复合型土钉支护讲座课件.pptx

1、土钉施工的流程图（1）开挖（2）置钉注浆（3）喷混凝土面层（4）下步开挖锚杆仅在锚固端才与周围土体紧密结合，将荷载传递给稳定土体；土钉则是在全长范围内与土体接触，其荷载传递是沿着整个土钉进行的，且其受力是变化的，主动区对土钉产生向外的拉拔力，抗力区产生反方向的抗拔力，拉力在滑裂面处最大，往两端逐渐减小。土钉与加筋土施工顺序比较土钉与加筋土变形比较 对于地下水位较高，土层软弱地层中应用土钉支护所遇到的问题可用增加防渗帷幕方法加以解决。防渗帷幕形成封闭开挖空间，基坑内部降水不影响周边地下水位，有利保护环境；防渗帷幕同时又是超前支护，对开挖面土体位移起到限制作用，有利减少水平位移；防渗帷幕形成相对干

2、燥的开挖面，有利于提高喷射混凝土面层的施工质量；防渗帷幕或超前支护插入基坑底部开挖面一定深度，增加边坡抗滑移能力，防止基坑底部隆起和管涌的产生。防渗帷幕可以采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩施作，也可在防渗帷幕中插入钢管或型钢。防渗帷幕土钉支护当地层松软但地下水位很低或地层透水性很差时，可不设防渗帷幕，但可用微型桩组成超前支护。微型桩的作用可防止开挖过程中局部坍塌，也有利阻止基坑底部隆起。土钉支护一般水平位移偏大，当周边环境对位移有较高要求时，可根据需求将一、二排土钉按预应力土层锚杆要求施工，并施加预应力，以减少水平位移量。对于按设预应力锚杆的部位，应施作微型桩作为超前支护 当基坑开挖深度很深时，全

3、部采用复合土钉支护风险太大。这时，往往浅层部分采用复合土钉支护，深层部分采用桩锚结构。该形式既提高了基坑支护的安全等级，又最大限度地节省造价。当浅层地层土性较好，而下层地层为深厚的淤泥地层时，在浅部土性较好的地层中采用土钉支护，而深层采用排桩支撑的形式。该种组合形式充分利用上层地层较好的特点施作复合土钉支护，节省了围护桩的工程量，省掉一道支撑，使大部分土方在无支撑覆盖的情况下开挖，提高挖土效率，有利于缩短工期。土钉支护“鼓肚子”现象 土钉受力过程可分为三个阶段。（1）土钉打入并注浆，浆液凝固之前，起不到约束土体变形的作用，因此内力为零。（2）土钉打入地层并注浆，且注浆体凝固，地层成为加筋复合体

4、。如果进一步开挖下一层土体，下一层土体侧向位移并影响到上层的加筋复合体，该加筋复合体在下层土体的牵动下，产生继续侧向变形的趋势,但拉力集中在土钉的端部，且沿土钉长度快速衰减。（3）随着基坑继续开挖，深度增加，产生土体侧向位移的范围也在增加。加筋复合地层中的土钉拉力也逐步增加，且拉力的最大值也往后移动，拉力峰值出现的位置随土钉所处位置不同而不同。通常情况下，越靠上的土钉，其拉力峰值越靠后，越靠下的土钉其拉力峰值越靠前。将各排土钉拉力峰值联系起来，即是该边坡的潜在滑裂面。可见土钉的作用是：初始阶段约束、限制面层进一步产生侧向位移；基坑开挖到底以后，形成的“土钉组”联系滑动土体和稳定土体，使其不在潜

5、在滑裂面处分离，与桩锚结构中锚杆的受力是完全不同的。锚杆是将支挡结构（桩）所承受的水土压力以拉力的形式，通过自由段传递到锚固段，锚固段以剪应力的形式将拉力分布到稳定土层中去。2/45产生于土钉末端的地表裂缝。如果土钉支护设计有足够安全度，土钉较长，且施工中注浆饱满，该裂缝不一定会出现。该裂缝的位置与土钉端部位置十分一致，表明：由土体、土钉及注浆体形成的加筋复合土体在自重应力作用下产生整体向下、向外滑移的趋势。如果设计安全度偏低，土钉长度不足，且施工中注浆质量得不到保证，产生的裂缝于土钉末端部的裂缝进一步加宽，且裂缝的两侧土体出现高差，同时基坑底部土体产生岭状隆起，表明：产生于土钉末端部的裂缝往

6、深层发展，并于基坑底部的隆起连通，形成了贯通的滑移面。伴随着超前支护桩体的弯折，土钉支护边坡产生整体滑移，地表大幅度沉降（有时达12m），基坑底部隆起12m，在新的状态下取得平衡重力坝整体滑移失稳 土钉支护整体滑移破坏tan3.013.0tan1HHH作用于挡墙的土压力分布多种形式的超前支护形式 抗管涌验算 DKTLL1hiviwiwiiaSShrqrhKT255土钉墙典型设置形式 土钉 网片 联系筋 井字架 喷射混凝土面层 自钻式土钉 网片 联系槽钢 楔形槽钢 螺帽ikjjjjminjikiniiiniisiktgTtgbqwSLCsin21coscos11010sin00iikbqwrsr

7、上式中第一项 为土体内聚力产生的抗滑力；niisikLC1第二项 为土体内摩阻力产生的抗滑力；ikiniiitgbqwScos10第三项 为土钉处于滑裂面以外部分的抗拔力产生的抗滑力，其中前一项为土钉抗拔力的切线分力，后一项为土钉法向分力作用在滑裂面上，而使得滑裂面上产生的附加摩擦力；ikjjjjminjtgTsin21cos1 为土体自重力和超载产生的下滑力。iikbqwrsrsin00ORViTnjHhK通常取1.251.30，当K1.4时将有效地控制位移量。iiikhPKiiiiikhpkiiiiiiiwSTDCtgSTtgvtgwKsincoscossincoscosB2/4515 改

8、进方法的计算模型 2yx 搜索第三裂缝发展阶段滑裂面和稳定系数的计算模型 05.0rHcrHKPam55.005.0rHcrHkrHkrHckPaaam55.0121折减系数 2451122tgtgtgtgcosvhSpST ykfdR41.121ykfdR1.11iisikrHtgCqdLNqiskujjkTTr025.1复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形UibUiaUiFvi土钉支护位移产生机理复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形iiiiiviDqhKF)(0 viF（式1）为开挖层的“释放力释放力”调用系数调用系数，与土体的泊松比、应力历史、结构性等有关，可结合当地有实测数据的工程试算

9、或者反演分析得出。如无工程经验，对于比较松软的地层可取0.84。i复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形“m”法计算变形模量()zmodE复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形ttLrhiDiFv卸载影响区域的计算模型复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形irivitLF （式2）iiiiiqhcttan)(（式3）riLihiic，复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形iiiiiiiiiriqhcDqhKLtan)()(0 （式4）iiiiiiEqhKmod,0)(（式5）复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形iiiiiiiiiiriiEqhcDqhKLUmod,20tan)()(（式6）式中 计算点

10、处的变形模量。m od,iE复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形r,1iL复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形土体弹簧，Ksoil土钉弹簧，KnailF计算“牵连力”分配的模型复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形1,1,1,inailisoilisoilisisoilKKKFF （式7）ivisFF,（式8）复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形BDEKiiisoil11mod,1,（式9）cos1,barsteelinailAEK （式10）B1iDsteelEbarA复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形1mod,11,cosiibarsteeliriviaBEDAELFU （式11）复合土钉

11、支护的变形复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形被动区土体弹簧KpassiveF主动区土体弹簧Kactive计算下层土体“牵连力”分配的模型复合土钉支护的变形复合土钉支护的变形11,1mod,1,1,)(/iisiipiazEEKK （式12）（式13）iiiibUzzU11)(1)(计算实例计算实例自钻式土钉=150001000自钻式土钉=180001000-9.09.0+8.5回填土标高-0.15山坡隧道中线单位 +10.8车道砖胎模+7.0深搅桩梁州段基坑断面示意图(段建立，2004)计算实例计算实例totalUmainUaUbU开挖面113.137.325.800215

12、.287.166.151.95316.027.476.561.99416.967.856.962.14517.898.237.332.32618.768.587.682.50719.578.908.002.67820.319.198.292.83921.009.458.562.981012.829.7003.12计算实例计算实例-10-8-6-4-201213141516171819202122Displacement(mm)Depth(m)Duans Calulate土钉支护开挖面位移计算值和实测值计算实例计算实例totalUmainUaUbU开挖面129.3915.8213.570215.

13、645.326.004.31339.2717.6420.111.50432.8027.6405.16计算实例计算实例-5.0-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.5152025303540 Calculate ChensDisplacement(mm)Depth(m)土钉支护开挖面位移计算值和实测值结论与展望结论与展望结论与展望结论与展望qiiihAESS11iE、第i土层弹性模量土层内释放的侧压力在第i土层范围内的和 qiA复合土钉支护位移 土层土层平均厚度(m)内摩擦角()黏聚力(kPa)粘结强度(kN/m)密度(kN/m)杂填土1.515104

14、018.7砾质黏性土4.022256019.0全风化花岗岩12.0263010019.5监测点平面布置图 基坑南侧边坡主要观测点水平位移日程曲线 基坑北侧边坡主要观测点水平位移日程曲线 土体侧向位移随深度变化曲线)/(3mKN/)/(scmKV6103)/(scmKH6103层号重度直剪（固快）渗透系数C/kPa-119.18.730.7304363-2a17.810.218.21020-120.134.819.01.20.1梁洲段基坑断面示意图 场地周边环境图 基坑主要支护形式 测点布置平面图 位移及沉降监测结果 坡顶变形和地面沉降的典型曲线 滑裂面“稳定核”过坑底滑裂面“稳定核”坑底以下超

15、固结土MC强度线适用于开挖问题的Hardening Soil ModelkPac20deg203/19mkN地下水位取地表以下1.0m 包络图(水土分算,矩形荷载)40200-20-400246810121416深度(m)水平位移(mm)Max:21.54002000-200-4000246810121416深度(m)弯矩(kN*m)-186.7 362.62001000-100-2000246810121416深度(m)剪力(kN)-172.7 178.8 184.9kN/m 107kN/mplan1包络图(水土合算,矩形荷载)20100-10-200246810121416深度(m)水平位

16、移(mm)Max:11.44002000-200-4000246810121416深度(m)弯矩(kN*m)-86.7 240.32001000-100-2000246810121416深度(m)剪力(kN)-106.2 114 114kN/m 62.2kN/md=0.8q=20(粉质粘土)hw=157.5H=10D=5灌注桩S=1mplan1包络图(水土合算,矩形荷载)1050-5-10012345678910深度(m)水平位移(mm)Max:9.34002000-200-400012345678910深度(m)弯矩(kN*m)-68.7 204.6100500-50-10001234567

17、8910深度(m)剪力(kN)-89.3 91.5 93.4kN/m 52.7kN/mplan1包络图(水土分算,矩形荷载)20100-10-20012345678910深度(m)水平位移(mm)Max:124002000-200-400012345678910深度(m)弯矩(kN*m)-82.9 282.42001000-100-200012345678910深度(m)剪力(kN)-120.4 117.7 119.6kN/m 71kN/md=0.8q=95(粉质粘土)hw=002.5H=5D=5灌注桩S=1m土钉锚杆井点水头边界浸润线位移矢量地表沉降209kNm/根96.4kN/根151.3

18、kN/根土钉末端锚杆末端“将上部土钉支护简化为人工边坡”的方法，可行，偏保守。“将上部土钉简化为超载”的方法，涉及到地下水的影响，超固结土的问题、不一定保守。简化方法“貌似神不似”。数值分析方法，最接近实际，需经验积累，高级本构模型。以上方法均未从解释机理的角度的认识出发建立方法。上海外国语大学经济人文学院基坑开挖深度约为4.55.5m，基坑周长约324m，面积约4200m2，采用复合土钉支护作为围护结构。10.73971.21596.92128.8S由ZSOIL.PC v2007计算获得的饱和度分布云图导入FLAC3D后的饱和度分布云图吸力分布云图位移矢量和云图竖直位移云图水平位移云图土钉轴力分布破坏时（Fs=1.5039）水平位移云图破坏时（Fs=1.5039）土体状态破坏时（Fs=1.5039）土钉轴力分布未考虑吸力贡献，强度折减法计算稳定性（Fs=1.2852）ykfdR41.121ykfdR1.11基坑南侧边坡主要观测点水平位移日程曲线 基坑北侧边坡主要观测点水平位移日程曲线