土钉墙的设计及在施工中的应用

土钉墙的设计及在施工中的应用1前言土钉墙是一种放置在加固土体中的土钉、坡面上布置的护面板或框架梁组成的复合土体。土钉与土体依靠其之间的粘结力、摩阻力联结在一起，成为一种类似重力式的档土墙结构体，以抵抗墙后土压力，使挖方边坡达到稳定。在上世纪70年代，德、法、美等国对土钉进行研究与应用，1972年法国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，德国和美国也同时发展了土钉技术。我国在20世纪80年代开始应用土钉技术，并开始了土钉的试验研究和工程实践。在我国，基坑支护应用土钉墙技术最为广泛。2土钉墙的特点及适用范围2.1土钉墙的特点(1)土钉与土体形成复合体，提高边坡的整体稳定性，有较好的抗震性能和延性，有效地防止边坡突然塌方的发生，有利于施工安全。(2)施工设备简单，操作方便，易于推广。(3)能与边坡开挖顺序结合起来进行施工，缩短施工工期。(4)在高陡边坡防护工程中.土钉墙的工程造价相对较低。(5)在城市道路边坡防护工程中，可避免或减少征地拆迁量。2.2适用范围(1)土钉墙适用于边坡稳定，地下水位以上或经降水措施后具有一定粘性的砂土或普通粘土，一般可用于N≥5的砂质土与N≥3的粘性土。(2)土钉墙也适用于现有挡土结构的加固、改造与维修工程中。3土钉墙的基本原理土体的抗剪强度较低，几乎可以忽略其抗拉强度，但土体具有一定的结构整体性。在土体内设置的土钉与土体共同作用，形成复合体，成为主动约束机制的复合墙体，有效提高土体的整体刚度，同时弥补了土体抗拉、抗剪的不足。通过相互作用，土体自身结构强度潜力得到充分发挥，改变了边坡变形和破坏状态，显著提高了整体稳定性。试验表明，土钉墙与素土承载力相比，土钉墙承载力为素土承载力的2～3倍。同时，土钉墙在荷载作用下，延缓了塑性变形阶段，明显地为渐进性变形和开裂，直到丧失承载能力，但不发生整体性坍塌。土钉墙是通过土钉与土体之间的相互作用来实现这些性状的。这种作用主要体现在土钉与土体之间阻力的发挥程度，此外，土钉与土体之间刚度比相差较大，在土钉墙进入塑性阶段后，土钉自身的作用增强，从而改善了土钉墙塑性变形和破坏状态。土钉在土钉墙中作用大致有四种:(1)骨架约束作用;(2)分担作用;(3)应力传递与扩散作用;(4)坡面变形的约束作用。4土钉墙的构造要求途(佩1)份土钉墙的瓜适用高度财为谊6烘～虎12m怠，一般不骆超端过扔15亭m石，目前亦棍有做诸到分18棉m伴高。差(咽2)浩土体斜面欠坡度一般弃为腹70般O刚～您90宫O阿。盏(辉3)尸土钉长度春一般为拟习设计挡墙升高的肺0.5参～燕1.2盈倍，其间趟距为复1培～劫2m熄，土钉的托入射角度挑为叠10降O定～闹20巩0谈,榆一般元取追15搂O肃。土钉的饿初拟长度窃和间距可如分别由下思式计算。槽①绍触土钉初拟波长度计算索:凶L=(值0.7闸～封1.0)仁·烘H+(0奋.8县～杜1.5)赤式中颗:H怒：土钉墙跟的垂直高胖度父(桨m)凡；粮L威：土钉长浴度顾(搂m)绍②斩元土钉初拟岛间距计算锯:器S厨x陶或量S先y虾，浑=(6诸染～嫁12)番·欢D滨S宫x芦·S么y钱≤纹(越1.5升～揭2.5)年·献D全·尚L服式中差:S洗x兵,黎S抄y剪：土钉的壁水平距离母、垂直距膊离励(邪m)量；阳D丈：土钉成菌孔孔径舰(术m),D呼=0.1弓0友～蛾0尸.20m悄(烟4)皱土钉宜采图用套I安级以上螺蛮纹钢筋，见钢筋直径秀一般为二更级钢召16~3刊2办之间。足(樱5)懂土钉墙的拜护面板通怎常在物一级钢筋判6~妥1喊0赖，间距为抬150烧～永300洒mm义的钢筋网巧上喷射慰80轮～闷200华mm哭厚奏C20轨水泥混凝某土而成。活(柿6)应对于环境罢保护、绿搁化美化要观求较高的口坡面防护庄工程，可浴采用骨架物梁代替护渡面板。肌(胸7)晴土钉护面越板或骨架兴与土钉连池接处的混蚂凝土层内合应加设局伏部钢筋网近进行加强电，并在固势定螺帽或饱钢筋下垫箭承压钢板跃，尺寸为钳200m地m恶×勿200警mm,视厚度为多8吩～甩15昂m落m恩。宇(墙8)也注浆材料低采用水泥最净浆，强字度应不少粪于管20坚MP榆a僵。赠5可表设计计算丝公式趟4.续1崖土钉所受扇土压力的滨计算为(宋1)吉土的侧压或力菌P蜂的分布见秧图抄1:候图局1础破土钉墙土定压力分布锐(臣2)药计算公式寸:摘对于砂土房:评≤浮0.05团P解1怕=货0.5K盛a户对于粘土闻:0.0灿5待≤匆≤裕0.2粗P漠1累=根K既a擦(到1-踢）堆≤切0.6鼠且坦﹥孤0强.15乎P属2笋=K驴a修·q寻K床a设=tg践2面(辰45饺-瓦)厕宗凡甘土钉所受协的土压力昼:摆N旬(迹平格均功)何=P虫·穴S乏x熔·含S染y熊式中渴:N聋狮：土钉所彻受的压力骄(倒kN)棵；昌P犁(字平眯均线)变：各土层惊内侧土压疫力奶p政的平均值烟(基kP离a狠)军；悔：土的重咽度炮(烦kN/m上3用)蔬；胜H般：土层的翻深度圆(泛m)莫；韵P盈1慢、腹P铲2惜：土压力冠强度辉(和kP沃a宽)蓄；然：土的内尊摩擦角筑4.2竹稳定性验陷算朋(纷1)殊抗拉稳定毕性验算懒:槐K毯r捕N昌≤镇1.3劈5皂f禾y么式中通:K邻r幸：安全系龙数亭1.5害；角气：钢筋面躲积蛙（握m灵2覆）掩；缓f嘱y岁：钢筋强猾度设计值棒(殖kPa)沫(孔2)菠抗拔稳定疫性验算遣:穗K档f敲N=清T炭·标cos腔T=保DL第b叫式中:缘K存f层：安全系车数筹1.3-荡2.0罢，对于临筝时性土钉轮墙取小录值掌,图永久性土推钉墙取大艇值。哄T腔：土钉的既抗拔力昨(杀kN)羽：为土钉指人射角惹；党L软b湾：土钉的揉有效长度顶(帽m)税；军：土的抗制剪强度听(阵kPa)饲；娃D们：土钉的压成孔孔径低(嘉m)罪(离3)户土钉的有脊效长度计源算先(寻见图军2)樱L掘b院=L凶-L沉a不式中倒:L澡：土钉的名总长度抹(捏m)言；练L爆a念：土钉的内自由段长绝度根(碍m)摆图帐2汽汇土钉有效博长度计算仆简图村(训4)第抗倾覆稳害性验算裹:窑抗倾覆力贷矩荣:扯M纽w角=(汤W标+魂qB圾)症·抽B/2稻·S抹x盐式中越:M鹊w洲：抗倾覆躁力矩敌(镇kN绢·保m)馒；赌W胡：假想墙输体的重量巡(乡kN),湿W=尿·颈H灯·司B晒；友B刃：假想墙榨体宽度磨(路m),B倘=0.4稳-0.8之H葵；枪H结：假想墙斯体高度寿(丢m)皆；贯：土的重青度朴(割kN/m什')万；富S尝x厉：土钉的雅水平间距俩(塌m)曾倾覆力矩快:闲M勉0焦=抹·员H/3秩式渔中柏:吧M孔0挡：倾覆力罩矩山(摩kN松·闲m)巨段安全系数钩:拌K车0后=M之W镰/M阔O据≥京1.5防(玻5)滋抗滑稳定寄验算阀:继假想墙体洲底断面上顶产生的抗旗滑合力匪:勺F并t利=(W培+镇qB瓦)升·盾S宇x裂·辛tg岗式中逼:F王t选：假想墙沃体底断面史上产生的牌抗滑合力诊(胖kN)睡；所：对应底逐部土层的泡内摩擦角括土钉墙后创主动土压批力策:E=缸式中离:E煌：土钉墙加后主动土竭压力戒(灰K责N怎)县；延安全系数边:K王c纺=F村t效/术E在≥赠1.35算例脊某住宅楼同工程，地煮上燥2眯4逆层，地下尝二层，基林坑深度最止深沟处冻13.7厚m艇，因施工唇现场场地兴狭小，不鬼具备放坡聚条件，基吊坑按拴照皆1阳：姻0.肠1帆放坡进行遗基坑开挖晨，在实际意施工开挖填前，已经渗采用了深墨井降水及煤高压旋喷阳桩止水帷坟幕阻水，院实际施工蜂过程中东移、南、北火侧因临近聋河道采用杜预应力锚映杆进行支确护，锚杆摄间贡距横2×2窗m锈，锚杆采零用直嘴径坐2悟0妇的钢筋进愚行预应力碌后采斑用挡1将6禁槽钢进行猴固定；西勒侧采用土歉钉墙进行土施工，为作简要示例江，本文中听仅以西侧否为例进行丝土钉设计肠计算，西黄侧按照垂艳直开挖进枯行计算。坚5.1默基础资料恳(冠表微1)千表向1且怪各土层基碧础资料脉土层赚层健厚拍敌泪（肠c轮m亦）组C茫肃分（袄kP学a杜）书（沙0务）写洒自（经kP板a袄）伤(扩K玩N/M缝3肥)月土名称丹深度形1垮5.2喊15赤15回53.8尘20狸粉质粘土金5.2前2捆2.2怎15拼30随2辉20落粉质粘土仆7.4各3裂3.7炼0寇34源100迟20郑密实砂灭11.1门4堡2.6伪0习42常180巾20顺细粉砂绸13.7理5.2菜设计计算特对性能相愿差不远的弹分层土体凑，没、迷C眉值可取各棚层土的央、巨C拐值按其厚浮度加权平宴均。蜘1鸡、榨2圾层土厚为欣7.4m智,蠢为垂22.5金o怕,c=1舞5kPa铁3格、药4浪层土厚为狱6.3m搅,原为陵38朵o搁,c=0防超后载崇q止取竿20kN青/m购2惕，挡土高厨H乒为软13.7候m投，土钉孔约径候D贷为刚0.13理m使。兵(底1)妻初拟土钉淹长度和土怒钉间距奉:回土钉长度捞：盾L=0.伍7H唉+O.8往=0.输7劳×廊13.7院＋工0.8=枝10.3改9东取联L寄=镇1辽0境m捉土钉间距碰：伯S斥x啄=S来y谋=范12D脆=12勾×免0.13秃=1.5看6m蛛，取粗S句x昂=S销y夫=1灰.5m玉S父x校·镜S么y想=1.5密×让1.5束=2.2伯5异m争2勾≤迁2.5顾 逼DL=窝2.0赌×续0.13绳×帜10=宗2.6罚m叮2券因此初拟赚尺寸符合蕉要求慈(狱2)剧土压力计脏算星:赵1贼、涛2世层土的土瓣压力计算席:下K秋a达=tg荡2露(对45窄-常)=0嘱.446熔杯毙竿=致=0.1携0废1述，按粘土鸭计算氧P共1-1次=宗K估a田(孕1-抚）拨=4咐6慌（性kN虏·垮m)拿P燃1-2佛=省K蕉a播q=0.受446×锦20=8女.9轧2首（休kN诸·胸m)速P梁’铅=赠P隆1-1历+财P坛1-2损=54.放9葵（俭kN旬·丙m)产第旗3侧、稠4勺层土眼里条根据公式株，按照砂勤土计算分恭别得知：浆P隆2-1璃=32.斤6株（妻kN用·制m)P厚2-2浅=4.7户6积（耻kN落·督m)我P阳’’图=付P黑2-1启+肝P残2-2孩=37.刻3高6货（净kN险·辜m)聪土压力平鸟均谅值冠P伙(你平罩均忽)泰=(p絮’舌+P黎’’御)/2=亏4脂6覆（夺kN岗·匆m)狠共布据置纵9坛道土钉，游土钉自上钉而下布置造距离基坑景上口尺寸睁分别宜为糠:1.0匠m惧；讨2.5纤m剧；千4.0本m逆；里5.5原m靠；饿7权m歌；叠8.5苗m听；寒10.0企m犯；现11.5别m担；纯13.0奉m拣。最后一葵排土钉离尿坑底地籍面贱0.7栋m秒。准由土钉的焰布置情况么可知，在什H/4=护3.42鸦m浇范围内有滨两排土钉剖，栽第一排土羽钉的土压记力为料:搁N芦1览=呈=1赖3.45洞(kN/责m额2惨)撒第二排土储钉的土压晚力为丙:业N疼2仇=面=33.描63(拌kN/m纠')脑因此，第棕一排和第恩二排每个壤土钉所受刺的土压力蕉分别为按:布第一排土驳钉的土压挨力为朗:N型1钱=13.棍45刮×遮1.5朵×主1.5=丰30.受3召(岛kN许)途第二排土哑钉的土压滥力为暮:N叼1秆=33.岂63介×艳1.谎5×侄1.5=魔75.随7惑（巡k棚N)南余各排土僚钉所受的歌土压力分弓别为蹈:跳N死3垂～竹N含9耐=46穷×岔1.5讯×灾1.5莫=103妙.5(k痒N)留(区3)傅土钉自由雄段计算贺:馅入射角雹取述15垦o疫。焦.辩第一至第纵六排土钉战的自由段女长度叹:升L播a(工1爆～欺6)务=(0.歪3H)/汇cos微=(0.面3×13寿.7)/滔cos乌15倒O爸=4.2家5烦m带。务同样计算爸得第七、墨第八排土毯钉的自由推长度厕:很L每a祸7啄=3.4逃7(m)焦；炭L激a8蜓=2.0仪7(m)巡；登L春a9店=0.辟66(m油);梨(淋4)耕土钉有效氧长度计算愈:铜L蹄b(骄1-6)役=选L伞-拿L地a(1-雕6)邪=猜10暖-绝4.25某=5.7引5(m)疼同样计算店得妇L晴b7愉=6.5棒3(m)农；评L缸b8蝶=7.9透3(m)思；陆L践b9估=9.昂34面(浪m)骆(湖5)相土钉抗拔到力计算肺:环由昆T=通DL奶b扒计算得刑:糠T丽1泽～因3员=126狸.34(迟kN)圾；爱T掠4讲～歼5粱=145腊.60乱(kN)舰；多T爹6句=234劈.83港(kN)沙；阳T趟7经=266贪.69唉(kN)温；耽T泥8撕=582妖.96(吼kN)承；缎T语9朝=68同6.6步1(kN拌)躬(揪6)器计算结果营汇总仗(撤表秆2):暮表寺2授庆计算结果芳汇总构土败钉羊钳序号两N徐(KN)刃L域ai浮踩(序m)握L做bi熊(m绸)林L迈碰（铃m环）社T逢i欢安得全毛障刚系数疫调绣整租雕L茄fi伴调脸整轧L扮调册整捏胞漂后房T危i胡(KN饰)症调整后安忘全系数社T西1仍30.3编4.25泳5.75游10仿126.碰34协4.17鼠2.75批7栽60.4练2滚1.99播T瓦2膨75.7币4.25寸5.75据126.保34贡1.67故6.75金11春148.幕31荐1.96然T戏3防103.允5遮4.25徐5.75唇126.闸34障1.22快8.75机13窗192.羽26消1.86柴T誓4交103.依5元4.25啊5.75谨145.饼60绘1.41烈7.75斗12棵196.址24蕉1.9窗T蔑5糠103.宾5嘴4.25肢5.75松145.扇60节1.41掘7.75冷12杀196.锄24纸1.9烫T共6富103.缓5份4.25屡5.75倘234.期83旧2.27羽5.75游10端234.焰83诉2.27轻T佛7悠103.当5富3.47巷6.53未266.娘69翁2.58邪6.53芬10蹈266.标69捡2.58掘T类8赤103.漠5帮2.07红7.93誉582.董96渠5.63址3.93文6名288.滴91识2.79栏T琴9尘103.先5带0.66乖9.34恩686.左61客6.63给5.34熟6席392.敏56劝3.79薄=830秧.5KN劳码=197阀6.46周KN帝(7五)怀抗拔稳定迁性验算：匠K颠f测=药=椅=2.但3发＞广2.0口（天8厘）用抗拉识稳定性验稻算公式确派定土钉直汽径：节K姨r悉N轿≤狼1.3塌5如f遮y柳钢筋强喇度练f涌y局援取捧300M壳P拍a以，瓜N题取核1035废KN;仍K利r代取现1.论5绍得知，钢器筋直旗径絮=0.0僻22撑m私，采壮用席Ⅱ卷级钢筋直踪径鸭2否2插。换（摆9扁）抗倾覆卸稳定验算反：恒设墙宽千为侮W=0.比4H=0叹.4×1透3.7=英5.48亡,亩取尼5.5促m赶。绪M蜜w纯=(沃W客+掏qB蚀)咸·益B/2撕·S鲜x贵=匀（测13.7怀×5.5瞎×20+炕5.5×影2齐0席）举×吓×1.5筝=667哪0.1传3排（枕KN宫）漏M武0刻=陵·骄H/3改=830边.5×1仔3.7×圣1/3=绸3792斑.6决2讲（杨KN指）斯K繁0卷=M用W贪/M盟O争=雾（夹6670海.1犬3业、鸣3792娃.6立2氧）耗=1.7跌6船＞顶1.5晚.突符合要求狐。歉（政1负0农）抗滑稳疲定验算：炕F爹t付=(W徐+错qB箱)扮·瞧S莫x干·启tg哲=218曲3.9邮3狂（秆KN争）织E镜=挂=83失0.5K掠N颂K明c屋=F过t功/E=2趋.6炒3浓≥投1.3己,跑满足要求肤。裹6召土钉墙支弃护凑施工经工艺怀6.死1忠施工茫工序尖

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且开浆挖谋→忧清理边态坡畅→字孔位布帐点罢→谁成塘孔贸→极安设土钉腹钢午筋算(杜钢哄管戴)添→稻注才浆另→逃铺设钢筋豆网因→源喷射混凝葬土面扯层录→浪开挖下一宇步。课

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砌支护的内躬排水以及焰坡顶和基倡底的排水盾系统应按颈整个支护上从上到下烈的施工过尖程穿插设孙置。梁6.2菌施工工艺宗(与1锤)短开挖考①蜘土钉墙支带护应按分惯层开挖深撒度按作业喉顺序施工宪，在完成哥上层作业稿面的土钉堡与喷射混穗凝土以前苗，不得进散行下一层塞深度的开皆挖。稿②危支护分层反开挖深度联和施工的舌作业顺序赖应保证修图整后的裸辣露边坡能乘在规定的均时间内保惜持自立并泊在限定的浑时间内完缺成支护。保应尽量缩格短边壁土呜体的裸露纤时间，对李于自稳能堵力差的土秧体如高含朋水量的粘状性土和无需天然粘结病力的砂土苦必须立即厦进行支护晓。县③虾为防止基靠坑边坡的白裸露土体神发生塌陷艰，对于易亡坍塌的土龄体因地制简宜采用相堡应措施。货④素开挖过程棵中如遇到外土质与原句设计有异完常情况时叶应及时进轨行反馈设兄计。降(汉2跨)禁清理边坡争。蜡基坑开挖李后，基坑池的边壁宜驴采用小型杠机具或铲才锹进行切津削清坡，彻以达到设遮计规定的付坡度。运(委3越)岔孔位布点旅。洁土钉成孔甲前，应按诸设计要求血定出孔位丑并作出标烧记编号。沾孔位的允升许偏差不循大军于帖150m暑m喷。有(烫4化)羊成孔。坚成孔搬一般采用呜人工洛阳利铲成孔丸或者机械干钻孔猜，孔径、保孔深、孔锡距、倾角痰必须满足筝设计标准杯，其误差胶符合《基烂坑土钉支器护技术规奋程》要求渠。如出现闹边坡土体苹含水量较面大，杂填葛土较厚，屯松散砂层遵等情况不吗宜进行人路工成孔时分，可采用枯钢管代替椅钢筋，利谜用机械打秤人土层，退钢管上可捧每匙隔注300m科m挤钻直里径净8开～形10m涉m黑的出浆孔乔，梅花形僻布置，并窃以棋∠岂3杰0版角钢呈倒弄刺状焊于判孔边，以排防打管时松散落土粒渔堵塞出浆逐孔，同时庸增加其抗改拔力，钢重管前端宜涂作成锥形少，以减少戒打入时的金摩擦阻力际。成孔过午程中如遇蒜障碍物需固调整孔位纠时，不得棒影响支护碌安全，成斩孔后要进孩行清孔检区查，对塌由孔处应及谁时处理。汇(锦5翅)茧置钉及注剧浆煌①倍置钉。在中设计作为南土钉的为钢筋上设私置定位架猛，保证钢润筋处于孔概中心部位物，支架沿董钉长的间德距削为满2浴～俯3跳m汤左右，支厅架的构造扫应不妨碍壤注浆时浆京液的自由福流动。蜻②散注浆。成长孔后应及届时将土钉义钢筋置人锻孔中，按团配比将水查泥浆或砂坟浆注入孔缓内。重力爽注浆以满再孔为止，雄但锣需惭1守～蚀2脱次补浆；祖压力注浆马采用二次旁注浆法，若并在钻孔贸口设置止棉浆塞和排餐气孔；注蛋浆导管应挺先插入孔漂底，以低吧压注浆，规同时将导另管以匀速丈缓慢撤出真，导管的肾出浆口应羽始终处在替孔中浆体驶的表面以茎下，保证矮孔中气体便能全部逸闷出。导管世离孔妹口济0.那5察～界1辉m陵时高压注浅满，并保系持高贪压虎3晕～忽5mi扫n室；采用钢是管时应使屠用高压注煤浆，注满建后及时封艰堵，让压迷力缓慢扩兼散；注浆肤时需加入痰早强剂和左膨胀剂以坐提高注浆陪体早期强居度和增大顾其与孔壁暂土体的摩奶擦力。君(7轰)叉铺设钢筋毛网片句按照设计两钢筋网片妖要求进行茧绑扎并绞在喷射混拖凝土之前弓，面层内助的钢筋网奥片应牢固迁固定在边横壁上并符皂合规定要陕求的保护匆层厚度。无钢筋网片泻可用插入毅土中的钢偷筋固定，到在混凝土庸喷射下应先不出现振镇动。淹(8迹)悲喷射混凝掌土面层融①注喷射混凝已土时喷射没顺序应自秒下而上，确喷头与受于喷面距离形宜控制皂在彩0.惯8身～御1.5基m汽范围内，诸射流方向定垂直指向默喷射面，道在钢筋部凳位应先喷呼钢筋后方想，然后再书喷填钢筋化前方，防盏止在钢筋昨背面出现蚊空隙。也骑可在铺设喇钢筋网片唤之前初喷鹊一次，