修改第讲土钉墙二

挡土结构与基坑工程

木林隆博士岩土大楼820室65982005mulinlong@第八讲土钉墙概述土钉的工作机理及工作特性土钉墙及复合土钉墙的设计计算土钉墙施工质量控制土钉墙案例钢板桩加土钉围护结构土钉（锚管）申德公寓基坑土钉及喷射混凝土面层申德公寓基坑土钉及喷射混凝土面层土钉墙剖面1—喷射混凝土面层；2—土钉

土钉是土体中原位加筋技术的一种，是由水平或近于水平设置于天然边坡或开挖形成的边坡中的加筋杆件及面层结构形成的挡土体系，用以改善原位土体的性能，并与原位土体共同工作，形成一重力式挡墙作用的轻型支挡结构，从而提高整个边坡的稳定性。土钉墙的概念定义组成构件土钉粘附于土体表面的钢筋混凝土面层土钉之间的被加固土体概述土钉技术的发展历史1972年，法国承包商Bouygues在法国Versai11es附近的一处铁路边坡开挖工程中，采用了喷混凝土并在土体中置入钢筋(土钉)作为临时支护，开挖的边坡坡度为70º，长965m，最大坡高21.6m，共用了25000多根钢筋。这是有着详细记载的第一个土钉工程。概述广泛应用土钉支护仅次于法国的是德国，到1981年西德已成功完成了20个以上的土钉支护工程项目，1986年发表的一份报告估计，当时西德每年进行的土钉支护工程约为法国的1/4。美国最早记载土钉支护的应用是1976年在Oregon州波特兰市一所医院(GoodSamaritanHospital)扩建工程中的基础开挖。但在北美、加拿大的西部地区早在60年代末期已经用过土钉作为房屋基础开挖的临时支护。美国另一项有名的土钉支护工程是匹次堡PPG工业总部的深基开挖，与其紧挨的有已建建筑物，所以开挖时对土层作了注浆处理，并且对土钉区内的已有房屋基础用微型桩(micropiles)作了托换。美国联邦公路管理局现在已有土钉支护技术设计与施工的指南性文件。我国应用土钉的首例工程是1980年山西柳湾煤矿的边坡加固。土钉技术的发展历史概述一般按施工方方法将土钉分分为三种类型型：钻孔注浆型，，直接打入型型和打入注浆浆型。钻孔注浆型土土钉：先在土坡上钻钻的孔，然后后插入钢筋、、钢杆或钢铰铰索等小直径径杆件，再用用压力注浆充充实孔穴，形形成与周围土土体密实粘合合的土钉，最最后与面层结结构构成一个个具有自撑能能力且能够支支挡其后末加加固体的加筋筋域。土钉的类型概述打入型土钉：：将钢杆件直接接打入土中。。其提供的摩摩阻力较低，，因而所要求求的钉杆表面面积和设置密密度均需大于于钻孔注浆型型土钉，其长长期防腐工作作也难以保证证，因而，目目前多用于临临时性支挡工工程中。打入注浆型：：在钢管中部及及尾部设置注注浆孔成为钢钢花管，直接接打入土中后后压灌水泥浆浆形成土钉。。它具有直接接打入土钉的的优点且抗拔拔力较高，应应用较为广泛泛，缺点是造造价比钻孔注注浆土钉略高高，防腐性能能较差不适用用于永久性工工程。土钉机（气动冲击锚锚杆机）每步开挖后应应尽快在开挖挖面上做好支支护，可以先先在开挖面上上打入短钢筋筋，控上钢筋筋网，然后喷喷50mm~100mm厚面层。土钉钉支护中的面面层不是主要要受力部件，，并不需要很很厚，也可以以用预制混凝土板板拼起来作为面面层，在块状状岩体或硬土土中甚至可以以仅设焊接网网。在稳定性性良好的土体体中也可以先先设置土钉，，然后做喷混混凝土面层。。土钉的附属结结构概述面层排水系统为了防止地表表水渗透对喷喷混凝土面层层产生压力和和侵蚀，防止止土体因饱和和而降低其强强度和土钉之之间的粘结力力，土钉支护护必须有良好好的排水系统统。能合理利用土土体的自稳能能力结构轻型，柔柔性大，有良良好的抗震性性和延性，破破坏前有变形形发展过程密封性好，完完全将土坡表表面覆盖，没没有裸露土方方，防止地下下水渗出，雨雨水渗入土钉数量众多多靠群体作用用，个别土钉钉破坏影响不不大施工所需场地地小，移动灵灵活施工速度快施工设备及工工艺简单，不不需要复杂的的技术和大型型机具，施工工对周围环境境干扰小孔径小，与桩桩相比，穿透透卵石、漂石石及填石能力力更强边开挖边支护护便于信息化化施工材料用量及工工程量少，便便于信息化施施工土钉墙的特点点概述土钉墙+预应力锚杆土钉墙+隔水帷幕土钉墙+微型桩土钉墙+隔水帷幕+预应力锚杆土钉墙+微型桩+预应力锚杆土钉墙+搅拌桩+微型桩土钉墙+隔水帷幕+微型桩+预应力锚杆复合土钉墙概述类型与普通土钉墙相比比对土层的适用性更更广、更强，几乎乎可适用于各种土土层整体稳定性、抗隆隆起及抗渗稳定性性更高增加了支护深度有效控制水平变形形保持了土钉墙造价价低、工期快、施施工方便、设备简简单等优点复合土钉墙概述特点土钉与锚杆的比较较概述锚杆土钉拉力分布自由段不与土接触，拉力从自由端交界处向尾端单调递减拉力沿全场分布，中间大两端小对土体的约束机制通常施加预应力，主动约束挡土结构变形需借助土体变形，是被动受力密度及施工要求密度小，每根都是重要部件密度大，允许个别破坏设计承载力与锚头结构设计承载力较大，锚头构造复杂设计承载力小，结构简单施工规模长度一般不小于15m，直径不小于130mm，施工机械设备大长度小，直径小，设备简单挡土墙机理视主动区土体为荷载，通过锚杆传递至稳定区通过加筋将最危险滑动面主动区的土体改良为复合土体，将复合土体的荷载传递至滑移面后施工顺序自上而下或自下而上自上而下注浆工艺通常在锚固段二次注浆，高压注浆重力一次注浆墙底压力挡墙下设置基础垂直分力小筋杆长度长短重力式挡土墙及加加筋土挡墙均先构构筑挡土墙后开挖挖，土钉墙先开挖挖后筑墙重力式挡墙一般视视为刚性墙，土钉钉墙是柔性复合结结构重力式挡墙墙趾压压力较大会导致沉沉降或倾覆，而土土钉墙墙趾压力较较天然土没有显著著增加土钉与重力式挡墙墙的比较概述理论上土钉密集到到一定程度就会形形成墙，达到重力力式挡墙的效果，，但实际上，实践践工程中，土钉无无法达到这个密集集程度。含水丰富的粉细砂砂、中细砂、中粗粗砂、砾砂及卵石石层过于干燥的砂层、、相对密度较小的的均匀度较好的砂砂层淤泥质土、淤泥等等软弱土层膨胀土强度过于低的土对变形严格要求的的基坑较深的基坑地基灵敏度较高的的土层对用地红线有严格格要求的基坑土钉墙适用条件概述地下水位以上或经经人工降水后的人人工填土、粘性土土和弱胶结砂土。。不适合淤泥质土、淤泥等等软弱土层太深厚厚时超过20m的基坑对变形严格要求的的基坑地基灵敏度较高的的土层对用地红线有严格格要求的基坑复合土钉墙适用条条件概述不适合土钉的工作机理及及工作特性土钉置入现场土体体后，如果土体不不变形，土钉就不不会受力。随着往往下开挖或地表上上施加荷载，土体体发生变形，于是是通过土体与土钉钉或土体与钻孔注注浆之间的界面作作用使土钉参与工工作。试验表明，，土体只要微小的的变形就可使土钉钉受力。土钉在支护中所起起的作用显然与土土体变形的运动方方向有关。为能充充分发挥土钉的作作用，土钉的设置置方向宜与土体可可能发生的剪切滑滑移面成某一角度度，使土钉受拉并并能充分提高土体体的抗剪强度；如如果土钉方向与土土体剪切滑移面之之间的角度使土钉钉受压，此时甚至至会降低土体的抗抗剪强度。土钉墙的工作机理理土钉的工作机理及及工作特性1、箍束骨架作用：制约土体变形，并并使复合土体构成成一个整体。2、分担作用：由于土钉有较高的的抗拉、抗剪强度度以及土体无法比比拟的抗弯刚度，，当土体进入塑性性状态后，应力逐逐渐向土钉转移。。当土体开裂时，，土钉分担作用更更加突出，这时土土钉内部出现弯剪剪、拉剪等复合应应力，从而导致土土钉体中浆体碎裂裂，钢筋屈服。3、应力传递与扩散作作用：在同等荷载作用下下，由土钉加固的的土体内的应力水水平比素土边坡土土体内的应力水平平大大降低，从而而推迟了开裂的形形成和发展。4、坡面变形的约束作作用：坡面鼓胀变形是开开挖卸荷、土体侧侧向变位以及塑性性变形和开裂发展展的必然结果，面面层对此有很好的的约束作用。土钉墙的工作机理理设计参数土钉墙的几何形状状和尺寸土钉的几何参数土钉的抗拔力杆体注浆面层连接件防排水系统隔水帷幕锚杆微型桩土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算设计参数及一般设设计原则土钉墙的几何形状状和尺寸土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算确定平面尺寸时要要考虑到桩基础形形式及施工工艺，，，为桩基施工工留出足够的工作作面土钉墙高度由开挖挖深度决定应尽可能采用较缓缓的坡率以提高安安全性及节约工程程造价，土钉墙墙的坡比不宜大于于1：0.2有条件应考虑分级级放坡应尽量避免尖锐的的转角及减少拐点点设计参数及一般设设计原则土钉的几何参数土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算直径钻孔注浆型土钉直直径d一般根据成孔方法法确定。孔径越大大，越有助于提高高土钉的抗拔力，，增加结构的稳定定性，但是，施工工成本也会相应增增加长度土钉越长，抗拔力力越高，基坑位移移越小，稳定性越越好，当土钉达到到临界长度lcr（非软土中一般为为1.0~1.2倍的基坑开挖深度度）后，再加长对对承载力的提高并并不明显，土钉越越长，施工难度越越大，效率越低，，单位长度的工程程造价越高间距（包括水平间间距sx和竖向间距sz）密度越大基坑稳定定性越好，土钉越越长，土钉密度越越小，一方面排距距因受到开挖面临临界自稳高度的限限制不能过大，土土钉间距过小可能能会因群钉效应降降低单根土钉的功功效，故纵横间距距要适合设计参数及一般设设计原则土钉的几何参数土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算倾角理想状态下土钉轴轴线应与破裂面垂垂直，以便能充分分发挥土钉提供的的抗力。钻孔注浆浆型土钉的倾角以以15°~20°效果最好。钢管土土钉的最佳倾角为为10°~15°空间布置①最上一排土钉与与地表的距离（0.5~2m）②最下一排土钉距距坑底位置（2/3排距>距离>0.5m）③同一排土钉一般般在同一标高上布布置④在深度方向上，，土钉的布置形式式大体有上下等长长、上短下长、上上长下短、中部长长两头短、长短相相间5种设计参数及一般设设计原则土钉的抗拔力土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算破坏模式①土钉整条从土层层中拔出（抗拔强强度破坏）②筋体在破裂面附附近拉剪断裂（抗抗拉强度破坏）③筋体从注浆体中中拔出（筋体抗拔拔强度破坏）④面层与土钉脱落落（钉头强度破坏坏）计算方法设计参数及一般设设计原则杆体土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算dN/dl=πτd土钉内力沿土钉全全长分布（a)粘结应力；；（b）拉力设计参数及一般设设计原则注浆土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算土钉一般采用一次次注浆。采用二次次及多次注浆可明明显提高土钉的抗抗拔力，但是，也也提高了工程造价价。钻孔注浆土钉通常常采用重力式注浆浆，注浆量较小，，可根据孔径计算算出来，水泥用量量一般10~20kg/m。打入钢管注浆钉需需要较高的注浆压压力才可将浆液注注入土中，开孔压压力可达2.0MPa。灌入水泥量一般般要求不小于15kg/m。面层面层太厚固然用处处不大，太薄也不不合适，应能覆盖盖住钢筋网片及连连接件。一般临时时性工程50~150mm，永久性工程120~300mm。混凝土的设计强强度，按构造即可可，一般为C15~C25。设计参数及一般设设计原则连接件土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算土钉（锚索）与面面层连接构造图（a)螺母垫板连连接；（b）L筋筋连接；（c）角角钢连接；（d））锚索与喷射混凝凝土腰梁、面层连连接设计参数及一般设设计原则稳定性计算土钉墙及复合土钉钉墙的设计计算设计参数及一般设设计原则土钉抗力计