土钉墙基坑支护设计

《深基坑工程支护设计》

—基坑土钉支护

四川建院土木系地质教研室

二0一四年六月

目录

1.土钉墙支护设计理论

2.基坑土钉墙支护设计任务书

3.基坑土钉墙支护设计指导书

4.本次设计的相关资料

1．土钉墙支护设计理论

1.1概述

1.1.1 基坑支护的作用

基坑开挖后,形成临空面,在基坑土体自身重量、地表荷载、地下水渗透作用下，可能产生破坏或过大变形，危及基础施工或周围建筑物的安全，因此，须对基坑侧壁采取一定的措施进行支护。

1.1.2 土钉墙及土钉的定义、支护原理

土钉墙：由土钉、被加固的土体、面层组成的支护结构。土钉墙支护在某些施工企业也称为喷锚支护。其组成如图1.1.2-1所示：

图1.1.2-1 土钉墙剖面示意图

土钉：用来加固、锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用土中钻孔，置入变形钢筋，并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管、角钢直接击入土中,并全长注浆的方法做成。

面层：在土钉端部沿水平方向及竖向焊接加强钢筋，在加强钢筋上焊接分布钢筋，再喷射混凝土制作而成。

加固原理：基坑临空面形成后，侧壁土体有向临空面位移的趋势，及沿某一潜在破坏面破坏的趋势，置入土钉后，土钉承受了由周围土体及面层传递过来的土压力，把土压力传递至稳定的土层中去，从而阻止了侧壁土体向基坑方向的位移；土钉加固土体使土体强度提高，并由于土钉的拉力，使潜在破坏面上的法向应力增大，因而摩擦力增大，阻止基坑侧壁沿某一潜在破坏面破坏。

1.1.3 土钉墙的适用条件

1．基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地（基坑侧壁安全等级根据侧壁破坏后果的严重程度划分）。

2．基坑深度不宜大于12m。

3．当地下水位高于坑底面时，应采取降水或截水措施。

当土质较差，且基坑边坡靠近重要建筑设施,需要严格控制支护变形时，宜开挖前先沿基坑边缘设置密排的竖向微型桩（见图1.1.3-1），其间距不宜大于1m，深入基坑底部1~3m。微型桩可用无缝钢管或焊管，直径48~150m，管壁上应设

置出浆孔。小直径的钢管可分段在不同挖深处用击打方法置入并注浆；较大直径（大于100mm）的钢管宜采用钻孔置入并注浆，在距孔底1/3孔深范围内的管壁上设置注浆孔，注浆孔直径10~15mm，间距400~500mm。

图1.1.3-1 超前设置微形桩的土钉支护

当支护变形需要严格限制在不良土体中施工时，宜联合使用其他支护技术，将土钉支护扩展为土钉——预应力锚杆联合支护、土钉——桩联合支护、土钉——防渗墙联合支护等，并参照相应标准进行设计施工。

1.1.4 与锚杆支护相比，土钉与土钉墙支护的特点

1．土钉的作用之一是加固周围土体，使周围土体的强度增加，保证其稳定性，并和被加固的土体一起作为挡土结构，支护基坑。锚杆常与桩、墙联合使用，作为桩墙等挡土结构的支点，与桩墙一起作为支护结构，此时，锚杆周围的土体不再为支护结构的一部分。

2．土钉在基坑侧壁上的排列较密，锚杆的排列间距较大。

3．土钉在土体发生变形后才被动受拉，土钉对土体的约束需要土体变形作为补偿，锚杆一般在设置时预加拉应力，给土体以主动约束。

4．土钉沿孔全长注浆、锚杆应考虑自由段e长度不应小于5m。

1.1.5 土钉及土钉墙的受力状态和破坏形式

1．土钉墙在自身重量等荷载作用下,可能沿内部或外部破裂面产生整体破坏，如图1.1.4-1所示。

图1.1.4-1 土钉墙沿内部或外部破裂面

2．土钉墙沿墙底产生滑移，或沿墙趾产生倾覆。

3．单根土钉在拉力作用下被拔出。土体在自身重量等荷载作用下,产生变形, 作用土压力于面层，面层传递给土钉，土钉承受了由面层及周围土体传递过来的拉力，有向基坑方向拔出的驱势；同时破裂面以外稳定土体与土钉的粘结力对土

钉产生抗拔力，阻止土钉向外拔出。当拉力大于抗拔力时，土钉被拔出。

4．土钉墙墙底承载力不够，产生破坏。

1.2 土钉墙的构造要求

1．土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.1；

2．土钉和面层必须有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施,承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；

3．土钉的长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，间距宜为1～2m,与水平面夹角宜为5ο～20ο；

4．土钉钢筋宜采用HPB235、HRB335级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm,钻孔直径宜为70～120mm；

5．注浆材料宜为水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不低于M10；

6．喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为6～10mm，间距宜为150～300mm；喷射混凝土强度等级不宜低于C20，厚度不宜小于80mm；

7．坡面上下段钢筋搭接长度应大于300mm；

8．排水系统参照如下规定：

基坑四周支护范围内的地表应加修整，构筑排水沟和水泥砂浆或混凝土地面，防止地表降水向地下渗透，靠近基坑坡顶宽2~4m的地面应适当垫高，并且里高外低，便于径流远离边坡。

为了排除积聚在基坑内的渗水和雨水，应在坑底设置排水沟及集水坑。排水沟应离开边壁0.5~1m，排水沟及集水坑宜用砖砌并用砂浆抹面以防止渗漏，坑中积水应及时抽出。

在支护面层背部应插入长度为400~600mm ，直径不小于40mm水平排水管，其外端伸出支护面层，间距可为1.5~2m ，以便将喷射混凝土面层后积水排出。

1.3设计

1.3.1一般规定

1．根据构造要求和工程经验，初选支护各部件的尺寸和材料参数；

2．进行计算分析，主要有：

(1)土钉的设计计算(抗拉承载力验算、土钉长度验算等)；

(2)支护的内部整体稳定性分析与外部整体稳定性分析；

(3)喷射混凝土面层的设计计算及土钉与面层的连接计算。

通过上述计算对各部件的初选参数做出修改，给出施工图。

3．根据施工过程中的量测监控数据和发现的问题，进行反馈设计。

1.3.2单根土钉抗拉承载力计算

1.3.

2.1土钉的设计计算遵循下列原则：

1．只考虑土钉的受拉作用；