4.4 土钉墙设计计算
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第四章
§4.1
§4.2
基坑支护结构计算与设计
基坑支护技术现状及其发展
基坑支护结构设计原则
§4.3
§4.4
排桩、地下连续墙设计计算
土钉墙设计计算
§4.5
§4.6
水泥土墙设计计算
地下水控制
§4.7
基坑监测
§4.4
土钉墙设计计算
§4.4.1 概述
1、概念 天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉并与喷射砼面板相 结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保
（3）内力分布为非线性，面层受力不是最大。
破裂面
§4.4
土钉墙设计计算
4、土钉的优缺点 1）优点： （1）材料用量和工程量少，施工速度快；工时节约50%～ 70%； （2）施工设备轻便，操作方法相对简单； （3）场地土层适用性强； （4）结构轻巧，柔性大，延展性好； （5）施工所需的场地较小，能贴近已有建筑物进行施工； （6）安全可靠；分层开挖分层支护，信息化施工； （7）经济；比锚杆节约10 ～30%；比灌注桩支护节约 1/3 ～2/3；
滑裂面外锚固段的锚固力 数量少 墙受力很大 一般长度15-45m 120～150mm 300～3000kN(设计荷载) 施加预应力
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（一）设计内容与步骤 1、初拟土钉墙参数 根据基坑深度、施工场地平面尺寸、基坑周围环境条件、岩土特性、 工程地质条件及工程性质，参照以往经验，初步确定土钉墙坡度、土钉 垂直间距、水平间距、各层土钉长度、钻孔直径、土钉钢筋直径、倾角、 面层尺寸等参数； 2、土钉抗拉承载力计算； 3、土钉墙整体稳定性分析； 4、上二步验算若没通过，应调整土钉墙参数再重新验算，直到满足要求。 5、构造及排水系统设计，并画出施工图； 6、现场监测和质量控制设计。
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（二）土钉抗拉承载力计算
单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求：
1.25 0T jk Tuj
式中Tjk——第j 根土钉受拉荷载标准值：
T jk eajk s xj szj / cos j
荷载折减系数
tg
k
2
1 1 2 [ ] / tg (45 ) k t g 2 tg 2
水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。
§4.4.3
土钉墙构造要求
10、水患防治： （1）排：地面排水沟、导水孔； （2）挡：地面挡水墙，截水帷幕； （3）降：降水井； （4）封：混凝土封闭坡面及坡顶附近，及时封底； （5）抽：坑内设置集水井、坑抽水。 挡水堤
护面 长度40~60mm，直径 ≥40mm，间距1.5~2m 的导水孔
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
4、土钉成孔施工宜符合下列规定： （1）孔深允许偏差 ±50mm； （2）孔径允许偏差 ±5mm；
（3）孔距允许偏差 ±100mm；
（4）成孔倾角偏差 ±5%。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
5、喷射混凝土作业应符合下列规定： （1）喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自
厚度不宜小于20mm； （2）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢 筋网被混凝土覆盖后铺设； （3）钢筋网与土钉应连接牢固。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
7、 土钉注浆材料应符合下列规定：
（1）注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水
灰比宜为0.5，水泥砂浆配合比宜为1∶1～1∶2（重量比）， 水灰比宜为0.38～0.45； （2）水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次 拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
4．土钉一般采用Ⅱ级以上螺纹钢筋，钢筋直径为
φ16～φ32 mm，钻孔直径为φ70～φ120 mm；
5．喷射混凝土面层厚度一般为80～200 mm，钢筋网采 用Ⅰ级钢筋φ6～φ10 mm，间距为150～300 mm，混凝 土强度等级不宜低于C20； 6．注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
8、注浆作业应符合以下规定：
（1）注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注
浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注 浆泵及其管路； （2）注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔 口部位宜设置止浆塞及排气管；
（3）土钉钢筋应设定位支架。
Tnj=πdnjΣqsiklni
式中lni——第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
1．一般用于基坑开挖深度在15m以内的边坡，土钉墙墙
面坡度不宜大于1∶0.1；
2．土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍，其间距宜 取1～2m，土钉与水平面夹角宜取5 ̊ ～20 ̊ ； 3．为保证土钉与护坡面层的有效连接，常设有承压板 和加强钢筋；
宜低于M10 。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
7、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，
面层厚度不宜小于80mm； 8、坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。 9、当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施； 土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排
持开挖面的稳定。
1 3 5 2 4 6
3
2
4
土钉节点
§4.4
§4.4.1 概述 2、工作原理：
土钉墙设计计算
（1）摩擦加筋机理
土钉与周围土体间通过注浆产生握裹力，阻止基坑坑 壁沿破裂面产生滑动，起到了对坑壁土体的约束作用；同 时土钉还能够起到分担荷载并将土中应力传递、扩散到土 体深部的稳定土层中的作用。
土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值 表6.1.4
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（三）土钉墙整体稳定性分析
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 滑动面采用圆弧滑动简单条分 法按下式进行整体稳定性验算：
§4.4
土钉墙设计计算
式中n——滑动体分条数； m——滑动体内土钉数； rk——整体滑动分项系数，可取1.3； r0——基坑侧壁重要性系数； wi——第i条分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，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）剪粘聚力标准值； ψik——第i分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值； 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j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
9、土钉墙应按下列规定进行质量检测： （1）土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试
验数量不宜少于土钉总数的1%，且不应少于3根；
（2）墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜 每100m2墙面积一组，每组不应少于3点。
sxj、szj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距； qsik——土钉穿越第i层土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i层稳定土体内的长度，
破裂面与水平面的夹角为（β+φk）/2。
§4.4
土钉墙设计计算
下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm；
（2）喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离 宜为0.6～1.0m； （3）喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根 据气温确定，宜为3～7h。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
6、喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：
（1）钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
Baidu Nhomakorabea
土钉墙施工与检验
3、土钉墙施工可按下列顺序进行：
（1）应按设计要求开挖工作面，修整边坡，埋设喷射
混凝土厚度控制标志； （2）喷射第一层混凝土； （3）钻孔安设土钉、注浆，安设连接件； （4）绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土；
（5）设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
§4.4
（2）类重力式挡土墙机理
（3）准粘聚力机理
§4.4
土钉墙设计计算
摩擦加筋机理 加筋后
φ
类重力式挡土墙机理
C’ C
加筋前
φ
准粘聚力机理
§4.4
§4.4.1
3、特点：
土钉墙设计计算
概述
（1）土钉密集设置于边壁土体中，通长黏接，起到加 固约束土体的作用，提高了土体的整体稳定性和粘聚力。 （2）土钉不施加预应力，只在被动变形时才受力；
uj
Tuj——第j根土钉抗拉承载力设计值： T
1
s
d nj qsik li
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（二）土钉抗拉承载力计算
αj——第j根土钉与水平面的夹角。
rs——土钉抗拉抗力分项系数，取1.3； dnj——第j根土钉锚固体直径；
eajk——第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；
排水沟
降水井或者截水帷幕 集水井和排水沟
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
1、上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%
后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
2、基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层 进行。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度 的允许偏差宜为±20mm，在坡面喷射混凝土支护前，应清 除坡面虚土。
§4.4
2）缺点
土钉墙设计计算
（1）需有允许设置土钉的地下空间；浅层市政设施和 地下构筑物容易影响土钉施工。
（2）地质条件较差的土层（如地下水丰富的松散砂土、
流塑及软塑粘性土）需结合其他加固方法施工； （3）永久性支护需考虑锈蚀等耐久性问题； （4）由于占用地下空间，故可能会给邻近基础施工带 来不便。
§4.4
§4.4.1
土钉墙设计计算
概述
5、应用范围
（1）基坑、边坡临时支护；
（2）永久性支护； （3）现有挡土墙的加固、抢险； （4）边坡加固。
§4.4
6、土钉与锚杆的比较
土 钉
土钉墙设计计算
锚 主动受力
杆
被动受力 全长受力 密布,形成重力式挡土墙 面层不是主要受力部分 一般长度3-12m 浆体直径70～120mm 单根受力<100kN 不施加或施加较小的预应力
§4.1
§4.2
基坑支护结构计算与设计
基坑支护技术现状及其发展
基坑支护结构设计原则
§4.3
§4.4
排桩、地下连续墙设计计算
土钉墙设计计算
§4.5
§4.6
水泥土墙设计计算
地下水控制
§4.7
基坑监测
§4.4
土钉墙设计计算
§4.4.1 概述
1、概念 天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉并与喷射砼面板相 结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保
（3）内力分布为非线性，面层受力不是最大。
破裂面
§4.4
土钉墙设计计算
4、土钉的优缺点 1）优点： （1）材料用量和工程量少，施工速度快；工时节约50%～ 70%； （2）施工设备轻便，操作方法相对简单； （3）场地土层适用性强； （4）结构轻巧，柔性大，延展性好； （5）施工所需的场地较小，能贴近已有建筑物进行施工； （6）安全可靠；分层开挖分层支护，信息化施工； （7）经济；比锚杆节约10 ～30%；比灌注桩支护节约 1/3 ～2/3；
滑裂面外锚固段的锚固力 数量少 墙受力很大 一般长度15-45m 120～150mm 300～3000kN(设计荷载) 施加预应力
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（一）设计内容与步骤 1、初拟土钉墙参数 根据基坑深度、施工场地平面尺寸、基坑周围环境条件、岩土特性、 工程地质条件及工程性质，参照以往经验，初步确定土钉墙坡度、土钉 垂直间距、水平间距、各层土钉长度、钻孔直径、土钉钢筋直径、倾角、 面层尺寸等参数； 2、土钉抗拉承载力计算； 3、土钉墙整体稳定性分析； 4、上二步验算若没通过，应调整土钉墙参数再重新验算，直到满足要求。 5、构造及排水系统设计，并画出施工图； 6、现场监测和质量控制设计。
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（二）土钉抗拉承载力计算
单根土钉抗拉承载力计算应符合下式要求：
1.25 0T jk Tuj
式中Tjk——第j 根土钉受拉荷载标准值：
T jk eajk s xj szj / cos j
荷载折减系数
tg
k
2
1 1 2 [ ] / tg (45 ) k t g 2 tg 2
水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。
§4.4.3
土钉墙构造要求
10、水患防治： （1）排：地面排水沟、导水孔； （2）挡：地面挡水墙，截水帷幕； （3）降：降水井； （4）封：混凝土封闭坡面及坡顶附近，及时封底； （5）抽：坑内设置集水井、坑抽水。 挡水堤
护面 长度40~60mm，直径 ≥40mm，间距1.5~2m 的导水孔
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
4、土钉成孔施工宜符合下列规定： （1）孔深允许偏差 ±50mm； （2）孔径允许偏差 ±5mm；
（3）孔距允许偏差 ±100mm；
（4）成孔倾角偏差 ±5%。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
5、喷射混凝土作业应符合下列规定： （1）喷射作业应分段进行，同一分段内喷射顺序应自
厚度不宜小于20mm； （2）采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢 筋网被混凝土覆盖后铺设； （3）钢筋网与土钉应连接牢固。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
7、 土钉注浆材料应符合下列规定：
（1）注浆材料宜选用水泥浆或水泥砂浆；水泥浆的水
灰比宜为0.5，水泥砂浆配合比宜为1∶1～1∶2（重量比）， 水灰比宜为0.38～0.45； （2）水泥浆、水泥砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次 拌合的水泥浆、水泥砂浆应在初凝前用完。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
4．土钉一般采用Ⅱ级以上螺纹钢筋，钢筋直径为
φ16～φ32 mm，钻孔直径为φ70～φ120 mm；
5．喷射混凝土面层厚度一般为80～200 mm，钢筋网采 用Ⅰ级钢筋φ6～φ10 mm，间距为150～300 mm，混凝 土强度等级不宜低于C20； 6．注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
8、注浆作业应符合以下规定：
（1）注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注
浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注 浆泵及其管路； （2）注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔 口部位宜设置止浆塞及排气管；
（3）土钉钢筋应设定位支架。
Tnj=πdnjΣqsiklni
式中lni——第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
1．一般用于基坑开挖深度在15m以内的边坡，土钉墙墙
面坡度不宜大于1∶0.1；
2．土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍，其间距宜 取1～2m，土钉与水平面夹角宜取5 ̊ ～20 ̊ ； 3．为保证土钉与护坡面层的有效连接，常设有承压板 和加强钢筋；
宜低于M10 。
§4.4
§4.4.3
土钉墙设计计算
土钉墙构造要求
7、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，
面层厚度不宜小于80mm； 8、坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。 9、当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施； 土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排
持开挖面的稳定。
1 3 5 2 4 6
3
2
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土钉节点
§4.4
§4.4.1 概述 2、工作原理：
土钉墙设计计算
（1）摩擦加筋机理
土钉与周围土体间通过注浆产生握裹力，阻止基坑坑 壁沿破裂面产生滑动，起到了对坑壁土体的约束作用；同 时土钉还能够起到分担荷载并将土中应力传递、扩散到土 体深部的稳定土层中的作用。
土钉锚固体与土体极限摩阻力标准值 表6.1.4
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（三）土钉墙整体稳定性分析
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 滑动面采用圆弧滑动简单条分 法按下式进行整体稳定性验算：
§4.4
土钉墙设计计算
式中n——滑动体分条数； m——滑动体内土钉数； rk——整体滑动分项系数，可取1.3； r0——基坑侧壁重要性系数； wi——第i条分条土重，滑裂面位于粘性土或粉土中时，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）剪粘聚力标准值； ψik——第i分条滑裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值； 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j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
9、土钉墙应按下列规定进行质量检测： （1）土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试
验数量不宜少于土钉总数的1%，且不应少于3根；
（2）墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜 每100m2墙面积一组，每组不应少于3点。
sxj、szj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距； qsik——土钉穿越第i层土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i层稳定土体内的长度，
破裂面与水平面的夹角为（β+φk）/2。
§4.4
土钉墙设计计算
下而上，一次喷射厚度不宜小于40mm；
（2）喷射混凝土时，喷头与受喷面应保持垂直，距离 宜为0.6～1.0m； （3）喷射混凝土终凝2h后，应喷水养护，养护时间根 据气温确定，宜为3～7h。
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
6、喷射混凝土面层中的钢筋网铺设应符合下列规定：
（1）钢筋网应在喷射一层混凝土后铺设，钢筋保护层
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
Baidu Nhomakorabea
土钉墙施工与检验
3、土钉墙施工可按下列顺序进行：
（1）应按设计要求开挖工作面，修整边坡，埋设喷射
混凝土厚度控制标志； （2）喷射第一层混凝土； （3）钻孔安设土钉、注浆，安设连接件； （4）绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土；
（5）设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。
§4.4
（2）类重力式挡土墙机理
（3）准粘聚力机理
§4.4
土钉墙设计计算
摩擦加筋机理 加筋后
φ
类重力式挡土墙机理
C’ C
加筋前
φ
准粘聚力机理
§4.4
§4.4.1
3、特点：
土钉墙设计计算
概述
（1）土钉密集设置于边壁土体中，通长黏接，起到加 固约束土体的作用，提高了土体的整体稳定性和粘聚力。 （2）土钉不施加预应力，只在被动变形时才受力；
uj
Tuj——第j根土钉抗拉承载力设计值： T
1
s
d nj qsik li
§4.4
§4.4.2
土钉墙设计计算
土钉墙设计
（二）土钉抗拉承载力计算
αj——第j根土钉与水平面的夹角。
rs——土钉抗拉抗力分项系数，取1.3； dnj——第j根土钉锚固体直径；
eajk——第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值；
排水沟
降水井或者截水帷幕 集水井和排水沟
§4.4
§4.4.4
土钉墙设计计算
土钉墙施工与检验
1、上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度的70%
后方可开挖下层土方及下层土钉施工。
2、基坑开挖和土钉墙施工应按设计要求自上而下分段分层 进行。在机械开挖后，应辅以人工修整坡面，坡面平整度 的允许偏差宜为±20mm，在坡面喷射混凝土支护前，应清 除坡面虚土。
§4.4
2）缺点
土钉墙设计计算
（1）需有允许设置土钉的地下空间；浅层市政设施和 地下构筑物容易影响土钉施工。
（2）地质条件较差的土层（如地下水丰富的松散砂土、
流塑及软塑粘性土）需结合其他加固方法施工； （3）永久性支护需考虑锈蚀等耐久性问题； （4）由于占用地下空间，故可能会给邻近基础施工带 来不便。
§4.4
§4.4.1
土钉墙设计计算
概述
5、应用范围
（1）基坑、边坡临时支护；
（2）永久性支护； （3）现有挡土墙的加固、抢险； （4）边坡加固。
§4.4
6、土钉与锚杆的比较
土 钉
土钉墙设计计算
锚 主动受力
杆
被动受力 全长受力 密布,形成重力式挡土墙 面层不是主要受力部分 一般长度3-12m 浆体直径70～120mm 单根受力<100kN 不施加或施加较小的预应力