土钉支护的设计与应用20090718改

土钉支护的设计与应用

中国建筑科学研究院

钱力航

2008年1月北京2/2/20231土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一项技术。土钉是在原位土体中先成孔(Ф75~150mm),置入钢筋(Ф18~32mm)或钢管,然后注入水泥砂浆或纯水泥浆形成的含筋受力体。也可以是将钢筋或钢管直接击入土体中作为受力体。还可以是将带孔的钢管击入土体中,通过注入水泥浆形成的受力体。2/2/20232土钉支护的作用机理是当土体发生变形时,通过与土体接触界面上的黏结力或磨擦力,使土钉受拉,从而约束土体的变形。土钉按较密的间距(≯1.5m)排列,依靠群体的作用,以保证边坡的稳定。2/2/20233现代土钉技术在上世纪70年代出现,许多国家几乎在同一时期内,各自独立地提出了这种支护方法,并迅速加以开发,广泛地应用于边坡稳定和深基坑支护工程。我国的情况也是这样,有记载的国内首例土钉工程是1980年山西太原煤矿设计院王步云在山西柳湾煤矿应用的边坡支护工程。该工程挖深10.2m,坡角80度,边坡长40m,采用注浆钉，钉长９m,孔径12~20cm，钢筋直径25mm,倾角15度。2/2/20234虽然起步稍晚于国外,但由于我国经济发展迅速,建设规模巨大,特别是高层建筑深基坑支护和高速公路、铁路护坡的需要,土钉支护工程的数量估计已超过其它国家。土钉支护技术发展的内在原因是它具有下列优点：１材料用量和工程量少，施工速度快；２施工设备轻便，操作简便，最简单的是洛阳铲；2/2/20235３对场地土的适应性强，有一定黏性的砂土、粉土、硬塑和可塑的黏性土等均可；４所需施工场地小，能紧贴已有建筑物开挖；５因为是边挖土边支护，又是靠群体作用，安全度较高；６经济，一般造价比锚杆低10～30％，也有说是其它支护结构价格的1/3~1/2．2/2/20236土钉支护的局限性：１现场须有设置土钉的地下空间；２在松散砂土、软塑、流塑黏性土及丰富地下水土层中不能单独使用；

３当作为永久结构时，须考虑防锈耐久问题。（法国规定见陈肇元《土钉支护在基坑工程中的应用》表1-1，轻腐蚀性土中，使用期30-100年，截面直径加大4mm；中腐蚀性土中，截面直径加大8mm）

另一个问题是由于发展太快，研究工作滞后，也出了不少工程事故。主要事故就是边坡失去稳定。

2/2/20237土钉的受力机理与锚杆是不同的。锚杆沿全长分为自由段和锚固段,作用于挡土墙或挡土桩上的侧向土压力通过自由段和锚固段传递到深部土体,起到锚固作用。锚杆的数量少,拉力大,一般都施加预应力。2/2/20238

土钉不分自由段和锚固段,它靠全长与土体接触形成的黏结力传递荷载,与加固了的土体作为挡土结构,类似于重力式挡土墙。土钉的数量多,单根拉力小,靠的是群体作用。土钉一般也不施加预应力。2/2/20239土钉的类型与构造常用的土钉有注浆钉、击入钉和击入注浆钉。

1

注浆钉

在原位土体中先成孔,置入钢筋或钢管,然后在全长注入水泥砂浆或纯水泥浆,有时也用细石混凝土,形成含筋的受力体。孔径一般为Ф75~150mm,钢筋直径一般为Ф18~32mm,钢筋的屈服强度一般为400~500MPa,钢筋强度过低不经济,过高则脆性大,可焊性差。为保证钢筋处于孔的中心位置,沿全长每隔2~3m应设置一个对中支架。2/2/202310注浆钉构造示意图2/2/2023112/2/202312注浆的强度等级不应低于c25(≌12MPa),3天强度不低于6MPa。可采用重力或低压注浆(≤0.5MPa)。对于端部通过螺母、垫板与面层相连的土钉,可以在浆体结硬后,用拧紧螺母的办法施加少许预应力(约为设计拉力的10~20%)。此时应在离孔口留约30cm的一小段非黏结长度,用黏土填充,或在拧紧螺母后再注浆填满。2/2/202313

2

击入钉

击入钉采用钢筋、角钢(L50×50×5或L60×60×6)、钢管等材料直接击入土中。不注浆。因其与土体的接触面小，钉长受限止，故布置较密，每平米竖向投影面积内可设2~4根。击入式土钉不适用于砾石土、硬胶结土、和松散砂土。2/2/202314

3击入注浆钉

将周面带孔端部封闭的钢管击入土中,然后从管内注浆,使浆液渗入土中形成土钉。土钉的长度土钉的长度l与基坑深度H之比,对非饱和土宜取0.5~1.2;对密实砂土和坚硬黏性土取低值;对软塑黏性土l/H≮1.0。为减少支护变形,控制地面开裂,顶部土钉的长度应适当增加。非饱和土中底部土钉长度可适当减少,但不宜小于0.5H,含水量高的黏性土中钉长度不应减少。

2/2/202315土钉的倾角土钉向下的倾角宜为5~20º,采用重力注浆时不宜小于15º。在软弱土层中可适当加大倾角,使土钉向下进入较好土层。土钉的间距土钉竖向和横向间距不宜大于1.5m~2m,在软土中不宜大于1m。2/2/202316土钉的面层

土钉的喷射混凝土面层厚度宜取50~150mm,混凝土强度等级不应低于c20,三天不应低于10MPa。喷射混凝土面层内应设置钢筋网,钢筋直径宜采用6~10mm,网格尺寸宜为150~300mm,当面层厚度大于120mm时,宜设置双层钢筋网。2/2/202317土钉钢筋与面层喷射混凝土可以通过钢垫板、螺帽垫圈等方式连接,土钉与面层钢筋应与加强筋焊接,加强筋连接相邻的土钉,如图所示。2/2/2023182/2/202319土钉的喷射混凝土面层宜插入基坑底面以下,插入深度不应小于0.3m;在基坑顶部也宜设置宽度为1~2m的喷射混凝土护顶面层。

土钉墙面的坡度不宜大于1:0.1,坡度越陡自然越容易坍塌。2/2/202320土钉的稳定性分析基于土钉支护的作用机理,其稳定性分析分为外部稳定性分析和内部稳定性分析。

外部稳定性分析针对的是体外破坏,这时整个支护结构作为一个刚体,可能发生以下三种形式的破坏；a沿支护体底面滑动2/2/202321b绕支护面层底端(墙趾)倾复,或者支护底面竖向压力过大,超过地基土的承载力而失稳;c与周围和深部土体一起来整体滑动。前两种破坏可按重力式挡土墙的模式进行分析;c种破坏则可按一般边坡稳定的方法进行分析。一般取抗滑安全系数≥1.3,抗倾复安全系数≥1.5。这种体外破坏的情况是否真会发生，尚有争议。

2/2/202322建筑地基基础设计规范JGJ500076．6．3边坡支挡结构土压力计算应符合下列规定：1计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；2边坡工程主动土压力应按下式进行计算：式中Ea——主动土压力；

ψc——主动土压力增大系数，土坡高度小于5m时宜取1.0；高度为5～8m时宜取1.1；高度大于8m时宜取1.2；

γ——填土的重度；

h——挡土结构的高度；

ka——主动土压力系数，按本规范附录L确定。2/2/202323当填土为无粘性土时(有的教课书上说,实践表明,当填土为均匀的无粘性土,且20°≤α≤20°,β<φ时)，主动土压力系数可按库伦土压力理论确定。当填土为均匀的无粘性土,β=0,10°≤α≤20°,δ<φ/3时,也可按库伦土压力理论计算被动土压力。当支挡结构满足朗肯条件(一般是指墙背光滑、墙后填土简单的情况)时，主动土压力系数可按朗肯土压力理论确定。粘性土或粉土的主动土压力也可采用楔体试算法图解求得。

α

、β、δ、φ意义如下页附图所示。2/2/202324

厍仑土压力理论的基本假定:1挡土墙是刚性的,墙后填土是无黏性土;2当墙身向前或向后移动、产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动;3滑动土楔体可视为刚体,如右图所示。厍仑土压力理论是从滑动楔体处于极限平衡状态时力的静力条件出发求解主动土压力和被动土压力的.2/2/202325

朗肯土压力理论是假定墙身背和填土之间没有磨擦力,然后按墙身的移动情况,根据填土体内任一点处于主动或被动极限平衡状态时最大和最小主应力间的关系求得主动和被动土压力强度以及主动土压力和被动土压力.由于朗肯土压力没有考虑磨擦力,求得的主动土压力偏大,而被动土压力偏小,因此用朗肯土压力设计挡土墙是偏于安全的.而且由于朗肯土压力计算公式简单,所以被广泛应用.2/2/202326附录LL.0.1挡土墙在主动土压力作用下,其主动土压力系数应按下列公式计算:q--地表均布荷载(以单位水平投影面积上的荷载强度计)2/2/202327L.0.2对于高度小于或等于5m的挡土墙,当排水条件符合本规范6.6.1条,填土符合下列质量要求时,其主动土压力系数可按附图查得.当地下水丰富时,应考虑水压力作用.Ⅰ类碎石土:中密,干密度应≥2.0t/m3;Ⅱ类砾、粗、中砂：中密,干密度应≥１.６５t/m3;Ⅲ类黏土夹块石：干密度应≥1.90t/m3;

Ⅳ类粉质黏土：干密度应≥1.６５t/m3;

2/2/2023282/2/2023292/2/2023302/2/2023312/2/2023326．6．5挡土墙的稳定性验算应符合下列要求（图6.6.5-1）：1抗滑移稳定性应按下式验算；（6.6.5-1）

Gn=Gcosα0

Gt=Gsinα0

Eat=Easin(α－α0－δ)Ean=Eacos(α－α0－δ)

式中Ｇ——挡土墙每延米自重；

α0

——挡土墙基底的倾角；

α——挡土墙墙背的倾角；

δ——土对挡土墙墙背的摩擦角，可按表6.6.5-1选用；

μ——土对挡土墙基底的摩擦系数，由试验确定，也可按表6.6.5-2选用。2/2/202333

表6.6.5-1土对挡土墙墙背的摩擦角δ挡土墙情况摩擦角δ墙背平滑、排水不良(0～0.33)φk墙背粗糙，排水良好(0.33～0.50)φk墙背很粗糙，排水良好(0.50～0.67)φk墙背与填土间不可能滑动(0.67～1.00)φk

注：φk为墙背填土的内摩擦角。2/2/202334

表6.6.5-2土对挡土墙基底的摩擦系数μ土的类别摩擦系数μ粘性土可塑0.25～0.30硬塑0.30～0.35坚硬0.35～0.45粉土0.30～0.40中砂、粗砂、砾砂0.40～0.50碎石土0.40～0.60软质岩0.40～0.60表面粗糙的硬质岩0.65～0.75

注：1对易风化的软质岩和塑性指数Ｉp大于22的粘性土，基底摩擦系数应通过试验确定。2对碎石土，可根据其密实程度、填充物状况、风化程度等确定。2/2/2023352抗倾覆稳定性应按下式验算（图6.6.5-2）：

Eax=Easin(α－δ)

Eaz=Eacos(α－δ)

xf=b-zcotαzf=z-btanα0

式中z——土压力作用点离墙踵的高度；x0——挡土墙重心离墙趾的水平距离；b——基底的水平投影宽度。

2/2/2023363整体滑动稳定性验算：可采用圆弧滑动面法。4地基承载力验算，除应符合本规范第5.2节的规定外，基底合力的偏心距不应大于0.25倍基础的宽度。当基底下有软弱下卧层时，尚应验算下卧层的承载力。2/2/202337

内部稳定性分析针对的是体内破坏，此时破坏面全部或部分穿过加固了的土体。2/2/202338

计算分析采用边坡稳定的极限平衡方法，破坏面的形状假定为圆弧面、抛物面、双折线面或对数螺旋曲面中的一种，破坏面的底端通过坡面底端，破坏面与地表的交线需通过试算确定，此交线至挡土墙面的距离一般不超过墙高的0·35倍。破坏面上的作用力要考虑水压力的影响。破坏面上的抗力为土体的抗剪力与土钉提供的抗力之和。常用条分法进行计算。2/2/202339建筑基坑支护技术规程JGJ120-996.1土钉抗拉承载力计算6.1.1单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求:1.25γ0Tjk≤Tuj

(6.1.1)式中Tjk---第j根土钉受拉荷载标准值,可按本规程6.1.2条确定;Tuj---第j根土钉抗拉承载力设计值,可按本规程6.1.4条确定;

2/2/2023406.1.2

单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算:Tjk=ζeajksxjszj/cosαj

(6.1.2)式中ζ---荷载折减系数,根据本规程6.1.3条确定;eajk—第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值;Sxj、szj—第j根土钉与相邻土钉的水平、垂直间距;

αj--第j根土钉与水平面的夹角。2/2/2023416.1.3

荷载折减系数ζ可按下式计算:

(6..1.3)式中β---土钉墙坡面与水平面的夹角。2/2/2023426.1.4对于基坑侧壁安全等级为二级的土钉抗拉承载力设计值应按试验确定,基坑侧壁安全等级为三级时可按下式计算(图6.1.4):式中γs---土钉抗拉抗力分项系数,取1.3;

dnj---第j根土钉锚固体直径;

qsik---土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准值,应由现场试验确定,如无试验资料,可采用表6.1.4确定;

li—第j根土钉在直线破裂面外穿越第层稳定土体内的长度,破裂面与水平面的夹角为(β+φ)/2

2/2/2023432/2/202344表4.4.32/2/2023456.2.1土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面用圆弧滑动面简单条分法(图6.2.1)按下式进行整体稳定性验算:2/2/2023462/2/202347式中n---滑动体分条数;m---滑动体土钉数;γk---整体滑动分项系数;γ0---基坑侧壁重要性系数wi-第i分条土重,滑裂面位于黏性土或粉土中时,按上覆土层的饱和土重度计算;滑裂面位于砂土或碎石类土中时,按上覆土层重的浮重度计算;bi-第i分条宽度;Cik-第i分条滑裂面处土体固结不排水(快)剪黏聚力标准值;fik-第i分条滑裂面处土体固结不排水(快)剪内磨擦角标准值;θi-第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角;Αj-土钉与水平面之间的夹角;Li-第i分条滑裂面处弧长:S-计算滑动体单元厚度;Tnj-第i根土钉在圆弧滑动面外锚固体与土体的极限抗拉力,可按本规程第6.2.2条确定.2/2/2023486.2.2

单根土钉在圆弧滑动面外锚固体与土体的极限抗拉力Tnj,可按下式确定:Tnj=π

dnj∑qxiklni(6.2.2)式中-第i土钉在圆弧滑动面外穿越第i层稳定土体内的长度.2/2/202349附录A圆弧滑动简单条分法A.0.1水泥土墙、多层支点排桩及多层支点地下连续墙嵌固深度计算值h0宜按整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定(图A.0.1):2/2/202350式中n---滑动体分条数;

γk---整体滑动分项系数;wi-作用于滑裂面第i分条土重,按上覆土层的天然土重计算;bi-第i分条宽度;Cik、fik-第i分条滑裂面处土体固结不排水(快)剪黏聚力和内磨擦角标准值;

θi-第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角;li-第i分条滑裂面处弧长.

公式的实质是对圆心的抗滑力矩大于滑动力矩.当嵌固深度下部存在软弱土层时,尚应验算软弱下卧层的整体稳定性.2/2/202351A.0.2对于均质黏性土及地下水位以上的粉土或砂类土,嵌固深度h0可按下式确定:h0=n0h(A.0.2)式中n0---嵌固深度系数,当整体滑动分项系数γk取1.3时,可根据三轴试验(当有可靠经验时,可采用直接剪切试验)确定的土层固结不排水(快)剪内磨擦角fik及黏聚力系数δ查表A.0.2获得,黏聚力系数δ可按本规程第A.0.3条确定.2/2/2023522/2/202353A.0.3黏聚力系数应按下式确定:δ=ckγh(A.0.3)式中

γ---土的天然重度

A.0.4嵌固深度设计值可按下式确定:hd=1.1h0

(A.0.4)式中---h0根据本规程第A.0.1条或第A.0.2条计算的嵌固深度2/2/202354事实上公式(A.0.1)是要通过试算才能进行的,因为式中θi

是未知数．先将公式改写为公式右边表示的就是安全系数．式中的θi

与圆心的位置有关,要先假定几个圆心的位置，让滑裂面通过坡脚,用假定的θi进行计算，找到安全系数最小的滑裂面就是最危险滑裂面，或者找到与规定安全系数相应的滑裂面就是需要确定的滑裂面．如采用总安全系数,一般取K=1.2~1.5。条分法的麻烦之处就是要进行试算.2/2/202355现在问题变成如何找到最危险的圆弧滑动面,根据大量计算的经验,当f=0时,最危险圆弧滑动面的圆心就是图中的o点.它的位置与坡角β及角a角b有关,角a角b可根据坡角β从表9-1查得.2/2/202356当f>0时,最危险圆弧滑动面的圆心将沿EO线向上移动,并可用试算法确定.先在EO延长线上任意选取若干点O1、O2、O3……作为可能滑动面的圆心,算出相应的稳定安全系数,然后从O1、O2、O3……各点作EO线的垂直线,在垂直线上按一定比例量取相应安全系数的值,得到一条曲线,从而得到相应于最小安全系数的o’点.再从o’点作EO线的垂直线,在垂直线上任意选取若干点O1‘、O2’、O3’……作为可能滑动面的圆心,算出相应的稳定安全系数,按同样的方法求得最小安全系数的点,就是最危险圆弧滑动面的圆心.2/2/202357最危险圆弧滑动面的圆心也可用图9-6所示方法确定.即在BC线上按图示选取1、2、3、4、5诸点,分别以这些点为圆心,过坡脚作圆弧,求出相应的安全系数K,连成K值变化曲线,以K值最小的点作为最危险圆弧滑动面的圆心.2/2/202358在黏性土坡坡顶滑动面范围内常可能出现一些由于土的干缩或拉力作用产生的近乎竖向的裂缝。从土坡分析的角度看,裂缝出现后,滑弧的长度由AC缩短为AC’,减少了抗滑力,但由于墙体体积减小,也减小了滑动力。因此在土坡计算时可不考虑这种裂缝的影响。但要注意由于裂缝的存在,雨水易渗入,造成土体抗剪强度降低、容重增加、积水产生的静水压力等不利因素.2/2/202359土坡内有渗流时,各分条土的自重应为浸润当线以上部分(按土的湿重度或饱和重度计算)和浸润线以下部分(按土的浮重度计算)之和。还应考虑动水压力产生的滑动力矩(对圆心).2/2/202360动水力的精确计算要通过绘制流网图来解决,比较烦琐.近似计算则可以浸润线与滑动面的交点A、C两点连成的直线AC的斜率作为浸润线以下滑动土体的平均水力坡降，这样一来，作用在浸润线以下滑动土体的总动水力j(t/m)可近似按下式计算：j=γwipＡ（９－５）式中γw－水的重度，t/mip－作用于面积内的平均水力坡降；Ａ－浸润线以下滑动土体的面积，m２。总动水力作用在浸润线以下滑动土体的面积Ａ的形心上，作用方向与线平行。因为在渗流状态下，土体在自重作用下已固结，因此土的抗剪强度指标可用慢剪法确定．

2/2/202361在地震烈度为７度或７度以上的地区，对重要建筑物附近的土坡应验算地震荷载作用下的稳定性（不考虑地下水竖向加速度的影响）。地震荷载可作为与滑动方向一致的水平推力，并作用于各土条的重心上，其值可按下式计算：Ｐai=kwi式中Ｐai－第i土条的地震荷载;Wi-第i土条的自重；k－地震系数，为地震水平加速度与重力加速度的比值，当地震烈度为７度时取1/40，8度时取1/20,9度时取1/10。对一般建筑物可为考虑地震荷载作用，但宜适当加大安全系数。2/2/202362稳定边坡的图解法

图9-9中纵坐标代表土坡的稳定参数Ns,Ns=γH/c式中c---土坡稳定所应具有的内聚力,t/m2;

γ---土的重度,t/m3;H---土坡的稳定高度,m。

横坐标是稳定坡角β.

利用图9-9,根据内磨擦角f可以很快确定简单均匀土坡的稳定坡高H或稳定坡角β.也可用此法初步确定形状复杂或土质不太均匀土坡的试算截面.2/2/202363影响土钉墙稳定性的因素1土钉墙的高度

土质均匀的土坡，高度以5~13m为宜，实际工程有超过的，但风险太大。国外用于铁路边坡的永久性土钉最大坡高达28m;用于基坑支护的,最大坑深达到21m。国内土钉支护的最大基坑深度也达到了18m。深度超过13m的基坑,土钉最好与预应力锚杆或微型桩等其它支护技术联合使用。2/2/202364

以下各种因素的分析以各项稳定安全系数来衡量KPminN——通过最下一排土钉头处滑动面最小稳定安全系数；KPminD-----通过基坑底面处滑动面最小稳定安全系数；Kn---通过最下一排土钉头处不考虑土钉作用时滑动面最小稳定安全系数；Kd---

通过基坑底面处不考虑土钉作用时滑动面最小稳定安全系数；Kh---外部稳定性计算中抗滑安全系数;Kq---外部稳定性计算中抗倾覆安全系数;Kc---外部稳定性计算中承载力安全系数;KBmin---土钉抗拔验算最小安全系数;

Kf---土钉总抗拔力安全系数2/2/202365

2墙面倾角

在其他参数不变的情况下(以后分析均基于此),随着墙面倾角的减小,稳定安全系数KPminNKPminDKnKdKqKf均有所增加,范围在16%~63%,Kq增加较大,Kh

Kc和KBmin与墙面倾角无直接关系,如下表所示2/2/202366墙面倾角090858075706055KPminN1.21.31.31.31.31.41.5

KPminD1.21.31.31.31.31.31.4Kn

0.80.80.90.90.91.01.2Kd0.70.80.80.90.91.01.0Kh3.23.23.23.23.23.23.2Kq3.03.64.04.24.85.57.0Kc2.62.62.62.62.62.62.6KBmin3.23.23.23.23.23.23.2Kf3.43.63.84.14.34.54.82/2/202367

3土类

实践表明,一般粘性土和粉土,较密实的人工填土,非松散的砂土、碎石土对土钉墙稳定有利,而淤泥质土、饱和软土等对土钉墙稳定不利2/2/202368

4

内摩擦角φ

随着φ的增加KPminNKPminDKnKdKhKqKcKBminKf都有不同程度的增大,其中KhKBminKf

增加幅度最大,达42-90倍,Kd增加最小,也增加了2.2倍,可见内摩擦角φ是影响土钉稳定性的主要因素之一下表中KPminN=KPminD,Kn=KdΦ11.517.223.029.034.540.046.552.0KPminN0.60.80.91.11.31.51.72.0Kn0.50.60.70.750.80.91.01.1Kh0.40.71.11.93.15.29.016.5

Kq1.41.72.22.93.95.37.711.7Kc0.40.71.01.62.53.85.86.6KBmin0.10.21.01.93.14.26.08.9

Kf0.30.51.12.03.66.511.922.52/2/2023692/2/202370续表1-312/2/2023712/2/202372续表1-322/2/2023732/2/2023742/2/202375天津塘沽2/2/2023762/2/2023772/2/2023782/2/2023792/2/2023802/2/2023812/2/2023822/2/2023832/2/2023842/2/202385续表1-142/2/2023865内聚力

随着内聚力c增加,除Kq外KPminNKPminDKnKdKhKcKBminKf都有不同程度增大,KnKd

较明显,

KPminNKPminDKhKc变化较小,如下表.表中

KPminN=KPminD,Kn=Kd

ckN/m3

05101215202530

KPminN1.01.11.21.31.41.51.61.8Kn0.30.60.80.91.01.11.31.4Kh2.93.03.13.23.33.43.63.7Kq4.04.04.04.04.04.04.04.0Kc1.92.22.52.62.73.03.33.6KBmin0.82.03.03.23.64.35.57.7Kf1.52.23.33.84.86.89.111.3

2/2/2023876土钉长度

KPminNKPminDKhKqKcKBminKf均随土钉长度增加有不同程度的增加,其中KBmin在土钉长度增加到一定程度后就不再增加了

土钉长度m02345678910KPminN0.80.91.01.21.31.41.61.71.81.9KPminD0.81.01.11.21.31.41.51.61.71.8

Kh1.31.92.63.23.94.55.25.86.5Kq0.91.72.74.05.57.29.211.413.8Kc0.41.01.82.63.23.84.24.64.9KBmin0.71.12.53.23.23.23.23.23.2

Kf1.22.53.85.06.07.07.78.42/2/202388

7

土钉密度

KPminNKPminDKBminKf随土钉密度增加而增大,且土钉密度越大,增大的幅度越大.由于计算理论假定因素,KhKqKc与土钉密度无关SX=SY

m0.50.81.251.501.802.102.402.703.00

无钉土钉排PminN1.91.61.31.21.21.21.11.11.1KPminD1.71.51.31.21.11.11.11.00.90.8Kh3.23.23.23.23.23.23.23.23.2Kq4.04.04.04.04.04.04.04.04.0

Kc2.62.62.62.62.62.62.62.62.6

KBmin18.77.33.22.21.61.30.90.80.6

Kf23.29.13.82.71.91.41.10.80.72/2/2023898坡顶超载p

KPminNKPminDKnKdKhK

KcKBminKf随坡顶超载的增大而减小,变化幅度一般在17~43%之间,对总拔力安全系数Kf影响较大,下表中

KPminN≈KPminDKn≈Kd

PkN/m206121824304050KPminN1.41.31.31.31.21.21.21.1Kn

0.90.90.80.80.80.80.70.7Kh3.53.43.23.13.02.92.82.7Kq4.64.24.03.73.53.33.12.8Kc3.02.82.62.42.32.11.91.7KBmin3.63.43.23.13.02.82.62.4

Kf5.44.43.83.43.12.92.62.32/2/202390土钉支护工作性能的实测结果国内外对土钉支护做了大量量测试验,得出土钉支护在一般土体自重作用下的基本工作特点有:1随着基坑往下开挖,支护结构不断向外位移,在匀质土中,支护面的位移沿高度大体呈线性变化,近乎绕趾部向外转动,最大位移发生在顶部(图1-11).但在非匀质土中,最大位移点的位置可能向下移动.从为数极少的破坏现象发现,土钉支护的破坏是一个连续的过程;

2/2/2023912土钉置入土体后,如果土体不变形,不会立即受力.随着基坑往下开挖、地表加载而发生土体变形时,或土体发生徐变时,土钉即会场受力.试验表明,只要土体产生微小的变形,也会使土钉受力;3土钉在工作阶段很少受到弯剪作用,只有在支护结构沿滑裂面失稳破坏时,滑裂面附近的土钉才同时受到拉弯剪的联合作用2/2/2023924土钉的拉力沿其长度变化,最大拉力部位随着基坑往下开挖,从靠近面层的端部逐渐向里移,一般发生在可能失稳的破坏面上.当土钉长度较短时,破坏面可能移出上部土钉之外,这些土钉中的最大拉力,一般发生在钉长的中部;5当破坏面穿过土钉加固的土体时,土体被分为失稳区和稳定区两部分,土钉在破坏面处可能屈服,可能被拔出;2/2/2023936不同深度位置上的土钉,其受到的最大拉力有很大差别,底部和顶部的土钉受力较小,靠近中间部位的土钉受力较大.但在接近破坏时,底部土钉的拉力显著增大;7混凝土面层的侧向土压力,沿高度的分布也是中间大,上、下小.接近梯形而不是三角形,压力的合力值要比挡土墙理论给出的计算值(朗金主动土压力)低得多.这表明土钉支护的面层完全不同于一般的挡土墙.支护面层所受的土压力合力远小于土钉受到的最大拉力之和.2/2/202394法国CEBTP的大型试验法国Clouterre研究项目完成了三个大型土钉试验.土体用砂级配均匀,每层20cm夯实堆积而成,中密,f=38°,c=3kPa,标准贯入击标准贯入击数在1m深处为8,6m深处为15。为保证二维平面工作,在墙的两个侧面边界上,均有双层塑料膜与周围隔开,塑料膜之间涂油以减小摩擦力.三个试验中的一号墙高7m,宽7.5m,为保证发生预定的土钉抗拉强度破坏,设计时使土钉有足够的长度,并将抗拉强度的安全系数降到1.1。最后从顶部加水使土体逐渐饱和引起破坏.2/2/202395

以铝管作为土钉,管径16~40mm,壁厚1~2mm,顶部第一排土钉的截面最小(Ф16,厚1mm).土钉的孔径均为63mm,铝管外低压注浆.土钉的水平间距1.15m,竖向间距1m.墙体分步修建,每步挖深1m。用铝管做土钉是为了同时提供拉力和弯矩(图1-12a,b).2/2/2023962/2/202397

图1-13a是开挖到一定深度