土钉墙-ppt课件.ppt
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1、土钉墙技术土钉墙技术n概述概述n土钉的适用地层及可行性评价土钉的适用地层及可行性评价n土钉支护的应用范围及优缺点土钉支护的应用范围及优缺点n土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较n土钉的工作机理土钉的工作机理n土钉支护的结构参数土钉支护的结构参数n土钉墙的设计内容土钉墙的设计内容n土钉墙的设计步骤土钉墙的设计步骤 n土钉墙设计的一般原则土钉墙设计的一般原则n土钉墙的设计方法及稳定性分析土钉墙的设计方法及稳定性分析n土钉墙施工土钉墙施工概述概述n土钉墙是由被加固土体、锚固于土体中的土钉群和面板组土钉墙是由被加固土体、锚固于土体中的土钉群和面板组成,形成类
2、似于重力式的挡土墙,以此来抵抗墙后传来的成,形成类似于重力式的挡土墙,以此来抵抗墙后传来的土压力或其他附加荷载,从而保持土体的稳定。土压力或其他附加荷载,从而保持土体的稳定。n组成:土体组成:土体+土钉土钉+面层面层n面层:钢筋网面层:钢筋网+喷射砼喷射砼n土钉:土钉:n注浆型注浆型n打入型打入型n射入式射入式概述概述n土钉墙的发展土钉墙的发展n国外:上世纪国外:上世纪70年代,德国、法国年代,德国、法国n我国:我国:n1980年开始山西柳湾煤矿边坡稳定年开始山西柳湾煤矿边坡稳定n上世纪上世纪80年代北京工业大学插筋补强年代北京工业大学插筋补强n上世纪上世纪90年代初在北京国家体委办公楼等试点
3、年代初在北京国家体委办公楼等试点n1991年以后陆续使用年以后陆续使用n目前比较成熟,支护深度达到目前比较成熟,支护深度达到21m概述概述n土钉墙的施工步骤土钉墙的施工步骤n开挖上层土体到一定深度开挖上层土体到一定深度n然后设置土钉并构筑混凝土面层然后设置土钉并构筑混凝土面层n继续向下开挖并重复上述步骤,直到所需深度继续向下开挖并重复上述步骤,直到所需深度土钉的适用土层及可行性评价土钉的适用土层及可行性评价n土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填土,当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时,杂填土,当场地同时存在砂、粘土
4、和不同风化程度的岩体时,应用土钉支护特别有利。应用土钉支护特别有利。n当存在地下水时,地下水应低于土坡开挖段,否则应进行降当存在地下水时,地下水应低于土坡开挖段,否则应进行降水处理。当用于粘结力很差或处于软塑状态的土体,应首先水处理。当用于粘结力很差或处于软塑状态的土体,应首先进行预注浆加固处理。进行预注浆加固处理。n对标贯击数小于对标贯击数小于10的砂土边坡,采用土钉法一般不经济。对的砂土边坡,采用土钉法一般不经济。对不均匀系数小于不均匀系数小于2的级配不良的砂土,不能采用土钉支护;的级配不良的砂土,不能采用土钉支护;对塑性指数对塑性指数IP20的土,必须详细评价其蠕变特性,当蠕变性的土,必
5、须详细评价其蠕变特性,当蠕变性很小时,才能将土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性很小时,才能将土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性土中作为永久性支护。土中作为永久性支护。n土钉支护深度一般不宜超过土钉支护深度一般不宜超过12m,当场地土层特别好时,可,当场地土层特别好时,可放宽到放宽到1416m土钉支护的应用范围与优缺点土钉支护的应用范围与优缺点n土钉支护的应用范围很广,主要有:土体开挖时的临时支土钉支护的应用范围很广,主要有:土体开挖时的临时支护、永久挡土结构、现有挡土结构和支护的修理、改建和护、永久挡土结构、现有挡土结构和支护的修理、改建和抢险加固等。抢险加固等。n土钉支护的优点:土钉
6、支护的优点:u材料用量和工程量少,施工速度快。材料用量和工程量少,施工速度快。u施工设备轻便、操作方法简单。施工设备轻便、操作方法简单。u对场地土层的适用性较强。对场地土层的适用性较强。u结构轻巧、柔性大、有良好的抗震性能和延性结构轻巧、柔性大、有良好的抗震性能和延性u安全可靠,信息化施工程度高安全可靠,信息化施工程度高u经济。一般土钉支护比灌注桩可节约造价经济。一般土钉支护比灌注桩可节约造价1/32/3 土钉支护的应用范围与优缺点土钉支护的应用范围与优缺点n土钉支护的缺点和局限性:土钉支护的缺点和局限性:u需要较大的地下空间需要较大的地下空间u土钉支护的变形较大。土钉属柔性支护,其变形大于土
7、钉支护的变形较大。土钉属柔性支护,其变形大于预应力锚撑支护,当对基坑变形要求严格时,不宜采预应力锚撑支护,当对基坑变形要求严格时,不宜采用土钉支护用土钉支护u土钉不适宜在软土及松散砂土地层中应用土钉不适宜在软土及松散砂土地层中应用u土钉支护如果作为永久性结构,需要专门考虑锈蚀等土钉支护如果作为永久性结构,需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。耐久性问题。 土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较n土钉与锚杆:二者的工作机理不同,锚杆一般施加预应力,土钉与锚杆:二者的工作机理不同,锚杆一般施加预应力,在其末端的锚固段内作为受力段与周围土体接触,提供锚在其末端的锚固
8、段内作为受力段与周围土体接触,提供锚固力。土钉一般不施加预应力或加很小的预应力,土钉只固力。土钉一般不施加预应力或加很小的预应力,土钉只有在土体发生变形后才能被动受力,土钉受力沿长度分布有在土体发生变形后才能被动受力,土钉受力沿长度分布也是不均匀的,一般是中间大、两头小,并且在主动区和也是不均匀的,一般是中间大、两头小,并且在主动区和抗力区内土钉叠加后使土钉自身趋于力平衡状态,因此土抗力区内土钉叠加后使土钉自身趋于力平衡状态,因此土钉面层不属于主要受力构件,它的主要作用是稳定开挖面钉面层不属于主要受力构件,它的主要作用是稳定开挖面上的局部土体,防止其塌落和受到侵蚀。上的局部土体,防止其塌落和受
9、到侵蚀。 同时锚杆的数量远少于土钉,土钉依靠群体起作用,同时锚杆的数量远少于土钉,土钉依靠群体起作用,在施工精度和质量要求上没有锚杆那样严格。在施工精度和质量要求上没有锚杆那样严格。土钉与锚杆的受力比较图土钉与锚杆的受力比较图土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较土钉与锚杆、加筋土及抗滑桩支护方法的比较n土钉墙与加筋挡土墙:土钉支护属于土体加筋技术中的土钉墙与加筋挡土墙:土钉支护属于土体加筋技术中的一种,其形式与加筋挡土墙类似,但土钉施工是从上到一种,其形式与加筋挡土墙类似,但土钉施工是从上到下分段边挖土边支护,而加筋土则与之相反,从下而上下分段边挖土边支护,而加筋土则与之相反,从下而上分层
10、施工,因此二者受力状态相差较大。再者加筋杆件分层施工,因此二者受力状态相差较大。再者加筋杆件一般水平设置,而土钉则与水平面有一定的夹角。一般水平设置,而土钉则与水平面有一定的夹角。n土钉墙与抗滑桩:抗滑桩的直径一般大于土钉,因而起土钉墙与抗滑桩:抗滑桩的直径一般大于土钉,因而起到抗滑挡土的作用,只要抗滑桩不被剪断,就能保持土到抗滑挡土的作用,只要抗滑桩不被剪断,就能保持土坡的稳定,抗滑桩主要发挥抗剪作用。而土钉直径较小,坡的稳定,抗滑桩主要发挥抗剪作用。而土钉直径较小,起不到挡土的作用,土体破坏时可绕过土体继续滑动,起不到挡土的作用,土体破坏时可绕过土体继续滑动,而土钉则不需要被剪断,土钉只要
11、不被拔出就能继续工而土钉则不需要被剪断,土钉只要不被拔出就能继续工作,因而土钉主要发挥抗拉作用。作,因而土钉主要发挥抗拉作用。土钉的工作机理土钉的工作机理n挡墙的被动制约机制:防止土体坍塌破坏的传统方法是挡墙的被动制约机制:防止土体坍塌破坏的传统方法是用挡土结构支护法,依靠挡土结构自身强度、刚度、支用挡土结构支护法,依靠挡土结构自身强度、刚度、支撑条件及嵌入深度形成抗力维持稳定,其作用是利用外撑条件及嵌入深度形成抗力维持稳定,其作用是利用外部支挡形成的抗力被动地支挡要下滑破坏的边坡土体。部支挡形成的抗力被动地支挡要下滑破坏的边坡土体。n土钉墙是在土体内设置一定长度与分布密度的钢筋,与土钉墙是在
12、土体内设置一定长度与分布密度的钢筋,与土体共同工作,以弥补土体自身强度的不足,增强土坡土体共同工作,以弥补土体自身强度的不足,增强土坡坡体自身的稳定性,属于主动制约支挡体系。坡体自身的稳定性,属于主动制约支挡体系。n试验表明,采用土钉后的边坡比天然土坡的承载力提高试验表明,采用土钉后的边坡比天然土坡的承载力提高一倍以上。采用土钉支护后边坡的变形发展阶段有:弹一倍以上。采用土钉支护后边坡的变形发展阶段有:弹性变形阶段、塑性变形阶段、渐进变形阶段和破坏阶段。性变形阶段、塑性变形阶段、渐进变形阶段和破坏阶段。而天然边坡则没有渐进变形开裂阶段,而由塑性变形进而天然边坡则没有渐进变形开裂阶段,而由塑性变
13、形进入破坏阶段,其失稳形式为突发性滑塌。入破坏阶段,其失稳形式为突发性滑塌。土钉的工作机理土钉的工作机理n土钉墙的作用机理主要有以下三点:土钉墙的作用机理主要有以下三点:l复合土体作用:土钉与土共同作用,共同承担外荷载和土体自复合土体作用:土钉与土共同作用,共同承担外荷载和土体自重应力,形成了强度较高的复合土体。由于土钉有较高的抗弯、重应力,形成了强度较高的复合土体。由于土钉有较高的抗弯、抗剪、抗拉强度,当土体变形进入塑性变形阶段后,应力逐渐抗剪、抗拉强度,当土体变形进入塑性变形阶段后,应力逐渐向土钉转移,这样就减少了土体中的应力集中,避免了塑性区向土钉转移,这样就减少了土体中的应力集中,避免
14、了塑性区的进一步扩大,提高了土体的承载力。的进一步扩大,提高了土体的承载力。l类重力墙的作用:由于土钉数量众多,间距较小,土钉与土的类重力墙的作用:由于土钉数量众多,间距较小,土钉与土的共同作用使之形成了类重力式复合土体挡墙,以抵抗土体侧压共同作用使之形成了类重力式复合土体挡墙,以抵抗土体侧压力,保持土体稳定。力,保持土体稳定。l土拱作用:受土钉约束,邻近土钉的土体变形较小,离土钉较土拱作用:受土钉约束,邻近土钉的土体变形较小,离土钉较远的土体变形较大,土钉与钉间土形成了土拱作用,保持钉间远的土体变形较大,土钉与钉间土形成了土拱作用,保持钉间土的稳定。土的稳定。 主动约束机制与被动约束机制主动
15、约束机制与被动约束机制a开挖前的弹性平衡状态;开挖前的弹性平衡状态;b开挖卸荷造成的剪切破坏;开挖卸荷造成的剪切破坏;C被动支挡提供侧向平衡力被动支挡提供侧向平衡力被动制约;被动制约;d内部补强提供侧向约束内部补强提供侧向约束主动制约;主动制约;土钉支护的结构参数土钉支护的结构参数主要有主要有4个参数指标:个参数指标:n长度比长度比L/H,L为土钉长度,为土钉长度,H为支护高度或土体挖深;为支护高度或土体挖深;n粘结比粘结比DL/A,D为孔径,为孔径,A为每一土钉名义上承担的为每一土钉名义上承担的土体竖向面积,即为水平间距和竖向间距的乘积;土体竖向面积,即为水平间距和竖向间距的乘积;n强度比强
16、度比d2/A,d为土钉钢筋直径,如果土钉和钉孔为非为土钉钢筋直径,如果土钉和钉孔为非圆断面,则以钢材面积相等来确定等效圆断面,则以钢材面积相等来确定等效d,并以粘结面,并以粘结面积相等来确定等效积相等来确定等效D;n性能比性能比/H,为支护土体向外移动的最大水平位移,为支护土体向外移动的最大水平位移,发生在支护面层顶端上。发生在支护面层顶端上。土钉墙的设计内容土钉墙的设计内容n确定土钉墙的平面、剖面尺寸及分段开挖深度确定土钉墙的平面、剖面尺寸及分段开挖深度n确定土钉的布置方式和间距确定土钉的布置方式和间距n确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向确定土钉的直径、长度、倾角及在空间的方向n确定土
17、钉钢筋的类型、直径和构造确定土钉钢筋的类型、直径和构造n注浆配比、注浆方式设计注浆配比、注浆方式设计n混凝土面板设计及坡顶防护设计混凝土面板设计及坡顶防护设计n进行整体和内部稳定性分析进行整体和内部稳定性分析n施工图设计施工图设计n监测、质量控制与保证设计监测、质量控制与保证设计土钉墙的设计步骤土钉墙的设计步骤(1)根据边坡高度、土质条件及工程性质,初步确定土钉墙的结)根据边坡高度、土质条件及工程性质,初步确定土钉墙的结构尺寸、土钉布置方式和间距,分段开挖深度;构尺寸、土钉布置方式和间距,分段开挖深度;(2)根据现场抗拔试验结果、土压力分布、土抗剪参数,并结合)根据现场抗拔试验结果、土压力分布
18、、土抗剪参数,并结合已往经验,确定土钉类型尺寸、土钉直径和长度;已往经验,确定土钉类型尺寸、土钉直径和长度;(3)进行内部稳定性分析,包括不同开挖阶段、不同位置处沿最)进行内部稳定性分析,包括不同开挖阶段、不同位置处沿最危险破裂面的滑坡破坏、土钉本身的强度破坏,拔出破坏以及危险破裂面的滑坡破坏、土钉本身的强度破坏,拔出破坏以及喷射混凝土面板的破坏等;喷射混凝土面板的破坏等;(4)进行外部稳定性验算。把土钉视为挡土墙,进行抗滑、抗倾、)进行外部稳定性验算。把土钉视为挡土墙,进行抗滑、抗倾、底部地基承载力验算;底部地基承载力验算;(5)进行第()进行第(3)、()、(4)项的稳定性验算,如不满足,
19、修改)项的稳定性验算,如不满足,修改(1)、()、(2)项的设计内容。重复上述过程直到取得满意结果。)项的设计内容。重复上述过程直到取得满意结果。(6)进行施工图设计、构造设计及质量控制设计。)进行施工图设计、构造设计及质量控制设计。土钉墙的一般原则土钉墙的一般原则(1)土钉墙一般用于高度在)土钉墙一般用于高度在15米以下的基坑和边坡,常用高度为米以下的基坑和边坡,常用高度为612米,坡角米,坡角7090度。度。(2)土钉长度一般为:注浆式土钉为)土钉长度一般为:注浆式土钉为0.51.0H,打入式土钉为,打入式土钉为0.51.2H。(3)土钉一般均匀布置在坡面中,为使土钉与周围土体形成一个)土
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