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1、 Lanzhou University of Technology支挡工程课程论文土钉墙支护结构设计与计算学生姓名：学生学号：专 业：岩土与地下工程班 级：土木工程（2）班指导教师：日 期：2015.05.30目 录支挡工程课程论文1土钉墙支护结构设计与计算21.前言31.1.土钉墙的概念31.2.土钉墙的特点41.3.土钉墙的作用机理52.土钉支护设计62.1确定土钉墙结构尺寸62.2参数设计63.土钉墙的设计计算73.1土钉设计计算73.2土钉墙验算94.结论10参考文献：10土钉墙支护结构设计与计算摘 要：常见的支挡结构形式有很多，它们各有不同的适用范围。随着城市的发展，高层建筑鳞次栉比
2、，层高也不断增加，基坑开挖深度越来越大，城市环境日趋复杂，传统支护已经不能满足基坑支护的要求，为了顺应工程需要，土钉墙支护的技术日渐成熟起来。土钉墙支护结构是一种轻型支挡结构、随着基坑支护设计计算理论不断改进，施工工艺不断完善，土钉墙支护技术因其技术先进、经济可行、质量可靠、施工快捷简便等特点而在基坑工程中得到了广泛的应用。关键词 基坑支护 轻型支挡结构 土钉墙AbstractTraditional supporting structure have many different forms.they have differentapplicablescope.Withthecitysdeve
3、lopment,thehigh-risebuildingrowuponrowheightincreasing,thefoundationpitexcavationdepthismoreandmorebig,theurbanenvironmentisbecomingmoreandmorecomplicated,thetraditionalsupporthasbeenunabletomeetthefoundationpitsupportrequirements,inordertomeettheengineeringneed,soilnailwallsupportingtechnologyismat
4、uredayafterday.Soilnailwallsupportingstructureisakind oflightsupportingandretainingstructure,withthefoundationpitsupportdesigncalculationtheoryandconstructionprocess,soilnailwallsupportingtechnologybecauseofitsadvancedtechnology,economicandfeasible,thequalityisreliable,theconstructionissimpleandfast
5、characteristicsinfoundationpitengineeringarewidelyused. Keywords Soil nail supporting structure正 文：1.前言1.1土钉墙的概念土钉墙是在土质或破碎软弱岩质路堑边坡中设置钢筋土钉，靠土钉拉力维持边坡稳定的挡土结构。土钉墙是从隧道新奥法基础上发展起来的一种边坡支挡新技术，通过钢筋等高强度长条材料对原位岩土体进行加固，从而提高原位岩土体的强度，使被加固土体形成了性质与原土体差别很大的“复合材料”。土钉支护也称做喷锚支护，多用在在基坑工程中，在基坑逐层开挖时，逐层布置排列较密的土钉（多为钢筋），并在坡面铺
6、设钢筋网片，喷射混凝土。土钉墙支护结构由被加固的土体、放置在土体中的土钉与喷射混凝土面板三个紧密结合的部分组成。1.2土钉支护的特点土钉墙支护结合了锚杆挡墙和加筋土挡墙的优点 ，多用于挖方边坡工程，如:房屋建筑的基坑。与其他支护结构相比，土钉墙支护结构有以下优点和特点：1.土钉与土体共同形成了一种类似“复合材料”的复合体，土体是支护结构不可分割的一部分，这样就充分合理的利用了土体的自身承载能力。2.土钉结构轻柔、方便、可靠度高，有良好的延性和抗震性，并且若有个别的土钉失效，对挡墙整体稳定的影响不大。3.施工设备轻便、简单、灵活。土钉的制作与成孔、喷射混凝土面层都不需要复杂的技术和大型机械，占用
7、场地面积小，工人劳动强度低。4.施工占用场地少。需要堆放的材料设备少。5.对周围环境的干扰小。没有打桩或钻孔机械的噪声，也没有地下连续墙施工时污浊的泥浆。6.土钉支护是自上而下边开挖边支护，一次成型，不占独立工期，施工快捷，高效。7.工程造价低，经济效益好，国内外资料表明，土钉支护的工程造价能够比其它支护低1/21/3。8.容易实现动态设计和信息化施工。1.3土钉的作用机理1.增强原位土体的强度作用在岩土体内设置一定长度与分布密度的土钉（钢筋），与岩土共同作用形成复合体，从而提高了原位岩土体强度，以弥补岩土体自身强度不足的缺点。2.土钉对复合体起骨架约束作用由于土钉本身的刚度和强度，以及它在土
8、体内分布的空间所决定它在复合土体中起骨架作用，使复合土体构成一个整体，从而约束土体的变形和破坏。3土钉对复合体起分担作用在复合土体内，土钉与土体共同承担上部传来的外荷载和自重应力，土钉在其中起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强度和抗弯刚度，所以在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体发生开裂后，土钉分担的应力更大。土钉墙之所以能够延迟塑性变形，并表现出渐进性开裂，与土钉的分担作用是密切相关的。4.土钉起着应力传递与扩散作用当荷载增加到一定程度，边坡表面和内部裂缝已发展到一定宽度，边坡应力达最大。此时，下部土钉位于滑裂区域以外土体中的部分仍然能够提供较大的抗力。土钉通过它的应力传递
9、作用可将滑裂区域内的应力传递到后面稳定的土体中，分布在较大范围的土体内，降低应力集中程度。、5.对坡面变形起约束作用在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网片喷射混凝土面板使发挥土钉有效作用的重要组成部分。喷射混凝土面板对坡面变形起到约束作用，面板的约束力取决于土钉表面与土之间的摩阻力，当复合土体开裂面区域扩大并连成片时，摩阻力主要来自开裂区域后的稳定复合土体。2. 土钉支护设计2.1确定土钉墙结构尺寸1.在初步设计时，应先根据基坑环境条件和工程地质资料，确定土钉墙的适用性，然后确定土钉墙的结构尺寸，土钉墙高度由工程开挖深度决定，开挖面坡度可取6090，在条件许可时，尽可能降低坡面坡度。2.土钉墙
10、均是分层分段施工，每层开挖的最大高度取决于该土体可以自然站立而不破坏的能力。在砂性土中，每层开挖高度一般为0.52.0m，在粘性土中可以增大一些。开挖高度一般与土钉竖向间距相同，常用1.01.5m；每层单次开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，一般多用10m长。2.2参数设计土钉参数设计主要包括土钉长度、间距、布置、孔径和钢筋直径等。1.土钉长度 在实际工程中，土钉长度L常采用坡面垂直高度H的60%70%。土钉一般下斜，与水平面的夹角宜为520。研究表明：对钻孔注浆型土钉，用于粒状土陡坡加固时，L/H一般为0.50.8；对打入型土钉，用于加固粒状土陡坡时，其长度比一
11、般为0.50.6.99规程要求L/H一般为0.51.2。其实，在只有饱和软土中才会取L/H大于1。2.土钉直径及间距土钉直径D一般由施工方法确定。打入的钢筋土钉一般为1632mm，常是25mm，打入钢管一般是50mm；人工成孔时，孔径一般为70120mm，机械成孔时，孔径一般为100150mm。土钉间距包括水平间距（列距）和垂直间距（行距），其数值对土钉墙的整体作用效果有重要影响，大小宜为12m。对于钻孔注浆土钉，可按612倍土钉直径D选定土钉行距和列距，且宜满足： 式中：K注浆工艺系数，一次压力注浆，K=1.52.5； D、L土钉直径和长度，m； 、土钉水平间距和垂直间距，m。3.土钉墙的设
12、计计算 3.1土钉设计计算1.主动土压力计算 其中：q地面荷载（）；土的重度（）； c土层粘聚力（kPa） 主动土压力系数， ，为土层内摩擦角。2.土钉受拉承载力设计值计算 土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：其中：-第i根土钉受拉荷载标准值，（kN）；-第i根土钉受拉承载力设计值，（kN）；-基坑侧壁重要性系数，取1.0。3.土钉长度设计 土钉长度按以下公式计算：其中：-土钉受拉抗力分项系数，取1.3； -第j根土钉锚固体直径，（m）； -土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准取值；4.自由段长度的计算自由段长度计算公式：其中：-第i排土钉自由段长度（m）；-基坑深度（m）；-土钉墙坡面与
13、水平面的夹角；-土钉与水平面的倾角取；5.杆体直径计算：土钉杆体的钢筋直径按以下公式计算：其中：-钢筋截面面积； -普通钢筋抗拉强度标准值； -土钉受拉承载力设计值最大值； -土钉抗拔力安全系数，取1.3。3.2土钉墙验算1、土钉的内部抗拔力验算其中：-土钉的局部稳定性安全系数，取1.3； -土钉的设计内力（N）； -土钉直径（M）； -界面粘结强度标准值（kPa）。2.抗滑稳定性验算作用在墙后滑移合力为土体主动土压力作用在墙底断面的抗滑合力其中：-墙体自重（kN）； -土钉墙宽度（m），3.抗倾覆稳定性验算抗倾覆力矩：倾覆力矩：抗倾覆安全系数要满足以下公式：4.结论 随着城市的发展，建筑物基
14、础深度加大，建筑物等地下管线越来越密集，可施工的空间越来越小，而且周围环境要求提高，相应的对基坑支护工程提出了越来越高的要求，土钉墙以其施工快捷、简单、造价低、可靠度高赢得了施工方的认可，从而在越来越多的工程中被应用。因此土钉墙的设计计算理论也就需要我们更加认真的去研究，以提出新颖的、更加符合实际计算理论，为土钉墙的设计应用提供更有力的理论指导。 文章上述内容分别从土钉墙的初步设计到后期验算稳定性都给出了一系列的计算公式设计思路。土钉墙稳定分析是土钉墙工程设计的重要内容，也是土钉墙应用的理论基础。通过稳定分析，可以验证所选土钉各个参数的合理性、可行性，以及所设计土钉墙的安全、适用性。根据大量试
15、验研究与工程实践，土钉墙可能的破坏形式分为内部破坏（墙体内整体失稳和局部破坏）、外部破坏（整体侧移、倾覆和整体滑移）和超量变形三种类型。土钉墙施工一般应具备以下条件：一般每层施工面要开挖12m高，因此要求边坡有一定的自稳性，即要求边坡岩土具有一定的天然粘聚力；要求坡面无渗水或渗水较小，以便能形成喷射混凝土面层；要求岩土能够提供一定的界面摩阻力。因此，土钉墙适用于一般地区土质及破碎软岩质路堑地段，在地下水较发育或边坡土质松散时，一般不宜采用土钉墙。参考文献：1. 朱彦鹏，周勇，罗晓辉等.支挡结构设计2. 李海光，等.新型支挡结构设计与工程实例3. 王树理，王树仁，孙世国，等.地下建筑结构设计4. 梁德飞.深基坑土钉支护与预应力锚杆支护作用的比较5. 邢玉浩.土钉锚杆支护体系变形特性研究13