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岩土研究院

​土钉墙的设计内容介绍

491 2021-03-17 10:59:27


土钉墙的设计内容主要有∶

(1)土钉墙平面、剖面形状以及分层施工高度;

(2)土钉选型;

(3)土钉的几何参数,包括间距、直径、长度、倾角及钢筋的类型和直径等;(4)注浆配方设计、注浆方式、浆体强度指标;

(5)喷射混凝土面板设计;

(6)坡顶防护措施;

(7)进行土钉墙整体稳定性分析及土钉抗拔力验算,通过计算验证上述设计参数;

(8)现场监测和反馈设计;

(9)绘制施工图、编写施工说明。


1、土钉墙平面、剖面形状以及分层施工高度

土钉墙平面布置应根据建筑物地下结构布置平面、规划红线以及施工作业空间要求进行,当采用放坡时,应根据设计坡比在平面图上确定坡顶和坡底位置。


波面采用放坡方式对坡体的稳定性相当有利,在条件允许放坡时,应尽可能地采用较缓的坡度(土钉墙坡度指其墙面垂直高度与水平宽度的比值),提高坡体的稳定性。对于土钉墙和预应力锚杆复合土钉墙的坡度不宜大于1∶0.2;当基坑较深、土的抗剪强度较低时,宜取较小坡度;对砂土、碎石土、松散填土,确定土钉墙坡度时尚应考虑开挖时坡面的局部自稳能力;微型桩、水泥土桩复合土钉墙,应采用微型桩、水泥土桩与土钉墙面层贴合的垂直墙面。


当基坑较深,允许有较大放坡空间时,还可以采用分级放坡,每级坡体可根据土质情况设置不同的坡率,两级坡体之间宜设置 1~2m 放坡平台。


分段施工高度主要由设计的土钉竖向间距确定,考虑施工工作面要求及混凝土面层内钢筋网的搭接长度要求,分段施工高度必须大于土钉竖向间距,一般低于土钉 300~ 500mm,如∶当土钉竖向间距为1500mm时,分段施工高度为1800~2000mm。


2、土钉墙的选型

(1)土钉选型∶因采用洛阳铲成孔比较经济,同时施工速度快,因此对一般土层宜优先使用。对易塌孔的松散或稍密的砂土、稍密的粉土、填土,或易缩径的软土,打入式钢管土钉可以克服洛阳铲成孔时塌孔、缩径的问题,避免因塌孔、缩径带来的土体扰动和沉陷,对保护基坑周边环境有利,此时可以用打入式钢管土钉。机械成孔的钢筋土钉成本高,且土钉数量一般都很多,需要配备一定数量的钻机,只有在洛阳铲成孔或钢管土钉打入困难的土层中,才采用机械成孔的钢筋土钉。


(2)复合土钉墙

1)采用预应力锚杆复合土钉墙时,预应力锚杆宜采用钢绞线锚杆,且应设置自由段,自由段长度应超过土钉墙坡体的潜在滑动面;当预应力锚杆用于减小地面变形时,锚杆宜布置在土钉墙的较上部位;用于增强面层抵抗土压力的作用时,锚杆应布置在土压力较大及墙背土层较软弱的部位;锚杆与土钉墙的喷射混凝土面层之间应设置腰梁连接,腰梁可采用型钢(槽钢或工字钢)腰梁或混凝土腰梁,腰梁与喷射混凝土面层应紧密接触,腰梁规格应根据锚杆拉力设计值确定。


复合土钉墙中锚杆应施加预应力,预应力的大小应考虑土钉与锚杆的变形协调,土钉在基坑有一定变形发生后才受力,预应力锚杆随基坑变形拉力也会增长。土钉和锚杆同时达到极限状态是最理想的,选取锚杆长度和确定锚杆预加力时,应按此原则考虑。


2)采用微型桩垂直复合土钉墙时,宜同时采用预应力锚杆;微型桩桩型应根据施工工艺对土层特性和基坑周边环境条件的适用性选用微型钢管桩、型钢桩或灌注桩等;微型桩的直径、规格应根据对复合墙面的强度要求确定,采用成孔后插入微型钢管桩、型钢桩的工艺时,成孔直径宜取130~300mm,对钢管,其直径宜取 48~250mm,对工字钢,其型号宜取Ⅰ10~Ⅰ22;孔内应灌注水泥浆或水泥砂浆并充填密实;采用微型混凝土桩时,其直径宜取 200~300mm;微型桩的间距应满足土钉墙施工时桩间土的稳定性要求;微型桩伸入基坑底面的长度宜大于桩径的5 倍,且不应小于lm。微型桩应与喷射混凝。面层贴合。


3)采用水泥土桩复合土钉墙时,应根据水泥土桩施工工艺对土层特性和基坑周边环境条件的适用性选用搅拌桩、旋喷桩等桩型;水泥土桩应与喷射混凝土面层贴合,桩身3d无侧限抗压强度不宜小于1MPa,伸入基坑底面的长度宜大于桩径的2 倍,且不应小于 1m; 当水泥土桩兼作截水帷幕时,尚应符合截水要求。


3、几何参数

(1)当采用洛阳铲或机械成孔注浆型钢筋土钉时,成孔直径宜取 70~120mm(洛阳铲一般为60~80mm);土钉钢筋宜采用 HRB400、HRB500钢筋,钢筋直径应根据土钉抗拔承载力设计要求确定,且宜取16~32 mm;应沿土钉全长设置对中定位支架,其间距宜取1.5~2.5m,土钉钢筋保护层厚度不宜小于20mm;土钉孔注浆材料可采用水泥浆或水泥砂浆,其强度不宜低于 20MPa;

(2)当采用钢管土钉时,钢管的外径不宜小于 48mm,壁厚不宜小于 3mm;钢管的注浆孔应设置在钢管里端l/2~21/3 范围内,此处,L为钢管土钉的总长度;每个注浆截面的注浆孔宜取2个,且应对称布置,注浆孔的孔径宜取5~8mm,注浆孔外应设置保护倒刺;钢管土钉的接长采用焊接时,接头强度不应低于钢管强度;可采用数量不少于 3根、直径不小于16mm 的钢筋沿截面均匀分布拼焊,双面焊接时钢筋长度不应小于钢管直径的 2倍。


(3)土钉长度

土钉长度应按各层土钉受力均匀、各土钉拉力与相应土钉极限承载力的比值近于相等的原则确定。土钉长度越长,抗拔力越高,土钉墙的稳定性越好;但超过一定长度,抗拔效率下降,施工难度和工程造价相应的就会提高。目前的工程实践中,长度一般为5~ 12m,如需要较长土钉时,应考虑采用复合式土钉墙。


(4)分布间距

在立面上土钉的布置方式一般采用矩形或梅花形布置。

土钉的间距有水平间距和竖向间距,通常采用等间距布置。土钉间距与土钉长度相关,一般情况下土钉越长,间距越大,同时,竖向间距与土体的开挖稳定性相关。一般土钉水平间距和竖向间距宜为1~2m;当基坑较深、土的抗剪强度较低时,土钉间距应取小值。


(5)倾角

理论上,土钉与整体滑动破裂面垂直时,土钉抗力的发挥将是最充分的,但实际上是做不到的。基坑浅部,破裂面近似垂直,上部土钉倾角越小,对变形的控制效果也越好,但越趋于水平,施工越难,特别是成孔注浆土钉,浆液靠自重灌注,倾角越小,浆液流入就越困难,可能需要多次补浆,并很难保证注浆质量。实践证明,土钉倾角取5°~20°是比较适宜的。


从方便设计和施工角度,通常同一排土钉采用相同的倾角,各排土钉可采用不同的倾角。


4、浆体强度指标、注浆方式设计

注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆,并加入适量的速凝剂和减水剂,水泥浆或水泥砂浆其强度等级不宜低于 M10;注浆水泥应采用普通硅酸盐水泥,强度不低于P42.5。


视土质的不同和土钉倾角大小的不同,注浆方式可采用重力无压注浆、低压(0.4~ 0.6MPa)注浆、高压(1~2MPa)注浆、二次注浆等;当采用重力无压注浆时,土钉倾角宜大于15°,当土质较差,土钉倾角水平或较小时,可采用低压注浆和高压注浆,此时应配有排气管;当必须提供较大的土钉抗拔力时,还可采用二次注浆。


5、喷射混凝土面板及土钉和面板的连接

面板上的土压力并不大,工程中通常采用构造要求设计面板厚度、混凝土强度等级和钢筋配置。面板厚度宜取80~100mm,混凝土设计强度等级不宜低于C20;面板内应配置钢筋网,在土钉位置应设置水平和竖向通长的加强钢筋;钢筋网宜采用 HPB300级钢筋,钢筋直径宜取6~10mm,钢筋网间距宜取 150~250mm,钢筋网间的搭接长度应大于300mm,保护层厚度不宜小于20mm;加强钢筋的直径宜取14~20mm,当充分利用土钉杆体的抗拉强度时,加强钢筋的截面面积不应小于土钉杆体截面面积的1/2。


土钉与加强钢筋宜采用焊接连接,其连接应满足承受土钉拉力的要求;当在土钉拉力作用下喷射混凝土面层的局部受冲切承载力不足时,应采用设置承压钢板等加强措施。见图 7.3。