th深基坑与边坡工程解析PPT教学课件

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2. 土钉只有在土体产生微小变位后才能受力，开始开挖 时，土钉上的最大拉力位于喷射混凝土面板附近，随 着开挖深度的增加，最大拉力的位置将从面层附近逐 渐向深部土体中转移，因此，越靠基坑底部的土钉， 其最大受力点距离面板就越近。同一土钉内的内力分 布一般呈现中间大，两端小的规律，在破裂面临近处 达到最大。
• 我国应用土钉支护的首例工程可能是1980年山西柳湾煤矿 的边坡工程。最近十多年来，冶金建筑研究总院、北京工 业大学、清华大学、总参工程兵三所等单位在土钉支护的 研究开发中做了不少工作。目前，这一新技术已经在北京、 深圳、广州、武汉等全国各地得到了广泛应用。
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5.1.3 土钉支护的特点及应用范围
3. 土钉墙上的土压力以及不同土钉上的最大拉力沿基坑 深度的分布都是中间大、上下小，接近梯形而不是三 角形。
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4. 采用密集土钉加固的土钉墙的性能类似于重力式挡墙， 破坏时明显地带有平移和转动的性质，故设计时除了 要验算土钉墙的内部稳定性（局部滑动破坏），以保 证土钉有足够的锚固长度、直径及合理间距外，还必 需验算外部整体稳定性，即验算土钉墙体的抗滑与抗 倾覆安全性。
5 土钉支护
5.1 概述
5.1.1 土钉支护的概念
• 土钉支护亦称锚喷支护，就是逐层开挖基坑，逐层布 置排列较密的土钉（钢筋），强化边坡土体，并在坡 面铺设钢筋网，喷射混凝土。相应的支护体称为土钉 墙，它由被加固的土体、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。土钉是其最主 要的构件，英文名叫Soil Nailing，它的设置有打入法， 旋入法，以及先钻孔、后置入、再灌浆三种方法。
• 土钉支护不宜用于含水丰富的粉细砂岩、砂砾卵石层 和淤泥质土。不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软 弱土层。
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5.2 土钉支护的基本原理
5.2.1 土钉的作用机理
• 总的说来，土钉在复合土体中有以下几种作用机理：
1. 箍束骨架作用
• 该作用是由土钉本身的刚度和强度，以及它在土体内 分布的空间所决定的。它在复合体中起骨架作用，使 复合土体构成一个整体，从而约束土体的变形和破坏。
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2. 分担作用
• 在复合体内，土钉与土体共同承担外荷载和自重应力， 土钉起着分担作用。由于土钉有很高的抗拉、抗剪强 度和土体无法相比的抗弯刚度，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， 土钉的分担作用更为突出，这时土钉内出现了弯剪、 拉剪等复合应力，从而导致土钉中的浆体碎裂、钢筋 屈服。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。
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5.2.2 土钉墙的工作性能
• 国内外大型模拟试验结果及许多实际工程测试结果表 明土钉墙具有以下几点工作性能：
1. 土钉墙的变形一般是微小的，但比锚杆挡墙的水平位 移要大一些。最大水平位移发生于墙体顶部，越往下 越小。最大水平位移与开挖深度之比一般在1 ‰ ~3‰。 这种位移值不会影响工程的适用性和长期稳定性，它 对整个土钉墙来说，不应当是控制设计的主要因素。 墙体内的水平位移随离开墙面的距离增加而减小。
一、特点
• 与其它支护类型相比，土钉支护具有以下一些特点或 优点：
1. 土钉与土体共同形成了一个复合体，土体是支护结构 不可分割的部分。从而合理的利用了土体的自承能力。
2. 结构轻柔，有良好的延性和抗震性。1989年美国加州 7.1级地震中，震区内有8个土钉墙结构，其中有三个位 于震中33km范围内，估计至少遭到了约0.4g的水平地 震加速度作用，均未出现任何损害迹象。
• 土钉支护适用于地下水位以上或经人工降水措施后的 杂填土、普通粘土或弱胶结的砂土的基坑支护或边坡 加固。一般认为可用于标准贯入击数N值在5以上的砂 质土与N值在3以上的粘性土。
• 单独的土钉墙宜用于深度不大于12m的基坑支护或边 坡维护，当土钉墙与放坡开挖、土层锚杆联合使用时， 深度可以进一步加大。
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3. 应力传递与扩散作用
• 北京工业大学的研究表明：当荷载增加到一定程度，边 坡表面和内部裂缝已经发展到一定宽度，坡脚应力达最 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。
4. 对坡面变形的约束作用
• 在坡面上设置的与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面 板是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。
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3. 施工设备简单。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具。
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轰隆声， 也没有地连墙施工时污浊的泥浆。
6. 土钉支护是边开挖边支护，流水作业，不占独立工期， 施工快捷。
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5.1.2 土钉的发展
• 70年代初，德国、法国和美国就各自开始了土钉支护的研 究与应用，但土钉诞生的原因并不相同。在德国是基于土 层锚杆和加筋土挡墙发展起来的，在法国却是基于新奥法 的原理发展起来的，新奥法在60年代主要用于岩石隧道的 支护，用于1974年匹茨堡PPG工业总部的深基 坑支护。目前该技术在法国、德国、英国、美国和日本得 到广泛应用。
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1/2 ~ 1/3。
8. 容易实现动态设计和信息化施工。根据现场位移或变 形监测反馈的信息，很容易调整土钉的长度和间距， 也容易调整面层的厚度。既可以避免浪费，又能够防 止出现工程事故。
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二、适用范围