75251 72 6 N 575kN Tu 1762kN K总 1762 575 3 1 各土钉的安全系数和总的安全系数均大于1 625 3 5 面层设计面层设计 面层的作用有三方面 一是承受水土压力 并将水土压力传递到土钉 二是限制土体塌倒 三是将土钉联成整体 当水泥土桩防渗发生局部断裂 时 面层内的钢筋网将断裂部分兜住以防止发生涌土破坏 一般为构造设 置 强度验算 C20 混凝土 100mm 厚 内配直径为 6mm 间距为 200mm 的双向钢筋网的面层 纵横主筋一般采用 16mm 螺纹钢 间距与土钉间距 相同 3 5 1 面层承载力面层承载力 面层可看作为支撑于土钉上的无梁连续板 令面层厚为100mm 土钉 间距即为面层跨距 即1 25m 将土层分为两层根据公式p0 p01 p0q计算作用于面层上的荷载 p01 0 7 0 5 S 0 5 5 p1 3 5 第一层 1 18kN m3 ka1 0 347 c1 3 3 第二层 2 19 625kN m3 ka2 0 387 c2 35 第一面层 p0 p01 p0q 0 7 0 5 1 25 0 5 5 21 06 0 347 20 10 5 66 5kN m2 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 32 第二面层 p0 0 7 0 5 1 25 0 5 5 19 7 0 387 20 10 9 87 9kN m2 取两部分的平均值p 66 5 87 9 2 77 2kN m2 M0 pl3 8 77 2 1 253 8 18 8kN m 钉上带土钉作用处弯矩 M1 0 5 M0 9 4kN m 跨中弯矩 M2 0 2M0 3 76kN m 跨中带支座处 M3 0 15M0 2 82kN m 跨中带跨中处 M4 0 15M0 2 82kN m 只有土钉连接处的局部弯矩较大 其他截面弯矩较小 计算如下 只有土钉连接处的局部弯矩较大 其他截面弯矩较小 经计算选配 6 200 200 取板宽b 1 25m 高h 10m 喷射混凝土强度等级为C20 钢筋采用 HRB235级钢筋 环境类别为一类 设as 35mm 则h0 1000 35 965mm 由混凝土和钢筋等级查表得fc 9 6N mm2 fy 210N mm2 ft 1 10N mm2 1 1 0 1 0 8 b 0 614 截面抵抗矩系数 s M 1fcbh02 9 4 106 1 0 9 6 1250 9652 0 00084 1 0 00084 b 可以 s 21 s 0 5 1 0 9996 s 21 所以AS M fy sh0 46 4mm2 选用 6 200 200 AS 28 3 6 169 8mm2 3 5 2 连接计算连接计算 钢筋网片如图 3 5 固定钢筋为22 长为 400mm 焊接在土钉上 山东科技大学学士学位毕业设计 基坑支护结构设计计算书 33 其连接的安全系数为 3 6 a k p E p K 3 7 0 45cos TFbapk 式中 a b 锚固体的长宽取 a 400mm b 400mm F 喷射混凝土抗剪强度 F 1500kPa T 喷射混凝土厚度 T 100mm Ea 作用在锚头上的主动土压力 Ea 77 2kN kNpk 1 16910 45cos 1001500400400 6 0 满足要求 2 2 2 77 1 169 p K 图 3 5 钢筋网片平面图 山东科技大学学士