基坑围护设计手册

基坑围护设计手册内容摘要：

（ ） (2) 钢筋截面积 ptktfKNA （ ） (3) 锚固长度 sta DqKNL  （ ） 27 式中 q土压力强度； sx、 sy土钉横竖间距； fptk钢筋抗拉强度标准值； D土钉钻孔直径； qs黏结强度； K抗力分项系数。 内部稳定分析验算 内部稳定分析采用条分法，计算公式为：     i pi bhq RMcLbhq   s i n)( /t a nc os)(RS （ ） 式中  土的天然重度； h 土条高度； i 土条底面中心至圆心连线与垂线的夹角； c 、  土的固结快剪峰值抗剪强度指标； L 土条圆弧面长度； q 地面超载； b 土条宽度； pM 土钉抗拉力对圆心产生的抗滑力矩； R 圆弧半径； RS 整体稳定性抗力分项系数。 外部稳定分析验算 以土钉原位加固土体，当土钉达到一定密度时所形成的复合体就会出现类似锚定板群锚现象中的破裂面后移现象，在土钉加固范围内形成一个“土墙”，在内部自身稳定得到保证的情况下，它的作用类似重力式挡墙，因此，可用重力式挡墙的稳定性分 析方法对土钉墙进行分析。 如图。 图 土钉支护外部整体稳定性分析 （ a）滑移； （ b）倾覆； （ c）整体失稳 28 1. 土墙厚度的确定（图 ） 将土钉加固的土体分三个部分来确定土墙厚度。 第一部分为钢筋网喷射混凝土支护的厚度，土钉间土体由喷射混凝土面板稳定，通过面层设计计算保证土钉间土体的稳定，喷射混凝土支护作用区厚度为 L /6； L为土中平均钉长；第二部分为墙体的均匀压缩加固带，它的厚度为 2 L /3；第三部分为土钉尾部非均匀压缩带，厚度为 L /6，但不能 全部作为土墙厚度来考虑，取 1/2值作为土墙的计算厚度，即 L /12。 所以土墙厚度为三部分之和，即 L1211 （约 ），当土钉倾斜时，土墙厚度为cos1211L （ α 为土钉与水平面之间的夹角）。 2. 抗滑移验算 如图 所示，抗滑移验算可按下式进行：   c os )s in(1 a aE fEWqB  () 式中  1—— 抗滑移抗分项系数，取  1≥ ； q —— 地面均布荷截； B—— 土墙厚度 ； W—— 土钉支护沿基坑单位长度自重； f—— 土钉墙与基坑底的摩擦系数，可取基底土体抗剪强度 τ； δ —— 土钉墙与墙后土的摩擦角，无试验资料时取 δ =φ /3～ φ /2。 图 土墙厚度 29 图 滑移计算 图 倾覆计算 3. 抗倾覆验算 如图 , 抗倾覆验算可按下式进行：   c os2 )s in2(3 a at HE EWqBB  () 式中 γ t—— 抗倾覆抗力系数，取 γ t≥ ； H—— 开挖深度； 构造要求 （ 1）初步 选定土钉支护各组成部分尺寸及参数： a. 锚固体孔径： D=8～ 15cm； b. 土钉长度：一般对非饱和土，土钉长度 L 与开挖深度 H 之比为 ~围内，密实及干硬性粘土取小值； c. 土钉直径：一般为 20~35mm，不少于 16mm II级以上螺纹钢筋； d. 注浆材料：水泥砂浆或水泥素浆，水泥采用普通硅酸盐水泥，标号不小于425，水灰比 1:~； e. 墙面倾角：垂直方向倾角 00~250，土钉水平方向倾角一般为 50~200，利用重力向孔中注浆时倾角不宜小于 150； f. 间距：水平间距为 (10~15)D，一般为 ~，垂直间距依土层及计算确定，一般 ~。 上下插筋交错排列。 遇局部软弱土层间距可低于 ； g. 钢丝网或钢筋网片：无地下水、土质好时可用一般钢丝网，土体稳定性差时可用钢筋网片，一般采用φ 6 的 I级钢筋焊成 15~20cm方格形网片。 面层砂浆或喷射混凝土厚度为 50~150mm； h. 锚板：直径 30~35cm 六边形或方形混凝土预制板，内配构造筋 ，厚度大于7cm。 也可采用长度不小于 400的井字钢筋 (φ 16)代替锚板。 （ 2） 钢筋网喷射混凝土面层设计可按下列构造要求： a. 钢筋网可用φ 6~φ 8 钢筋，网眼宜为 150~300mm，必要时可在土钉头之间设 2φ 16 加强钢筋； 30 b. 喷射面层的混凝土等级不宜低于 C20，喷射面层厚度宜取 80~150mm(土质差时取大值，反之取小值 )。 （ 3） 如遇有软弱土层，可增设加强锚杆，土钉与锚杆合用。 （ 4） 土钉头与钢筋网连接。 当土钉头之间有加强钢筋通过时，宜与土钉头焊接；当土钉头之间无加强钢筋通过时，可用不小于 4φ 1长度为 200~300mm 的钢筋在土钉头处呈井字架与土钉头焊接，井字架钢筋应位于钢筋网之外，以代替混凝土锚板。 《基坑土钉支护技术规程》 CECS96∶ 97 方法 土钉抗拉计算 1. 土钉拉力 土钉拉力可按图 ： hv SSpN cos （ ） 其中 qppp  1 （ ） 式中 N 土钉设计内力； p 土钉长度中点所处深度处的侧压力； 1p 自重引起的土压力； qp 地表均布荷载引起的土压力；  土钉的倾角； hv SS、 土钉竖向间距、水平间距。 31 2. 土钉长度 各层土钉的长度宜满足下式要 求：  0,1 d NFll ds （ ） 式中 l 土钉长度； 1l 土钉在滑动区的长度，见图； 0d 土钉孔径；  土钉锚固体和土之间的 黏结强度； dsF, 土 钉局部稳定性安全系 数，取 ～。 3. 土钉配筋 各层土钉在内力作用下应满足下式； ykds, fANF s （ ） 图 土压力 分布 （ a）土钉墙；（ b）自重引起的土压力；（ c）地表均布荷载引起的土压力 说明： 1. 自重引起的土压力峰值 mp 按下式计算：    .20 的一般黏性土且不得小于的砂土、粉土HcHHKKcHKHcHKpaaaam 2. 地表均布荷载引起的土压力按下式计算： qKpaq  3. 主动土压力系数 aK 按下式计算： )245(tan2 aK 图 土钉长度的确定 32 式中 sA 土钉钢筋截面积； ykf 钢筋抗拉强度标准值。 喷射混凝土面层计算 喷射混凝土面层所受的侧向土压力 0p 按下式估算： qppp  010 （ ） 1101 )5 ( ppsp  （ ） 式中 s土钉水平间距和垂直间距的大值，以 m为计量单位。 内部稳定性计算 （图 ） 取 单位长度 （ 1列土钉控制的边坡长度）支护进行计算，    ]s i n)[( ]s i n)/(t a ns i n)/[(]t a nc os)()c os/([ iii khkkikhkkiiiiiiis QW SRSRQWΔcF  （ ） 式中 Wi、 Qi作用于土条 i 的自重和附加荷载； α i圆弧破坏面切线与水平面的夹角； Δ i土条 i 的宽度； cj、 φ j土条 i 破坏面处第 j 层土的黏聚力、内摩擦角； Rk破坏面上第 k 排土钉的最大抗力； β k第 k 排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角； Shk第 k 排土钉的水平间距。 图 内部稳定 33 外部稳定性计算 （图 ） 土钉支护的外部整体稳定性分析与重力式挡土墙的稳定分析相同（图 ），可将由土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙，分别验算： 1）整个支护沿底面水平滑动 (图 )； 2）整个支护绕基坑底角倾复，并验算此时支护底面的地基承载力 (图 )； 以上验算可参照《建筑地基基础设计规范》 (GBJ789)中的计算公式，计算时可近似取墙体背面的土压力为水平作用的朗金主动土压力，取墙体的宽度等于底部土钉的水平投影长度。 抗水平滑动的安全系数应不 小于 ；抗整体倾复的安全系数应不小 于 ，且此时的墙体底面最大竖向压应力不应大于墙底土体作为地基持力层的地基承载力设计值土的。 3） 整个支护连同外部土体沿深部的圆弧破坏面失稳 (图 )，可参照前述内部 稳定性进行验算，但此时的可能破坏面在土钉的设置范围以外，计算时公式中的土钉抗力为零，相应的安全系数要求不变。 构造要求 （ 1） 土钉钢筋用 III级或 II级热轧变形钢筋，直径在 18~32mm范围内； （ 2） 土钉孔径在 75~15Omm之间，注浆强度等级不低于 l2MPa， 3天不低于 6 MPa； （ 3） 土钉长度 l 与基坑深度 H 之比对非饱和土宜在 ，密实砂土和坚硬粘土中可取低值；对软塑粘性土， l /H 比值不应小千。 为了减少支护变形，控制地面开裂，顶部土钉的长度宜适当增加。 非饱和土中的底部土钉长度可适当成少，但不宜小于 ；含水量高的黏性土中的底部土钉长度则不应缩减； （ 4） 土钉的水平和竖向间距 Sh和 Sv，宜在 ~，在饱和粘性土中可小到 ，在干硬粘性土中可超过 ；土钉的竖向间距应与每步开挖深度相对应。 沿面层布置的土钉密度不应低 于每 6m2一根； （ 5） 喷混凝土面层的厚度在 50~15Omm之间，混凝土强度等级不低于 C20， 3天不低于 lOMPa。 喷混凝土面层内应设置钢筋网，钢筋网的钢筋直径 6~8mm，网格尺寸 150~30Omm。 当面层厚度大于 12Omm时，宜设置二层钢筋网。 （ 6） 土钉钻孔的向下倾角宜在 0~200的范围内，当利用重力向孔中注浆时，倾角不宜小于 150，当用压力注浆且有可靠排气措施时倾角宜接近水平。 当上层土软弱时，可适当加大下倾角，使土钉插入强度较高的下 层土中。 当遇有局部障碍物时，允许调整钻孔位置和方向。 图 外部稳定验算 34 (7) 土钉钢筋与喷混凝土面层的连接采用图。 可在土钉端部两侧沿土钉长度方向焊上短段钢筋，并与面层内连接相邻土钉端部的通长加强筋互相焊接。 对于重要的工程或支护面层受有较大侧压时，宜将土钉做成螺纹端，通过螺母、楔形垫田及方形钢垫板与面层连接。 （ 8） 土钉支护的喷混凝土面层宜插入基坑底部以下，插入深度不少千 ；在基坑顶部也宜设置宽度为 1~2m的喷混凝土护顶。 （ 9） 当土质较差，且基坑边坡靠近重要建筑设施需严格控制支护变形时，宜在开 挖前先沿基坑边缘设置密排的竖向微型桩 (图 )，其间距不宜小于 lm，深入基坑底部 1~3m。 微型桩可用无缝钢管或焊管，直径 48~15Omm，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1OOmm)的钢臂宜采用钻孔置人并注浆，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~l5mm，间距 400~5OOmm。 图 土钉与面层的连接 图 超前微型桩设置 王步云方法 破裂面假定 破裂 面假定见图。 主要适用于黄土类粉土、粉质黏土。 图 破裂面假定 图 土压力分布 35 土压力 作用于面层上的土压力按下式计算： hKmq 0 （ ） 式中 q 作用于面层上的土压力； 0m 工作条件系数。 使用期少于 2年的临时性工程取 ；使用期 2年以上的工程取 ； K 土压力系数。 )( 0 aKKK  ， 0K 、 aK 分别表示静止、主动土压力系数；  土的重力密度； h 土压力作用点至坡顶的距离。 当 h≤ H/2 时，。