1、 第五章第五章 土钉墙支护土钉墙支护一、土钉墙支护的概念一、土钉墙支护的概念 土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密排列的细长杆件置于原位土体中，并在坡面上喷列的细长杆件置于原位土体中，并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和面层射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和面层的共同作用，形成复合体。的共同作用，形成复合体。l土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土和非松散砂土及卵后的粘性土、粉土、杂填土和非松散砂土及卵石土等。石土等。l淤泥质土、饱和软粘土应采用复合土钉墙。淤泥质土、饱和软粘土应采用复
2、合土钉墙。二、土钉墙支护的特点二、土钉墙支护的特点l土钉是边开挖边设置的，各土钉受力的时间是不同的；l土钉的受力通常是被动的，也即是随着往下开挖，边坡发生变形，土钉是由于土体要变形而产生拉力的，这就可能会使土钉支护的位移一般会大于桩锚等超前挡土结构的支护；l土钉支护是一种先挖后支护的工法，要求土体有一定的自稳能力，因此，通常较适合应用于地质条件较好的场地，对于软土和砂土地基应用时必须要有足够的超前支护；l土钉支护的造价在各种支护方案中是价格相对较低的一种支护，一般比排桩或地下连续墙的造价要低1/3 或更多，因此是一种具有较强市场竞争力的支护技术；l施工设备简单和方便，土钉支护比起地下连续墙、排
3、桩等的支护所需的施工设备相对简单，因而更易于推广；l土钉支护由于在基坑边线外打入较密集的土钉，会影响土钉长度范围内后期地下工程的施工；当离基坑边近处有其他建筑物时，会造成一定的影响，因此严格地说会影响本工程场地以外的后续地下工程的施工，在城市区内是否适宜也曾存在争议。土钉墙支护的作用机理土钉墙支护的作用机理l土钉的开土钉的开挖过程受挖过程受力变化力变化土体墙的破坏形式土体墙的破坏形式l土钉墙破坏时明显带有平移和转动性质，土钉墙破坏时明显带有平移和转动性质，类似于重力式挡土墙。类似于重力式挡土墙。l破坏形式有：破坏形式有：l外部整体稳定破坏 滑移+倾覆+地基承载力l内部稳定破坏（局部破坏）l墙面
4、破坏不同计算方法所得滑裂面不同，土钉长度不同外部整体稳定破坏外部整体稳定破坏l与重力挡土墙类似与重力挡土墙类似地基承载力验算地基承载力验算内部稳定性内部稳定性破坏破坏内部强度破坏问题内部强度破坏问题l抗拔破坏抗拔破坏l注浆体与土体之间l钢筋与注浆体之间l钢筋受拉强度不足钢筋受拉强度不足l土体受弯受剪破坏（贡献不大于土体受弯受剪破坏（贡献不大于10%10%）土体抗拔力土体抗拔力l通常假定锚固体通常假定锚固体与土体之间的侧与土体之间的侧摩阻力为一常数。摩阻力为一常数。土钉与土体的相互作用土钉与土体的相互作用l土钉轴力土钉轴力分布分布简化的土钉拉（轴）力分布简化的土钉拉（轴）力分布土钉最大拉力的位置
5、土钉最大拉力的位置l不不一一定定在在破破坏坏面面附附近近墙面破坏形式墙面破坏形式l墙面发生塑性铰墙面发生塑性铰l墙面发生刺入破坏墙面发生刺入破坏l螺钉发生破坏螺钉发生破坏土钉塌方:地基强度不足土钉事故三、土钉墙支护设计三、土钉墙支护设计 土钉墙支护设计应满足规定的强度、稳土钉墙支护设计应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。定性、变形和耐久性等要求。l 土钉墙支护设计的主要步骤土钉墙支护设计的主要步骤）查明场地周围情况、工程范围内土层情）查明场地周围情况、工程范围内土层情况、土性指标、地下水况、土性指标、地下水）根据基坑深度、工程地质条件选择土钉）根据基坑深度、工程地质条件选择土钉墙的形
6、式、剖面尺寸以及分段开挖长度和墙的形式、剖面尺寸以及分段开挖长度和宽度宽度）根据土钉抗拔试验或土体抗剪强度指标，）根据土钉抗拔试验或土体抗剪强度指标，并参考类似工程经验，确定土钉类型、直并参考类似工程经验，确定土钉类型、直径、长度、间距、倾角以及空间的方向径、长度、间距、倾角以及空间的方向）确定注浆方式及浆体抗剪强度，进行注）确定注浆方式及浆体抗剪强度，进行注浆配方设计浆配方设计）设计喷射混凝土面层）设计喷射混凝土面层）进行内部稳定性分析）进行内部稳定性分析）进行外部稳定性分析）进行外部稳定性分析 土钉墙抗滑稳定性验算土钉墙抗滑稳定性验算 土钉墙抗倾覆验算土钉墙抗倾覆验算 土钉墙基底承载力验算
7、土钉墙基底承载力验算）施工图设计和构造设计）施工图设计和构造设计l 土钉墙支护各组成部分尺寸与参数确定土钉墙支护各组成部分尺寸与参数确定 土钉长度：土钉长度与开挖深度之比土钉长度：土钉长度与开挖深度之比L/H=0.61.2L/H=0.61.2。顶部宜适当加长。顶部宜适当加长。土钉间距：土钉间距：1.22.0m1.22.0m。土钉直径土钉直径 土钉倾角：土钉倾角：020020 注浆材料：注浆材料：32.5R32.5R水泥，水灰比水泥，水灰比1 1：0.50.5 面层：面层：50150mm50150mm厚钢筋网喷射混凝土，厚钢筋网喷射混凝土，强度等级不低于强度等级不低于C20C20土钉承载力计算土
8、钉承载力计算ll式中式中:Nk,j第j层土钉的轴向拉力标准值aj第j层土钉的倾角(o)z墙面倾斜时的主动土压力折减系数Pak第j层土钉处的主动土压力强度标准值Sx,j土钉的水平间距Sz,j土钉的垂直间距Nk,j,1cosk jak jx jz jjNpSSza土钉拉力设计土钉所受的侧压力Rk,jl 式中式中:dj第j层土钉的锚固体直径;对成孔注浆土钉，按成孔直径计算，对打入钢管土钉，按钢管直径计算;qsk,i第j层土钉与第i土层的极限粘结强度标准值l第j层土钉滑动面以外的部分在第i土层中的长度.直线滑动面与水平面的夹角取(b+fm)/2。,k jjsk i iRdql土钉锚固体与土体极限摩阻力
9、标准值土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值（规范）（规范）土钉抗拔力计算 土钉受拉破坏，土钉拉应力达到屈服强度 土钉受拉拔出破坏四、复合土钉墙支护 复合土钉墙支护是以水泥搅拌桩等超前支护组成防渗帷幕，解决土体的自立性、隔水性以及喷射面层与土体黏结问题。土钉支护中常见的事故土钉支护中常见的事故l（1 1）变形过大）变形过大l这主要是存在于土质较差或基坑较深而采用土钉支护，尤其是在基坑深度范围内存在软弱土层时，较易产生偏大的水平位移，会造成基坑顶部地面开裂等情况。l对应措施可以采用复合土钉支护，在竖直面和水平面进行加强，以控制位移。l（2 2）底部隆起）底部隆起l对于基坑底或深部存在软土层的地质条件时
10、，最易产生这种情况的破坏，有些是由于坑底护脚处被水泡软而致底部地基承载力不足而引起，这种情况也与设计理论对局部稳定未充分考虑所致。l应对措施是对这种情况应要增加超前支护来加强。施工过程中最危险的破坏施工过程中最危险的破坏面面l（3 3）滑动）滑动l通常是土钉长度不够，或锚固段锚固力不足，致使稳定安全系数偏低所致。应对措施则是土钉锚固长度应要足够，土钉抗拔力检测应要使锚固有足够的锚拉力。l（4 4）超挖致失稳）超挖致失稳l土钉支护特点是边开挖边支护，土钉灌浆后要有一定强度，土钉具有一定锚固力后才可进行下一级土体的开挖。应对措施是要深刻理解土钉支护的原理，合理确定土方开挖方案，土方开挖必须要与土钉
11、施工相配合。l（5 5）降水引起周边地面沉降）降水引起周边地面沉降l对于存在砂层的基坑，当采用土钉支护时，一般会产生一定的地下水流失，无论在成孔过程或基坑使用期间，都可能会使原地下水位下降，从而会使周边地面沉降，可能会使周边邻近建筑物产生不均匀沉降而开裂。应对措施是加强止水措施，如采用多排咬合搅拌桩，土钉采用打入式花管等，以减少地下水的流失。l（6 6）粉砂基坑塌方）粉砂基坑塌方l对于坑壁为粉土或砂土，一旦护面存在面部开裂时，再有地下水作用时，则会在开裂处发生水土流失，也易产生基坑塌方，对这种情况，最好是采取密排搅拌桩护壁的措施。l（7 7）沿倾斜岩面滑动）沿倾斜岩面滑动l对于岩质基坑壁，可能存在顺层滑动，按常规的圆弧滑动方法计算时安全系数较高，但沿岩层顺层滑动时安全系数可能更低，这时要充分考虑到最危险的工况进行计算复核。参考文献参考文献l杨光华杨光华.土钉支护技术的应用与研究进展土钉支护技术的应用与研究进展J.J.岩土工程学报岩土工程学报,2010,S1:9-16.,2010,S1:9-16.
