土钉支护的设计与应用.ppt

1、2020/7/29，1、土钉支护的修订与应用中国建筑科学研究院钱力航2008年1月北京牌，2020/7/29，2、土钉支护是土体开挖与边坡稳定的技术。 土钉是在原位土体上先开孔(75150mm )，加入铁元素筋(1832mm )或钢管，然后注入水泥砂浆或纯水泥浆而形成的含筋受力体。 也可以将铁元素筋和钢管直接打入土体作为受力体。 也可以是将带孔钢管打入土体，注入水泥浆而形成的受力体。 2020/7/29，3，3，土钉支护的作用关反应历程是在土体变形时，在与土体接触界面的粘接力和摩擦力的作用下拉伸土钉，约束土体的变形。 土钉以较密的间隔(1.5m )排列，依靠集体的作用保证边坡的稳定。 2020

2、/7/29，4，4，现代土钉技术出现于上世纪70年代，许多国家几乎在云同步期，各自独立提出了这种支护方法，并迅速开发，广泛应用于边坡稳定和深基坑支护工程。 中国的情况也是如此，有记载的国内首项土钉工程是1980年山西太原煤矿设订院王步云在山西柳湾煤矿应用的边坡支护工程。 该工程采用深度10.2m、倾角80度、边坡长度40m、注浆钉、钉长m、孔径1220cm、铁元素筋直径25mm、倾角15度。2020/7/29，5，5、星空卫视虽然比国外要慢一些，但由于中国经济发展迅速，建设规模巨大，特别是由于高层建筑深基坑支护和高速公路、铁元素道护坡的需要，土钉支护工程的数量预计已超过其他国家。 土钉支护技术

3、发展的内在原因是材料使用量和工程量少，施工速度快，施工设备轻，操作简单，最简单的是洛阳铲，2020/7/29， 6、对地基土的适应性强，有一定粘性的砂土、粉土、硬塑性和塑性的粘性土等即可，必要的施工场所小，既有建筑物可以紧密地挖掘土又支撑土，同时在集团作用下安全度高，因此经济，一般成本比锚固件低1030 31/2、2020/7/29、7、土钉支撑的局限性：在现场需要设置土钉的地下空间作为松散的土砂、软模具、流动模具粘性土及丰富的地下水土层不能单独使用的永久构造时，需要考虑防锈耐久性的问题。 另一个问题是发展太快，研究太慢，发生了很多工程事故。 主要事故是边坡不稳定。2020/7/29,8、8、

4、8、土钉的受力反应历程与锚固件不同。 锚固件沿全长分为自由段和锚固件段，作用于挡土墙和防土桩的侧向土压力通过自由段和锚固件段传递至深部土体，从而发挥锚固件作用。 锚固件数量少，拉力大，一般会产生预应力。 2020/7/29，9，9，不管是自由段还是锚段，土钉在全长上与土体接触形成的粘结力传递负荷，作为增强的土体和土钉结构，类似重力式挡土墙。 土钉数量多，一根拉力小，依靠集体作用。 土钉一般不施加预应力。2020/7/29、10、土钉的类型和结构，常用的土钉有浇注钉、打入钉、打入浇注钉。 1浇注是先在insitu土体上钻孔，加入铁元素筋和钢管，然后在全长上注入水泥砂浆和纯水泥浆，有时还可以用细石

5、头混凝土，形成含有筋的受力体。 孔径一般为75150mm，铁元素肌直径一般为1832mm，铁元素肌的屈服强度一般为400500MPa，铁元素肌强度过低不经济，过高则脆性大，焊接性差。 为了确保铁元素筋位于孔的中心位置，请沿全长每隔23m设置一个中心包围曝光。2020/7/29、11、浇注钉结构图、2020/7/29、12、2020/7/29、13、浇注强度等级不得低于c25 (12MPa )。 可采用重力或低压浇注(0.5MPa )。 端部通过螺母柱、大板块与表面层相连的土钉，在拉力赛变硬后，拧紧螺母柱，可以施加一点预应力(约1020%的设置张力)。 此时，请留下距离节流孔约30cm的较短的非

6、粘接长度，用粘土填充，或者拧紧螺母柱后浇注进行填充。2020/7/29、14、2打入钉打入钉使用铁元素筋、山形钢(L50505或L60606 )、钢管等材料直接打入土中。 不浇水。由于与土体的接触面小，钉子的长度有限，因此配置密集，每平方米的垂直心理投射面积内可设置24根。 打入式土钉不适用于砾质土、硬黏土、松散砂土。2020/7/29、15、3浇注钉将周面的带孔端部封闭的钢管打入土中后，从管内浇注，使拉力赛浸透土而形成土钉。 土钉的长度土钉的长度l和基坑深度h之比，相对于非饱和土优选取0.51.2的实心土砂和硬粘性土取低值的软粘性土l/H1.0。 为了减少支撑变形，抑制地面的裂缝，顶部的土钉

7、长度必须适当增加。 非饱和土中底部土钉的长度可以适当减少，但不宜小于0.5H，含水量高的粘性土中钉的长度不应减少。2020/7/29、16、土钉的倾斜角、土钉的向下的倾斜角优选为520，在采用重力浇注时优选为15以上。 在软土层中适度增大倾斜角，可以使土钉向下放入良好的土层中。 土钉的间距土钉的纵向和横向的间距大于1.5m2m时要不得。 软土中大于1米则为要不得。2020/7/29、17、土钉面层、土钉喷射混凝土面层的厚度应取50150mm，混凝土强度等级应在c20以上，3天应在10MPa以上。 注射混凝土表面层内应设置钢筋网，钢筋网直径610mm，网格尺寸150300mm，表面层厚度大于12

8、0mm时，应设置双层钢筋网。2020/7/29、18、土钉铁元素筋和面层喷射混凝土可采用钢背板、螺母柱垫圈等方式连接，土钉和面层铁元素筋与加强筋焊接，加强筋连接邻接的土钉。2020/7/29、19、2020/7/29、20、土钉的喷射混凝土面层应插入基坑底面以下，插入深度应在0.3以上。 坑顶部也优选设置宽12的喷雾混凝土保护面层。 土钉墙的坡度超过1:0.1、2020/7/29、21则为要不得。 土钉墙的安定性分析基于土钉墙的作用机制，其安定性分析可分为外部安定性分析和内部安定性分析。 外部安全定性分析以体外破坏为对象，此时整个支护结构为刚体，可能发生以下3种形式的破坏的a沿支护体的底面弯曲

9、，2020/7/29、22、b在支护面的下端(壁的脚趾)周围翻倒，或支护底面的垂直压力过大，地基土前两种破坏可以用重力式挡土墙模态分析；c类破坏可以用一般边坡的稳定方法分析。 一般采用防滑安全系数1.3、防倾复安全系数1.5。 是否真的会发生这种体外破坏的情况，还有争论。2020/7/29、23、建筑基础设施修订规范JGJ50007 663边坡支护结构的土压力修订如下：在修订1支护结构的土压力时，主动土压力可修订的2边坡工程的主动土压应按以下公式修订：式中Ea主动土压c主动土压增大土坡高度不足5m时取1.0的高度58m适时取1.1的高度超过8m时取1.2的填土的重度h防土构造的高度ka主动土压

10、系数根据本规范附录l决定。2020/7/29、24、填土为非粘性土时，可基于库仑土压力理论确定主动土压力系数。 当支护结构满足朗肯条件时，主动土压力系数可以根据朗肯土压力理论进行化学基确定。 粘性土和粉土的主动土压力也可以用楔体试验算法图解求出。在2020/7/29、25、附录l、L.0.1挡土墙主动土压力的作用下，其主动土压力系数可以用以下公式计算： q-地表平均布负荷(用单位水平投影面积的负荷强度进行修正)，计算2020/7/29，其主动土压力系数可以如图所示进行调查类砾石，粗，中砂：中密，干密度为. t/m3； 类粘土回形针石：干密度为1.90t/m3。 类粉质粘土：干密度为1.t/m3

11、； 2020/7/29、27、2020/7/29、28、2020/7/29、29、2020/7/29 (6.6.5-1) gn=GCOS0gt=gsin0eat=easin (0) ean=eacos (0) 0挡土墙基础倾斜角挡土墙的壁背倾斜角土相对于挡土墙壁背的摩擦角可根据表6.6.5-1选择的土相对于挡土墙基础的摩擦系数可通过试验确定，也可根据表6.6.5-2选择。2020/7/29、32、表6.6.5-1土相对于挡土墙壁壁背的摩擦角，注： k为壁背填土的内摩擦角。 2020/7/29、33、表6.6.5-2对土对挡土墙基础的摩擦系数土的类别摩擦系数粘性土可塑性0.250.30硬度0.3

12、00.35硬度0.350.45粉土0.300.40中砂、粗砂、砾石0.2碎石土，其致密度、填充物的2020/7/29、34、2耐倾斜稳定性应以下式进行管理(图6.6.5-2 ):eax=easin () eaz=eacos () xf=b -。 基于水平距离b的水平投影宽度，从x0挡土墙的重心到墙的脚趾。2020/7/29、35、3整体折动稳定性管理：可采用圆弧折动面法。 4地基承载力管理，除符合本规范第5.2节的规定外，基础合力的偏心距离不得超过0.25倍基础的宽度。 如果底层下有较弱的下卧层，仍需控制下卧层的承载力。2020/7/29、36、内部安定性分析以体内破坏为对象，此时破坏面的全部

13、或一部分通过被增强的土体。2020/7/29、37、修正分析采用边坡稳定的极限平衡方法，假设破坏面的形状为圆弧面、内通讯端口面、双折线面或对数螺旋曲面之一，破坏面的下端通过边坡的下端，破坏面与地表的交线必须通过估算确定。 从该交线到挡土墙面的距离一般来说，施加在墙壁高度不超过000的破坏面上的力必须考虑水压的影响。 破坏面上的抗力是土体的抗剪力和土钉提供的抗力之和。 按常用条分法订正。2020/7/29、38、建筑基坑支护技术规程jGJ120-99、6.1土钉拉伸承载力修正算法6.1.1土钉拉伸承载力修正算法应满足下式的要求33601. 250 tjktuj (6.1.1) tuj- -第j根

14、土钉的拉伸承载力设定修正值2020/7/29、39、6.1.3单根土钉的拉伸载荷基准值，可以用下式修正： Tjk=eajkSxjszj/cosj (6.1.2)式中-的第eajk个土钉位置的基坑水平荷载定基准值sxj、szj第j本土钉2020/7/29、40、6.1.3负荷衰减系数可用下式修正： (6.1.3 )式中-土踏壁斜面与水平面的夹角。2020/7/29、41、6.1.4基坑侧壁安全级为二级的土钉拉伸承载力设定修正值应通过试验确定，基坑侧壁安全级为三级时可通过下式修正(图6.1.4 ) :式中的s-土钉耐dnj-第一根土钉锚固件体的直径qsik-土钉横穿第I层土体和锚固件体的极限摩擦阻

15、力基准值，必须在现场试验中确定，如果没有试验资料，则在表6.1.4中可以确定的第Lij根土钉在直线破裂面外横穿第层的稳定土体内破裂面与水平面所成的角为()/2、2020/7/29、42、2020/7/29、43、表4.4.6.2.1土踏壁根据施工期间的挖掘深度及基坑底面以下的可弯曲面，利用圆弧弯曲面简单条分法(图6.2.1 )如下式所示整体稳定进行2020/7/m- -折动体土钉数k-整体滑动部分系数0-基坑侧壁重要性系数wi-第I部分土重、滑裂面在粘性土或粉土中、用上土层的饱和土重修正的滑移面在土砂或碎石系土中时， 以上土层重量浮动度计算的bi-第I条宽Cik-第I部分折裂面的土体固结不排水(快)剪切粘聚力基准值fik-第I部分折裂面的土体固结不排水(快) 计算第I-I个剪切内摩擦角基准值中的中点切线与水平面所成的角度j-土钉与水平面间的角度Li-第I个分割弯折面上的弧长： S-弯折体用户针织面料的厚度的Tnj-第一个土钉的圆弧弯折面外的锚固件体与土体的极限抗张力， 第2020/7/29、47、6.2.2根土钉在圆