土钉墙设计中水平间距对经济性的分析

发表时间:2018/2/8   来源:《建筑学研究前沿》2017年第27期   作者:叶建东
[导读] 土钉支护技术是国外70年代发展起来的边坡原位加筋支护技术,是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司  四川成都  610072
  摘要:土钉墙是近年来发展起来用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构,由于它具有施工速度快、造价便宜等许多优点,其应用日益广泛。本论文概要论述了土钉墙的设计计算方法,列举了在北京地区的应用实例,并分析了随土钉水平间距变化土钉墙设计的经济性,这对工程实际有很大的经济意义。
  关键词:土钉墙;基坑支护;经济性分析
  Design method of Soil Nailing Wall and economic analysis
  Ye Jiandong
  (1.Power China Chengdu Engineering Corporation,Chengdu,Sichuan 600072,China)
  Abstract:Soil nailing wall is a new type of retaining wall that has been used in the retaining and protecting of foundation pit and slope stability recently.It has developed quickly because it has a lot of merit,such as:fast construction,low cost.This thesis summarized the design methods of soil nailing wall,and introduce in detail the pattern of soil nailing wall.Finally an engineering example is designed in Beijing and the economic analysis is done considering the variety of the soil parameters.
  Keywords:Soil nailing wall
  Foundation pit retaining and protecting
  Economic analysis
  
  
  1概述
  土钉支护技术是国外70年代发展起来的边坡原位加筋支护技术,是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它一般由被加固土体、放置于原位土体中的土钉以及附着在坡面上的喷射混凝土面层所组成,形成一个类重力式的挡土墙。由于它具有施工速度快、造价便宜等许多优点,其应用日益广泛,在许多地方已成为基坑支护的主要手段,并产生了许多创新的发展,开拓了土钉墙的应用领域[1]。
  所谓的“土钉”,就是在现场原位土体中安设一定长度和密度的抗拉杆件,其特点是杆件沿通长与周围土体紧密接触,以群体起作用,与周围土体形成了一个组合体,在土体发生变形的条件下,通过与土体接触界面上的粘结力,使土钉受拉,并通过土钉给土体以结束加固,使其稳定。土钉支护技术就是利用土钉的特点,使其与土体共同作用,以充分发挥土体的自身强度,增强土体的自身稳定性,从而达到边坡安全的目的。土钉墙支护见图(1)。
  
  图(1) 土钉墙支护简图
  土钉墙支护适用于地下水位以上或经过人工降水后的一般粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土应采用复合型土钉墙支护。
  2  土钉墙设计
  土钉墙工程设计应包括以下内容[2]:
  (1)确定土钉墙的结构尺寸及分段施工长度与高度;
  (2)设计土钉的长度、间距及布置、孔径、钢筋直径;
  (3)进行内部稳定性分析计算及辅助计算;
  (4)设计面层和注浆参数;
  (5)必要时,进行土钉墙变形分析;
  (6)进行构造设计和质量控制要求。
  土钉墙支护设计应满足规定的强度、稳定性、变形和耐久性等要求。土钉墙支护的土钉设计和稳定性计算采用总安全系数法。其中以荷载和材料性能的标准值作为计算值,并据此确定土压力。
  土钉墙支护各组成部分尺寸与参数的确定[3]:
  (1)土钉长度
  沿支护高度土钉内力相差较大,一般为中部大,上部和下部小。中部土钉起的作用大。一般对非饱和土,土钉长度L与开挖深度H之比L/H=0.6~1.2范围,密实砂土及干硬性粘土取小值。为减少变形,顶部土钉长度宜适当增加。
  (2)土钉间距
  土钉间距的大小目前尚不能给出有足够理论依据的定量指标。土钉的水平间距和垂直间距一般宜为1.2~2.0m。垂直间距依土层及计算确定,且与开挖深度相对应。
  (3)土钉直径
  当采用钢筋时,一般为φ18~φ32mm,Ⅱ级以上螺纹钢筋。
  当采用角钢时,一般为∠5×50×50角钢。
  当采用钢管时,一般为φ50钢管。
  (4)土钉倾角
  土钉垂直方向向下倾角一般在0o~20o,土钉倾角取决于注浆钻孔工艺与土体分层特点等多种因素。
  (5)注浆材料
  用水泥砂浆或水泥素浆。水泥采用不低于425#的普通硅酸盐水泥,水灰比1:0.40~0.50。
  (6)支护面层
  临时性土钉支护的面层通常用50~150mm,厚的钢筋网喷射混凝土,混凝土标号不低于C20。钢筋网常用φ6~φ8 mm,级钢筋焊成15~30cm方格网片。
  3  工程概况[4]
  本工程为北京某大厦土钉墙支护设计,该工程的土层分层情况及土性指标如图(2)和表(1)所示,采用力学参数C、φ值亦列于表中。
  

  土钉水平间距和单位墙长钢筋用量及单位墙长水泥浆用量的关系曲线如图(3)和图(4)。
  由表中数据我们可以看出在水平间距逐渐变小的情况下,其钢筋用量在随着水平间距的减小而在不同程度的增大,水泥浆用量也是同样的规律在增大。这是因为土钉的水平间距减小,使得土钉的密度加大,则滑裂面就越往后移,具有明显的试图避开土钉加固区的趋势。要保证外部整体稳定性满足要求,这就导致了钢筋长度的增加,类重力式挡土墙的特性便越来越明显,土钉加固区就形成了一个复合体挡土墙,从而起到重力式挡墙的作用。
  5结语
  通过利用计算机程序对土钉墙设计计算参数水平间距进行研究分析得出,土钉设置的水平间距和垂直间距以及地面荷载等对土钉墙设计的经济性起着重要的作用,各个设计参数所起的作用时不同的,所以合理的选择设计参数对土钉墙的设计具有重要的意义,这将对工程实际的建设有很大的指导意义。
  参考文献
  [1] 陈忠汉,黄书秩.程丽萍.深基坑工程.北京:机械工业出版社,2002
  [2] 程良奎,杨志银.喷射混凝土与土钉墙.北京:中国建筑工业出版社,1998
  [3] CECS96:97.基坑土钉支护技术规程.北京:中国工程建设标准化协会,1997
  [4] 陈肇元,崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用.北京:中国建筑工业出版社,1997
  [5] TB10025—2001,127—2001.铁路路基支挡结构设计规范.北京:中华人民共和国铁道部,2001

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