基坑支护方案土钉墙详细计算.docx
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基坑支护方案土钉墙详细计算
第一章基坑边坡计算
一、工程概况
（一）土质分布情况
①1杂填土（Q4ml）：
由粉质粘土混较多的碎砖、碎石子等建筑垃圾及生活垃圾组成。
层厚0.50～4.80米。
①2素填土（Q4ml）：
主要由软～可塑状粉质粘土夹少量小碎石子、碎砖组成。
层厚0.40～2.90米。
①3淤泥质填土（Q4ml）：
。
主要为原场地塘沟底部的淤泥，后经翻填。
分布无规律，局部分布。
层厚0.80～2.30米。
②1粉质粘土（Q4al）：
可塑，局部偏软塑，中压缩性，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，土质不均匀，该层分布不均，局部缺失。
层顶标高5.00～13.85米，层厚0.50～8.20米。
②2粉土夹粉砂（Q4al）：
中压缩性，干强度及韧性低。
夹薄层粉砂，具水平状沉积层理，单层厚1.0～5.0cm，局部富集。
该层分布不均匀，局部缺失。
层顶标高1.30～10.93米，层厚0.80～4.50米。
②3含淤泥质粉质粘土（Q4al）：
软～流塑，高压缩性，干强度、韧性中等偏低。
局部夹少量薄层状粉土及粉砂，层顶标高1.87～10.03米，层厚1.00～13.50米。
②4粉质粘土（Q4al）：
饱和，可塑，局部软塑，中压缩性，层顶标高-8.30～7.27米，层厚1.10～14.60米。
③1粉质粘土（Q3al）：
可～硬塑，中压缩性。
干强度高，韧性高。
含少量铁质浸染斑点及较多的铁锰质结核。
该层顶标高-11.83～13.23米，层厚1.40～14.00米。
③2粉质粘土（Q3al）可塑，局部软塑，中压缩性。
该层顶标高-18.83～6.83米，层厚2.20～23.70米。
④粉质粘土混砂砾石（Q3al）：
可塑，局部软塑，中偏低压缩性，干强度中等，韧性中等。
该层顶标高-26.73～-10.64米，层厚0.50～6.50米。
（二）支护方案的选择
根据本工程现场实际情况，基坑各部位确定采取如下支护措施
1、3#楼与4#楼地下室相邻处，地下室间距4.8m，基坑底高差5.0m，土质分布为
1、
2、
1土层，采取土钉墙支护的方式。
2、2#楼与C型地下坡道相邻处距离为4.5m,但高差较小，约为2.8m，土质分布为
1、
2、
3土层，考虑到土质稍差，也采用土钉墙支护的方式。
3、1#楼与D地块地下室高差较大，且建筑物间距较小，最小处约2.8m，为安全起见，保留原设计钢板桩支护的方式。
4、6#、7#高差连通楼梯之间高差较小，其他以上未提及部位地下室间距较大，具备自然放坡条件，可以不采用支护措施。
二、计算依据：
1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012
2、《建筑施工计算手册》江正荣编著
3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著
4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著
5、《地基与基础》第三版
本工程外围有维护桩，基础施工阶段需采取降水措施，边坡计算中不考虑水位影响因素。
由于本工程基础为桩承台基础，基础承载于桩基上，计算中不考虑建筑物荷载，同时也忽略桩对土体稳定的影响。
三、1~1剖面边坡计算书（3#楼与4#楼相邻处地下室）
（一）参数信息:
1、基本参数：
侧壁安全级别：
一级
基坑开挖深度h（m）：
5.000；
土钉墙计算宽度b'（m）：
15.00；
土体的滑动摩擦系数按照tanφ计算，φ为坡角水平面所在土层内的内摩擦角；
条分块数：
10；
不考虑地下水位影响；
2、荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）荷载宽度b0（m）基坑边线距离b1（m）
1局布20.00100.5
3、地质勘探数据如下：
：
序号
1
土名称
粉土
土厚度（m）
2.8
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19.8
坑壁土的内摩擦角φ（°）
12.2
粘聚力C（kPa）
37.4
极限摩擦阻力（kPa）
50
饱和重度（kN/m3）
20
序号
2
土名称
粉土
土厚度（m）
2.6
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19.9
坑壁土的内摩擦角φ（°）
26.9
粘聚力C（kPa）
6.9
极限摩擦阻力（kPa）
70
饱和重度（kN/m3）
22
序号
3
土名称
粉土
土厚度（m）
2.3
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19.7
坑壁土的内摩擦角φ（°）
12
粘聚力C（kPa）
34.3
极限摩擦阻力（kPa）
50
饱和重度（kN/m3）
21
4、土钉墙布置数据：
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
15.003.5010.00
土钉参数：
序号孔径（mm）长度（m）入射角（度）竖向间距（m）水平间距（m）
1100.007.0015.001.002.00
2100.006.0015.001.502.00
（二）土钉（含锚杆）抗拉承载力的计算:
单根土钉受拉承载力计算，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，
R=1.25γ0Tjk
1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：
Tjk=ζeajksxjszj/cosαj
其中ζ--荷载折减系数
eajk--土钉的水平荷载
sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离
αj--土钉与水平面的夹角
ζ按下式计算：
ζ=tan[（β-φk）/2]（1/（tan（（β+φk）/2））-1/tanβ）/tan2（45°-φ/2）
其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。
φ--土的内摩擦角
eajk按根据土力学按照下式计算：
eajk=∑{[（γi×szj）+q0]×Kai-2c（Kai）1/2}
2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算
Tuj=（1/γs）πdnj∑qsikli
其中dnj--土钉的直径。
γs--土钉的抗拉力分项系数，取1.3
qsik--土与土钉的摩擦阻力。
根据JGJ120-99表6.1.4和表4.4.3选取。
li--土钉在直线破裂面外穿越稳定土体内的长度。
第1号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12mm；
第2号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12mm；
（三）土钉墙整体稳定性的计算:
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：
公式中：
γk--滑动体分项系数，取1.3；
γ0--基坑侧壁重要系数；
ωi--第i条土重；
bi--第i分条宽度；
cik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；
φik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；
θi--第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；
αj--土钉与水平面之间的夹角；
Li--第i条土滑裂面的弧长；
s--计算滑动体单元厚度；
Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。
Tnj=πdnj∑qsiklnj
lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度
把各参数代入上面的公式，进行计算
可得到如下结果：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步2.62430.8020.1061.4511.454
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第2步1.75835.133-0.0093.7803.780
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第3步1.37035.133-0.0197.5607.560
示意图如下：
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数γk=2.624>1.30满足要求!
[标高-1.000m]
第2步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.758>1.30满足要求!
[标高-2.500m]
第3步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.370>1.30满足要求!
[标高-5.000m]
（四）抗滑动及抗倾覆稳定性验算
（1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算：
KH=f'/Eah≥1.3
式中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
f'为墙底的抗滑阻力（kN），由下式计算求得：
f'=μ（W+qBaSv）
μ为土体的滑动摩擦系数；
W为所计算土体自重（kN）
q为坡顶面荷载（kN/m2）；
Ba为荷载长度；
Sv为计算墙体的厚度，取土钉的一个水平间距进行计算
1级坡：
KH=39.933>1.3，满足要求！
（2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数按以下公式计算：
KQ=MG/MQ
式中，MG--由墙体自重和地面荷载产生的抗倾覆力矩，由下式确定
MG=W×BC×qBa×（B'-B+b×Ba/2）
其中，W为所计算土体自重（kN）
其中，q为坡顶面荷载（kN/m2）
Bc为土体重心至o点的水平距离；
Ba为荷载在B范围内长度；
b为荷载距基坑边线长度；
B'为土钉墙计算宽度；
Mk--由主动土压力产生的倾覆力矩，由下式确定
Mk=Eah×lh
其中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
lh为主动土压力水平分量的合力点至通过墙趾O水平面的垂直距离。
1级坡：
KQ=273.344>1.5，满足要求！
四、2~2剖面支护计算书（2#楼与C型坡道相邻处）
（一）参数信息:
1、基本参数：
侧壁安全级别：
一级
基坑开挖深度h（m）：
2.800；
土钉墙计算宽度b'（m）：
10.00；
土体的滑动摩擦系数按照tanφ计算，φ为坡角水平面所在土层内的内摩擦角；
条分块数：
10；
不考虑地下水位影响；
2、荷载参数：
序号类型面荷载q（kPa）荷载宽度b0（m）基坑边线距离b1（m）
1局布20.00100.8
3、地质勘探数据如下：
：
序号
1
土名称
粘性土
土厚度（m）
1
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19.8
坑壁土的内摩擦角φ（°）
12.2
粘聚力C（kPa）
37.4
极限摩擦阻力（kPa）
50
饱和重度（kN/m3）
20
序号
2
土名称
粉土
土厚度（m）
1.5
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19.9
坑壁土的内摩擦角φ（°）
26.9
粘聚力C（kPa）
6.9
极限摩擦阻力（kPa）
70
饱和重度（kN/m3）
22
序号
3
土名称
粉土
土厚度（m）
5.3
坑壁土的重度γ（kN/m3）
19
坑壁土的内摩擦角φ（°）
9.3
粘聚力C（kPa）
24.3
极限摩擦阻力（kPa）
60
饱和重度（kN/m3）
21
4、土钉墙布置数据：
放坡参数：
序号放坡高度（m）放坡宽度（m）平台宽度（m）
12.803.0010.00
土钉参数：
序号孔径（mm）长度（m）入射角（度）竖向间距（m）水平间距（m）
1100.005.0015.000.502.00
（二）土钉（含锚杆）抗拉承载力的计算:
单根土钉受拉承载力计算，根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，
R=1.25γ0Tjk
1、其中土钉受拉承载力标准值Tjk按以下公式计算：
Tjk=ζeajksxjszj/cosαj
其中ζ--荷载折减系数
eajk--土钉的水平荷载
sxj、szj--土钉之间的水平与垂直距离
αj--土钉与水平面的夹角
ζ按下式计算：
ζ=tan[（β-φk）/2]（1/（tan（（β+φk）/2））-1/tanβ）/tan2（45°-φ/2）
其中β--土钉墙坡面与水平面的夹角。
φ--土的内摩擦角
eajk按根据土力学按照下式计算：
eajk=∑{[（γi×szj）+q0]×Kai-2c（Kai）1/2}
2、土钉抗拉承载力设计值Tuj按照下式计算
Tuj=（1/γs）πdnj∑qsikli
其中dnj--土钉的直径。
γs--土钉的抗拉力分项系数，取1.3
qsik--土与土钉的摩擦阻力。
根据JGJ120-99表6.1.4和表4.4.3选取。
li--土钉在直线破裂面外穿越稳定土体内的长度。
第1号土钉钢筋的直径ds至少应取：
12mm；
（三）土钉墙整体稳定性的计算:
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012要求，土钉墙应根据施工期间不同开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采用圆弧滑动简单条分法如下图，按照下式进行整体稳定性验算：
公式中：
γk--滑动体分项系数，取1.3；
γ0--基坑侧壁重要系数；
ωi--第i条土重；
bi--第i分条宽度；
cik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪粘聚力标准值；
φik--第i条滑土裂面处土体固结不排水（快）剪内摩擦角标准值；
θi--第i条土滑裂面处中点切线与平面夹角；
αj--土钉与水平面之间的夹角；
Li--第i条土滑裂面的弧长；
s--计算滑动体单元厚度；
Tnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固与土体的极限抗拉力，按下式计算。
Tnj=πdnj∑qsiklnj
lnj--第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度
把各参数代入上面的公式，进行计算
可得到如下结果：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第1步6.83727.2330.2510.7010.744
示意图如下：
计算步数安全系数滑裂角（度）圆心X（m）圆心Y（m）半径R（m）
第2步1.78541.8890.4034.5274.545
示意图如下：
计算结论如下：
第1步开挖内部整体稳定性安全系数γk=6.837>1.30满足要求!
[标高-0.500m]第2步开挖内部整体稳定性安全系数γk=1.785>1.30满足要求!
[标高-2.800m]
（四）抗滑动及抗倾覆稳定性验算
（1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算：
KH=f'/Eah≥1.3
式中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
f'为墙底的抗滑阻力（kN），由下式计算求得：
f'=μ（W+qBaSv）
μ为土体的滑动摩擦系数；
W为所计算土体自重（kN）
q为坡顶面荷载（kN/m2）；
Ba为荷载长度；
Sv为计算墙体的厚度，取土钉的一个水平间距进行计算
1级坡：
KH=13.277>1.3，满足要求！
（2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数按以下公式计算：
KQ=MG/MQ
式中，MG--由墙体自重和地面荷载产生的抗倾覆力矩，由下式确定
MG=W×BC×qBa×（B'-B+b×Ba/2）
其中，W为所计算土体自重（kN）
其中，q为坡顶面荷载（kN/m2）
Bc为土体重心至o点的水平距离；
Ba为荷载在B范围内长度；
b为荷载距基坑边线长度；
B'为土钉墙计算宽度；
Mk--由主动土压力产生的倾覆力矩，由下式确定
Mk=Eah×lh
其中，Eah为主动土压力的水平分量（kN）；
lh为主动土压力水平分量的合力点至通过墙趾O水平面的垂直距离。
1级坡：
KQ=579.848>1.5，满足要求！
第二章土钉墙支护施工工艺
（一）土钉墙施工工艺流程
测放边线
挖土
配制、灌注浆液
成孔、制安土钉
绑扎钢丝网
焊接加强筋
修边坡
喷40厚细石砼
土钉孔定位
下层挖土
配制砼
进行下层土钉墙施工
结束
（二）土钉墙技术要求
1、土钉构造
a、灌浆孔呈梅花型布置，孔径φ100；钢材:
HRB335φ12，HPB235φ6.5
b、土钉孔深及钻孔倾角详见设计验算土钉倾角为10°～15°；
c、土钉孔内灌注纯水泥浆，水灰比1:
0.5，灌注压力为0.2～0.5Mpa。
2、钢筋网片
有锚杆位置坡面上挂φ6.5双向钢丝片，土钉端部用Φ12加强筋与网片联成整体，不需锚杆位置采用网眼30x30钢丝网张铺。
喷射混凝土强度等级为C25，厚度40mm，详见结构大样图。
3、降排水
坑内采用明排水，布设一定数量的集水坑，其挖深随基坑挖深而加深，集水坑距坑边距离不小于0.5m。
坡面适量布设泄水孔疏导滞水以免其影响喷射砼的稳定。
4、监测
坑周间隔10m左右布设沉降、变形监测点。
（三）土钉墙施工要点
1、放样：
坡顶线、坡脚线测放，根据现场轴线和设计图纸，由专业测量工程师用经纬仪及钢尺进行测放。
2、修坡边坡修整：
采用人工清理，为确保喷射混凝土面层的平整，此工序必须挂线定位。
对于土层含水量较大的边坡，可在支护面层背部插入长度为400~600mm，直径不小于40mm的水平排水管包滤网，其外端伸出支护面层，间距为2m，以便将喷混凝土面层后的积水排走。
3、土钉孔定位、成孔：
土钉成孔前，应按设计要求测放出孔位并作标记，用水准仪及钢尺测放，采用短钢筋插入土体作为标记，放样时孔位须避开管线位置，孔位允许偏差不大于150mm，钻孔的倾角误差不大于3度，孔径允许偏差为＋20mm-5mm，孔深允许偏差＋200mm－5mm。
成孔过程中应做好成孔质量、事故处理等记录。
应将开挖的土体与初步设计时所认定的加以对比，发现有较大出入时应及时通知设计部门，以便调整土钉的设计参数。
所有的钢材、水泥、黄砂、石子必须经过复试合格后才能使用。
4、制作土钉、钢筋网及土钉安放：
1）、材料要求：
钢筋的种类、型号及尺寸规格符合设计要求；钢筋购进后，应妥善保管，防止锈蚀，使用前应调直，必要时应进行除锈、除油处理，按规定进行物理力学性能复试试验；焊接用的钢材，应作可焊性和焊接质量的试验检测，其焊接强度应大于材料整体强度。
2）、土钉制作要求：
土钉制作尺寸允许偏差：
土钉长度±100mm；土钉弯曲度＜1％；土钉端头孔外预留部分为15cm左右。
3）、钢筋网规格为成品双向钢丝片，使用前应调平并清除污垢，钢丝片与坡面的间隙不宜小于20mm，施工时可在钢丝片后适当垫砖块或用插入土中的钢筋固定，确保在喷射混凝土前，面层内的钢丝片牢牢固定在边壁上并符合保护层厚度（20mm）要求，网筋搭接处需绑扎，搭接长度不小于30cm，在钢丝片外采用φ14加强筋固定在土钉上，焊接牢固。
5、配制、灌注浆液：
土钉注浆采用水泥浆，水灰比为0.5左右；并根据土层情况、施工情况，在局部土钉孔注浆时，掺入适量的早强剂（常用早强剂为红星四号，掺入量为水泥重量的2％左右）。
注浆管应插至距孔底250－500mm，注浆开始或中途停止超过30分钟时，应用水润滑注浆泵及其管路。
向孔内注入浆体的充盈系数必须大于1，注浆压力0.4MPa左右。
喷射混凝土试块应在监理单位见证员监督下由施工单位的送样员取样，制作。
6、配制砼及喷砼
1）水泥：
一般采用普通硅酸盐水泥，标号P032.5，水泥应符合现行水泥标准的规定要求，必须有制造厂的试验报告单、质量检验单，出厂证等证明文件，并按其品种、标号、试验编号等进行检查验收并取样检验，检验内容包括：
安定性、3天、28天强度及凝结时间等。
按检验结果合理使用。
袋装水泥在储运时应妥善保管、防雨、防潮，堆在距离地面一定高度的堆架上，严禁抛摔和损坏包装袋，严禁使用受潮过期或不同标号品种混杂的水泥。
2）骨料：
所进石料（粗骨料最大粒径不宜大于12mm）和砂料（中砂或粗砂）应有检验报告单，砂石料的检验方法和质量标准按建设质量检测站要求及国家现行的有关标准执行。
3）拌合用水：
水中不含有影响水泥正常凝结硬化的有害杂质，不得含有油脂、糖类及游离酸等；污水、PH值小于4的酸性水和含硫酸SO4－2计超过水重1％的水均不得使用；使用自来水或清洁的天然水作拌合用水，可免作试验。
4）速凝剂：
所用速凝剂为J85混凝土速凝剂（徐州矿务局混凝土外加剂厂生产），应有专人负责掌握，添加重量为水泥重量的3％。
喷射时由机器自动添加。
5）砼配合比：
喷射砼的配合比除应达到设计标准强度外，还应满足施工工艺要求，配合比为1:
0.4:
2:
2（水泥：
水：
砂：
瓜子片），掺入速凝剂的砼初凝时间≤5分钟，终凝时间≤10分钟，碎石的最大直径不大于12mm。
7、喷射砼搅拌要求：
喷射砼采用机械搅拌人工干拌，施工人员按配合比换算的实际材料用量，精确计量，拌和均匀，拌均匀后才能加入喷射机。
8、喷射砼要求：
喷射混凝土前，应对机械设备进行调试，喷射砼时，喷头与受喷面保持垂直，枪头以旋涡状移动，自下而上作业。
射距宜在0.8－1.5m的范围内，粘性土层可先挂网后喷砼，并从底部逐渐向上部喷射，先喷填钢板网或钢筋网后方，然后再喷填钢筋网或钢筋网前方；对于易坍落土层，采用二次喷砼施工工艺，高度宜控制在1.5-2m左右。
为使施工搭接方便，每层下部0.3m暂时不喷射，并做成45°的斜面形状。
9、质量要求：
喷浆气压应根据喷浆距离适当调整。
喷射时应控制好水灰比，保持混凝土表面平整、无干斑可滑移流淌现象。
喷射砼的厚度误差不超过±5mm。
喷射混凝土回弹率控制在15%以内。
10、喷射混凝土完成后应至少养护七天。
第三章基坑变形监测
一、工程变形监测
（一）监测目的
本工程土方开挖施工中可能会出现基坑变形和周边建筑设施的变形，为确保边坡的安全稳定和工程顺利进行，及时掌握基坑边坡变形动态，便于采取各种保护措施，我们在基坑施工过程中需对边坡及周边建筑设施进行水平位移、沉降等变形监测。
（二）监测项目
1、基坑边坡水平位移、沉降、裂逢。
2、基坑周边相邻较近建筑、道路、管线、设施的变形。
（三）边坡水平位移监测
.1、监测点设置
在基坑开挖段坡顶散水上设置边坡水平位移监测点，监测点间距为5～10m。
2、监测点制作
利用经纬仪将一排1m长的Ф18钢筋固定在边坡上，钢筋向基坑内侧伸出，钢筋上固定一段长度大于0.5m的刻度尺，读取读数作为监测点依据。
.3、监测点保护
在施工过程中，加强对监测点的保护，不得随意破坏。
以保持监测数据的准确性和连续性。
.4、监测方法
采用J2电子经纬仪来进行观测，监测方法为“视准线法”。
在边坡散水上沿基坑边坡布点采用视准线法，即在基坑开挖深度1倍距离外的边坡上口延长线上设置工作基点，并在槽边设一条视准线，读取视准线上钢尺数值或钢钉与视准线的垂直距离，定为初始值。
一般用经纬仪正倒镜4次读数取中数。
初始值应测2次以上，以保证无误。
5、观测周期
基坑开挖深≥3m时建立监测点，确定初始值。
开挖过程中，每天定时观测1次。
如发现位移量较大或有突变时，应加强观测，每隔数小时观测1次。
6、边坡变形监测报警值
如发现坡顶位移与当时的基坑开挖深度之比超过下列数值时及时采取措施处理：
粘性土为主的边坡3‰~5‰，本工程的边坡变形预警值按3‰控制。
（四）
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