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1、中国中国*勘察设计研究院勘察设计研究院 建筑之家建筑之家 砂土基坑土钉支护研究砂土基坑土钉支护研究 2011-4-212 主要内容主要内容 ?1、研究背景及问题的提出、研究背景及问题的提出 ?2、砂土边坡的稳定性分析、砂土边坡的稳定性分析 ?3、非饱和砂土的似粘聚力、非饱和砂土的似粘聚力 ?4、超前花管或超前微型桩等方法在砂土基坑支 护中应用 、超前花管或超前微型桩等方法在砂土基坑支 护中应用 ?5、砂土基坑边坡摩擦力自锁条件的利用、砂土基坑边坡摩擦力自锁条件的利用 ?6、击入式土钉的侧摩阻力、击入式土钉的侧摩阻力 ?7、基坑侧壁土层上部为粘性土下部为砂层的基 坑边坡潜在滑动面形状 、基坑侧壁
2、土层上部为粘性土下部为砂层的基 坑边坡潜在滑动面形状 ?结论结论 2011-4-213 1 研究背景及问题的提出1 研究背景及问题的提出 土钉支护是近二、三十年发展起来的一种用于土体开 挖和边坡稳定的新型挡土结构，由于有造价低、施工迅捷、 施工现场文明、能够适用多种环境条件和地质条件等优点 而在基坑支护和边坡加固中得到了广泛的应用。土钉支护 一般适用有一定自稳能力（如黄土、一般粘性土等）的土 类基坑支护工程。但对砂类土的基坑边坡，由于其粘聚力 c=0，其自立高度几乎为0，这使得土钉在砂土基坑边坡支 护中的应用受到了很大的限制。 本文将从砂土基坑侧壁的稳定性计算及潜在滑动面的形 状、非饱和砂土的
3、似粘聚力的利用、超前花管或超前微型 桩等方法在砂土基坑支护中应用、砂土基坑边坡摩擦力自 锁条件的利用、击入式土钉的侧摩阻力等方面，对砂土基 坑土钉支护进行了系统地研究与阐述。 2011-4-214 1.1土钉支护技术的主要机理1.1土钉支护技术的主要机理 ?土钉构造 ?面层构造 ?土钉支护破坏模式 ?施工步骤 2011-4-215 土钉构造 2011-4-216 面层构造 2011-4-217 土钉施工步骤 2011-4-218 土钉支护破坏模式 2011-4-219 1.2 土钉支护应用1.2 土钉支护应用 2011-4-2110 ? 西安市骡马市商业步行街基坑支护西安市骡马市商业步行街基坑
4、支护 西安市骡马市步旧城改造工程场地位于西安市东大街与东木头 市之间，基坑南北长 西安市骡马市步旧城改造工程场地位于西安市东大街与东木头 市之间，基坑南北长360m，南侧宽，南侧宽110m，北侧宽，北侧宽130m，占地面 积约为 ，占地面 积约为45000m2。基坑深度为。基坑深度为11.4013.70m 。 自然地坪（409.70） 钢筋222，预应力设计值为100kN 预应力锚杆：孔径130mm，入射角15度，孔深18m（其中自由段7.0m，锚固段11.0m） 钢筋222，预应力设计值为100kN 预应力锚杆：孔径130mm，入射角15度，孔深18m（其中自由段7.0m，锚固段11.0m）
5、 预应力锚杆：孔径130mm，入射角15度，孔深18m（其中自由段7.0m，锚固段11.0m） 钢筋222，预应力设计值为100kN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 396.00m（基坑底） 孔径d=130,孔深L=9000, 钢筋122 15 孔径d=130,孔深L=9000, 钢筋122 孔径d=130,孔深L=13000, 钢筋125 1:0.10 孔径d=130,孔深L=13000, 钢筋125 孔径d=130,孔深L=14000, 钢筋125 孔径d=130,孔深L=14000, 钢筋125 15 15 15 15 15 15 15 15 14001400140014001400
6、1400140014001100 C20混凝土面层,厚度100mm 1400 2011-4-2111 ? 西安市东郊陕西电力银河大厦基坑西安市东郊陕西电力银河大厦基坑 基坑平面尺寸基坑平面尺寸80.4m56.0m，基坑深度，基坑深度14.50m，地下水位 埋深 ，地下水位 埋深9.0m，基坑北、西、南三侧均采用土钉支护方案。，基坑北、西、南三侧均采用土钉支护方案。 2011-4-2112 图片1-3：咸阳中铁一局新运公司基坑（深度8.0m） 2011-4-2113 图片1-4：土钉人工洛阳铲成孔 2011-4-2114 图片1-5：土钉安放与面层网筋连接 2011-4-2115 图片1-6：喷
7、射混凝土面层作业 2011-4-2116 图片1-7：分层、分段跳槽开挖与支护 2011-4-2117 图片1-8：预留、分段跳槽开挖与支护 2011-4-2118 图片1-9：上部土层下部砂土基坑局部坍塌 2011-4-2119 图片1-10：陕西宝鸡某砂卵石基坑 2011-4-2120 图片1-11：制作好的钢管土钉 2011-4-2121 图片1-12：振动沉入钢管土钉 2011-4-2122 图片1-13：钢管土钉连接 2011-4-2123 图片1-14：钢管土钉钉头与面层钢筋连接 2011-4-2124 图片1-15：钢管土钉钉头与面层钢筋连接 2011-4-2125 图片1-16
8、：钢管土钉压灌水泥浆 2011-4-2126 图片1-17：预留砂土喷面施工 2011-4-2127 图片1-18：土钉拉拔试验 2011-4-2128 图片1-19：钢管土钉作业场面 2011-4-2129 图片1-20：基坑全貌 2011-4-2130 图片1-21：西安市西一路某基坑土钉墙发生滑塌A 2011-4-2131 图片1-22：西安市西一路某基坑土钉墙发生滑塌B 2011-4-2132 图片1-23：西安市小寨东路某基坑土钉墙发生滑塌 2011-4-2133 图片1-24：西安市某医院基坑土钉墙发生坍塌A 2011-4-2134 图片1-25：西安市某医院基坑土钉墙发生坍塌B
9、2011-4-2135 图片1-26：西安某大学高层住宅基坑土钉墙发生坍塌A 2011-4-2136 图片1-27：西安某大学高层住宅基坑土钉墙发生坍塌B 2011-4-2137 2 砂土边坡的稳定性分析2 砂土边坡的稳定性分析 2.1 砂土的天然休止角砂土的天然休止角 2011-4-2138 表表 1某粉细砂土天然休止角测试结果某粉细砂土天然休止角测试结果 试验形态及尺寸休止角（） 形态尺 寸实测值平均值 圆锥高35.0cm，底面直径121cm30.0 圆锥高48.0cm，底面直径147cm33.1 圆锥高45.0cm，底面直径144cm32.0 圆锥高52.0cm，底面直径173cm31.
10、0 圆锥高37.0cm，底面直径119cm31.7 圆锥高54.0cm，底面直径129cm39.9 圆锥高47.0cm，底面直径138cm34.2 圆锥高52.0.cm，底面直径136cm37.5 圆锥高42.0cm，底面直径131cm32.6 圆锥高51.0cm，底面直径137cm36.7 圆锥高41.0cm，底面直径131cm32.0 圆锥高39.0cm，底面直径152cm27.2 圆锥高40.0cm，底面直径140cm29.8 圆锥高56.0cm，底面直径172cm33.0 31.3粉细砂（干） 33.9粉细砂（湿） 统计指标 地层 2011-4-2139 试验形态及尺寸休止角（） 形态
11、尺 寸实测值平均值 圆锥高56.0cm，底面直径172cm33.0 圆锥高38.0cm，底面直径132cm30.0 圆锥高39.0cm，底面直径138cm29.5 圆锥高42.0cm，底面直径132.cm32.4 圆锥高50.0cm，底面直径154cm33.0 圆锥高40.0cm，底面直径126cm32.5 圆锥高26.0cm，底面直径79cm33.4 圆锥高20.0cm，底面直径82cm26.0 圆锥高16.0cm，底面直径71cm24.2 圆锥高18.0cm，底面直径71cm27.0 圆锥高15.0cm，底面直径69cm23.5 圆锥高18.0cm，底面直径79cm24.6 圆锥高17.0
12、cm，底面直径69cm26.2 圆锥高19.0cm，底面直径87cm23.5 圆锥高21.0cm，底面直径100cm22.8 24.7粉细砂（水下） 粉细砂（干） 31.3 统计指标 地层 续续表表 1某砂粉细砂土天然休止角测试结果某砂粉细砂土天然休止角测试结果 2011-4-2140 2.2 坡面质点极限平衡分析坡面质点极限平衡分析 2011-4-2141 2.3 契形体平面滑动假定分析契形体平面滑动假定分析 2011-4-2142 2.3 考虑土钉抗拔作用的契形体平面滑动分析考虑土钉抗拔作用的契形体平面滑动分析 2011-4-2143 3 3 非饱和砂土的非饱和砂土的“似粘聚力似粘聚力”的
13、利用的利用 干燥的砂土是松散的，颗粒之间没有粘结力，水下的饱和砂土也 是这样。但非饱和湿砂的颗粒之间却往往存在一定粘结力，如湿砂 可捏成砂团，在湿砂中开挖的直立坡壁在短期内不会坍塌等。该粘 结力是由于土粒间接触面上存在着的毛细压力所形成的，通常也称 为“似粘聚力”或“假粘聚力”现象。在砂土基坑开挖与支护过程中也可 充分利用这一特性及时对其采取喷面封闭坡面等措施，避免表面砂 土失水风干，保证砂土处于暂时稳定状态。 2011-4-2144 4 超前微型桩等方法在砂土基坑支护中应用4 超前微型桩等方法在砂土基坑支护中应用 采用土钉支护方法需要被加固土层应具有一定的自稳能力，当仅依靠潮 湿砂土中存在的
14、似粘聚力达到土的暂时自稳，使土钉支护施工存大很大的 风险。为了使土钉设置能顺利进行，提高或保障砂土具有一定的自稳能 力，常采用竖向超前花管、超前微型排桩、水泥土搅拌桩或水泥土旋喷桩 等加固措施，使砂土具有可以估计准确的自立高度，使土钉支护结构能够 顺利完成。从而使土钉支护的应用范围得到了很大地拓宽。 2011-4-2145 5 砂土基坑边坡摩擦力自锁条件的利用5 砂土基坑边坡摩擦力自锁条件的利用 当边坡角度小于内摩擦角时，边坡的稳定系数Fs大于1，边坡是稳 定的。由于边坡稳定系数与边坡的高度没有关系，利用这一点，我 们可以在稳定的砂土边坡（坡度小于砂土的内摩擦角的边坡）上加 超载，理论上讲无论
15、超载多大都不能使砂土边坡失稳，而只能发生 压缩变形或其本身地基失效，如果取一小块土体进行受力分析，就 会发现在这一砂土边坡中出现了摩擦力自锁的现象。 2011-4-2146 6击入式土钉的侧摩阻力6击入式土钉的侧摩阻力 在砂土中进行土钉成孔也是一个难题。目前除了采用机械跟管钻 进，或采用人工跟管钻进外，没有更好的方法。跟管钻进的施工成 本是非常高的，对一个临时性的基坑支护工程来讲，土钉支护成本 将会很高，也会使土钉的应用受到很大限制。为此人们也创造性的 应用了很多不用先成孔的沉入式钢管土钉，并在钢管的端部设置了 注浆孔。 建议采用=tan的抗剪强度准则作为无粘性土与刚度较大 结构物界面抗剪强度
16、准则 2011-4-2147 7 基坑侧壁土层上部为粘性土下部为砂层的基坑 边坡潜在滑动面形状 7 基坑侧壁土层上部为粘性土下部为砂层的基坑 边坡潜在滑动面形状 采用有限差分方法对这类地层组合条件下基坑侧壁滑裂面形状进行 了模拟计算，计算条件为基坑的深度为5.0m，上部3.0m为粘性 土，土性参数=18.0kN/m3，c=30kPa，=18；以下为中砂， 土性参数为=19.0kN/m3，c=0kPa，=30。 2011-4-2148 2011-4-2149 ? 结论结论 （1）砂土基坑采用土钉支护方法也是可行的，在某些特定条件下有着很广阔 的应用前景。 ）砂土基坑采用土钉支护方法也是可行的，在
17、某些特定条件下有着很广阔 的应用前景。 （2）砂土基坑土钉支护常常采用超前花管或超前微型排桩等方法相结合使 用，克服了砂土不能自立的缺点。 ）砂土基坑土钉支护常常采用超前花管或超前微型排桩等方法相结合使 用，克服了砂土不能自立的缺点。 （3）砂土基坑侧壁采用土钉支护方法既可直立开挖，也可做成多阶直立开挖 的边坡型式。 ）砂土基坑侧壁采用土钉支护方法既可直立开挖，也可做成多阶直立开挖 的边坡型式。 （4）非饱和砂土具有似粘聚力、砂土边坡能够出现摩擦力自锁现象、砂土中 土钉侧阻力随土钉埋深及土钉周边应力状态线性增大等特性均可在砂土基 坑土钉支护实践中能够进行充分利用的。 ）非饱和砂土具有似粘聚力、砂土边坡能够出现摩擦力自锁现象、砂土中 土钉侧阻力随土钉埋深及土钉周边应力状态线性增大等特性均可在砂土基 坑土钉支护实践中能够进行充分利用的。 2011-4-2150 请各位同仁和专家指正! 谢谢! 汇报完毕。