土钉墙支护案例分析

土钉墙支护案例分析
摘要：本文根据某工程实例，对本方案进行了具体数据分析，总结出存在的几个问题并提出预防措施。

关键词：土钉墙；方案；基坑支护；规程；验算
中图分类号：tv543+.82 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）05-（页码）-页数
土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型
挡土墙结构。

它由被加固土、放置于原位土体中的土钉及附着于坡面的钢筋混凝土面板三部分组成。

形成一个类似于重力式墙的挡土墙。

其在国外已被广泛用于深基坑围护。

基坑土钉墙支护可分层分段与土方开挖同步进行，方便快捷，不占工期，是一种很好的基坑支护手段。

笔者在一幢高层办公大楼的基础建设中使用了该项技术并取得了明显的经济效益。

1.方案概况
原设计重要性系数γ0取1，基坑深度12.8m，q=10kpa。

放坡分2台。

上3m45度（1：1）。

中部收台1m宽，下9.8m 73
度（1：0.3）。

共7排锚杆：其中5排土钉长度15m，倾角 15度，横竖间距1.2～1.5m，计算直径0.1m。

2排锚杆长度25m，直径0.15m间距2～3m。

见附件
垮塌现象：2007年12月基坑工程基本完工，2008年7月27日，从基坑下脚垮塌，土钉拔出，坑内隆起约1.5m高，15m宽。

造成坑
内已经打好的工程桩损坏偏移一百多根（断桩高度5m以内，均在泥炭层）。

专家组调查垮塌原因：2008年7月27日下暴雨；市政管网破裂漏水；设计抗力不够，造成基坑垮塌。

应急措施：坡顶卸载，坡脚压荷。

2.分析依据
本来，专门土钉支护相关规定，1996年有标准化协会标准cecs96：97，《基坑土钉支护技术规程》，其中有如下2个基本公式。

土钉压力公式y1：
土钉长度公式y2：
其中，自由段长度至土钉外端距离
稳定分析公式w1：
2006年，军用标准gjb5055-2006《土钉支护技术规范》几乎原封不动照搬了以上2个公式。

这些年，我们在使用过程中，发现此2个公式有如下情况。

1）、对于y1：如果是直立单坡护壁，土钉均匀分布，这时压力公式y1好用，计算结果分布范围在0.2yh至0.55kayh之间，可信度较高。

但是对于多坡护壁，y1不好用。

从公式组成可以看出并无坡度元素，也就是说坡度大小并不影响压力分布，影响了可信度。

2）对于y2：当坡度45度以下时，自由段界限45°+φ/2超出实体，导致自由段长度为负值，很不合理。

3）对于w1：分子由四大抗滑块组成，分母由土体及荷载重力组
成下滑块。

如果商在1.2-1.4之间，就满足相关安全规定。

这个公式的不足之处在于，土钉垂直间距没有明示元素（隐含于拉力），不便于理解；关于粘聚力抗滑， cj（δi/cosai），弧长计算δ
i/cosai不精确。

4）冶金部《建筑基坑工程技术规范》yb9258-97中关于土钉压力和稳定公式各有优缺点（如靠圆弧边面积是简化为直边面积），且不是建设部文件，只作为参考，不作分析依据。

介于以上原因，我们采用行业标准jgj120-99《建筑基坑支护技术规程》（以下为本规程）。

5）在本规程土钉压力公式y3、w2（见下）里，可以看出，有单钉规定，有坡度系数，土钉水平间距，垂直间距，圆弧抗滑长度等，避免了以上版本的不足，又是建设部颁布的行业标准，虽说还有些不完善，但现在还算领先，所以我们以本规程为分析依据。

3.分析
3.1.土钉墙抗拉验算：
根据规程gjg120·6章规定计算土钉墙抗拔力。

土钉墙抗拉合格验算式=受拉荷载标准值≤抗拉设计值，如下：土钉压力公式y3：
注：以上3式是等同互展，公式代号定义详见gjg120（已标示除外）。

这里计算土钉长度l1自由段的夹角=0.5（β+φk），适合任何坡度护壁，远比国军标gjb5055的45°+φ/2适用。

ζ（锚钉处坡度和荷载折减系数，这是比国军标gjb5055好的地方）=0.33，0.69 ，0.69，0.69，0.69，0.69，0.75。

eajk（水平标准荷载）=0，6.8，22，37，52，68，166（kpa）。

sxj=1.5m，szj=1.5m。

cosaj=0.97。

tjk（单钉标准）=0，0，0，52，90，85，290 kn 。

单钉设计荷载1.25γ0tjk=0，0，0，66，113，106，，362 kn。

梯级荷载=0，0，0，66，178，284，646 kn。

单钉承载力tuj=124，130，432，486，189，207，69 kn。

梯级承载力124，255，687，1173，1362，1569，1638 kn。

对照各项，虽说单钉承载力与单钉荷载不尽吻合，但最大梯级荷载（646）≤（1638），此基坑锚钉抗拉还是基本满足。

3.2.验算土钉内部墙稳定，根据gjg120规程验算如下：
土钉稳定公式w2：
本公式较长有105个代码，定义见gjg120第六章（已标示除外）。

取单位厚度s=1m计算。

∑ciklis=686kn（圆弧粘聚抗滑力a）。

这里的li是滑移处弧长，是比国军标gjb5055精确的地方。

求切角θi：采用圆弧分条法，这里，并不采用软件分条圆心。

根据教科书，我们取概略e点作为圆心，解得r=21.551m，分10条，bi=2.551m。

采用cad很容易解得切角θi：2.87°，8.63°；
14.48°；20.49°；26.74°；33.37°；40.54°；48.59°；58.21°；
66.04°。

∑（wi+q0bi）cosθitgφik=714kn（基坑重力抗滑b）。

为减少计算时间，增加精确度，这里建议采用天正分割面积标注法。

syky0∑（wi+q0bi）sinθi=2512kn（基坑下滑力d）。

注意，下滑力往往大于土压力。

验算纯土体抗滑安全系数：（686+714）-2512=1401/2512=0.60，微弱的剩余满足稳定。

根据上面计算结果，原设计富余量太少，勉强满足本案荷载。

施工中，土钉并未钻孔100mm，而是采用48钢管直接打入土中，结果产生滑移坍塌。

由于灌浆并未冒出钢管外壁，土钉的计算直径应该是48mm。

下面采用电子表格矩阵重新验算得：
∑ciklis=686kn。

s∑（wi+q0bi）cosθitgφik=714kn。

syky0∑（wi+q0bi）sinθi=2512kn。

∑tnj[cos（aj+θj）]+0.5sin（aj+θj）tgφik=888kn（5排0.048土钉+2排0.15锚杆的弧外抗滑t）。

由土钉墙稳定判定式代入得（a+b+t）-d≥0
计算：（686+714+888）-2512=2289-2512=-222<0，稳定不足，很可能发生滑移。

4.本案失败总结
4.1.施工减小了土钉直径。

4.2.市政管道破裂漏水。

4.3.设计：a.富余量太少，只有13kn，经不住任何意外事件，此次就是市政管意外破裂造成土体冲刷、沉降、滑移。

b.单钉承载力
与单钉设计荷载不吻合。

c.荷载设计较少，只有10kpa，未考虑机械荷载，大水冲刷及其他意外事件。

5.本案预防分析
5.1.放坡方案：从滑移图看（见附件），在坑底附近有泥炭土，它的承载力和抗滑力太小。

采用放坡方案可以有效减小荷载重力和下滑力，也可节约投资，加快进度。

从现场看，除住院楼外，大部分基坑都有放坡条件，只要坡度计算达到安全系数规定值即可。

经过计算，根据情况不同，本场地坡度值在1：1～1：2之间。

只需配置构造土钉，不要锚杆。

5.2.增加坡前桩发方案：维持现方案，因富余量太小，且未计意外荷载，需要增加坡前桩，桩长9m保证穿过泥炭土插入粉土（粘土）4.5m以上，顶加冠梁且连1锚杆即成。

即使400空心桩也可以增加500kn的剪力，足以抵挡一般性意外荷载。

5.3.实际整改方案：适当削坡，打坡前桩3排钢管桩（φ0.2灌芯，间距0.6m），恢复已破坏土钉和锚杆，维修排水道，使用至今完好，坡顶各点位移10mm以内。

6 结束语
土钉墙支护技术在该工程的使用是成功的。

该技术具有施工简便、场地适应性强、不占工期、造价节省等优点。

它起到稳定边坡、加强土钉墙抗滑移力度的作用，使土体开挖顺利进行。

因此，它具有显著的经济效益和社会效益。

附件。