我的土钉墙毕业设计

1 绪论1.1 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57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。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712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JGJ12099 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。(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1926层高层住宅楼、1幢2226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0.30.45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1214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3.964.66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30205030802 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。2.1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、GZB600型深层搅拌机和GPP5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。GZB600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。GPP5 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。SJB1 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 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；(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。2.3水泥土搅拌桩的质量控制与检验 2.3.1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24h 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工程应用。2.4.3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复合土钉支护设计结合建筑基坑支护技术规程 JGJ12099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(K10-6cm/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。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 (21)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) (22)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/LHw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= (23)流径水平段总长度，可取防水帷幕的宽度流径垂直段的总长度，单位可取mm流径垂直段换算成水平段的换算系数，可取m=1.5Ks抗渗或抗管涌安全系数 ，Ks=1.52.0。2.6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(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0.50.6。(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(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GB502022002中表2.1的规定。 深层搅拌桩允许偏差及检查方法 表2.1项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目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4地基承载力设计要求不作要求一般项目1机头提升速度m/min0.5量机头上距离及时间2桩底标高mm200测机头深度3桩顶标高mm100/50不作要求4桩位偏差mm50用钢尺量5桩径mm0.04D用钢尺量，D为桩径6垂直度%1.5经纬仪7搭接mm150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0.450.55，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1.010-6cm/s。三 基坑支护结构设计计算书3.1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3.3.1 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 土层号土层厚度m重度kN/m3内粘聚力kPa内摩擦角土体与锚固体极限摩阻力kPa2.0171017354.018.50351203.019.53025303020503080 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Kai0.550.740.270.520.410.640.330.583.3.2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： 主动土压力公式为： (3.2)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=200.55-2100.74=-3.8kPa1中=(20+171)0.55-2100.74=5.6kPa1下=(20+171+71)0.55-2100.74+101=19.4kPa第层： 2上=(20+171+71)0.27-200.52+101=21.9kPa2下=(20+171+71+8.54)0.27-200.52+105=71.1kPa第层： 3上=(20+171+71+8.54)0.41-2300.64+105=43.6kPa3下=(20+171+71+8.54+9.530.41-2300.64+108=85.3kPa第层： 4上=(20+171+71+8.54+9.53)0.33-2500.58+108=57.5kPa4下=(20+171+71+8.54+9.53+1)0.33-2500.58+109=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3.4.1 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。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 常用土钉间距Sh=Sv=(1.02.5)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 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=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)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 =36.30kNP2=36.80kPa =58.36kN P3=50.71kPa =80.43kN P4=64.61kPa=102.47kNP5=52.03kPa=82.52kNP6=67.76kPa=107.47kNP7=83.48kPa=132.40kN(2) 计算土钉直径 (3.4)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1.5132.41.353.14d2/4360 解得d22.8mm，各道土钉直径均选25，钻孔直径取150mm。(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=2.74mf5=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，为土钉与土体之间的界面粘结强度。b1=1.536.30(3.140.15120)=0.96mb2=1.558.36(3.140.15120)=1.55mb3=1.580.43(3.140.15120)=2.13mb4=1.5102.47(3.140.15120)=2.72mb5=1.582.52(3.140.1530)=8.76mb6=1.5107.47(3.140.1530)=11.40mb7=1.5132.40(3.140.1580)=5.27m土钉长度f+b计算得各土钉的长度为：14.79+0.96=5.75m； 24.11+1.55=5.66m；33.42+2.13=5.55m； 42.74+2.72=5.46m；51.05+8.76=9.81m； 61.37+11.40=12.77m；70.68+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： 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 =25.27kNP2=34.07kPa =54.05kN P3=49.32kPa =78.25kN P4=64.58kPa=102.46kNP5=58.91kPa=93.46kNP6=78.63kPa=124.75kNP7=60.98kPa=96.75kN(2)计算土钉直径 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1.5124.751.353.14d2/4360 解得d22.2mm，各道土钉直径均选25。钻孔直径取150mm。(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=2.74mf5=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面粘结强度。b1=1.525.27(3.140.15120)=0.67mb2=1.554.05(3.140.15120)=1.43mb3=1.578.25(3.140.15120)=2.08mb4=1.5102.46(3.140.15120)=2.72mb5=1.593.46(3.140.1530)=9.92mb6=1.5124.75(3.140.15(300.64+800.36)=7.70mb7=1.596.75(3.140.15(300.14+800.86)=4.22m土钉长度f+b计算得各土钉的长度为：14.79+0.67=5.46m； 取为10m；24.11+1.43=5.54m； 取为8m；33.42+2.08=5.50m； 取为8m；42.74+2.72=5.46m； 取为8m；51.05+9.92=10.97m；取为12m；61.37+7.70=9.07m； 取为12m；70.68+4.22=4.90m；取为8m；土钉所受的极限抗拔力Tu=Db，其中b为土钉锚固段长度。土钉的安全系数k=Tu/N。Tu1=3.140.155.21120=294.5kNTu2=3.140.153.89120=219.9kNTu3=3.140.154.58120=258.9kNTu4=3.140.155.26120=297.3kNTu5=3.140.1510.9530=154.7kNTu6=3.140.1510.6357=285.4kNTu7=3.140.157.3273=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1.255.214.791025.27294.511.62.503.894.11854.05219.94.13.754.583.42878.25258.93.35.005.262.748102.46297.32.96.2510.951.051293.46154.71.77.5010.631.3712124.75285.42.38.757.320.68896.75251.72.6N=575kN，Tu=1762kNK总=176