土钉支护设计讲解

土钉处主动土压力计算：

第1点最大主动土压力

根据公式：

e1.2=（20+18×1.2）×0.7-2×10×0.84=12.51(kPa)

e2.4=(20+18.0×2.4)×0.7-2×10×0.84=27.72(kPa)

e3.6=(20+18.0×2.5+19.4×1.1)×0.71-2×20×0.85=27.86(kPa)

e4.8=(20+18.0×2.5+19.4×2.0+19.7×0.3)×0.34-2×10×0.59=26.03(kPa)

e6.0=(20+18.0×2.5+19.4×2.0+19.7×1.5)×0.34-2×10×0.59=47.73(kPa)

1.折减系数计算

－土钉墙坡面与水平面夹角，为（坡度1:0.3）。

2.受拉荷载标准值计算

其中：－荷载折减系数；

      －第i个土钉位置处的基坑水平荷载标准值，（kPa）；

      、---土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距，（m）；

      ---土钉与水平面的夹角。

       =0.96×12.51×1.2×1.2/cos150

       =17.9

        =0.96×27.72×1.2×1.2/cos150

        =39.67

        =0.99×27.86×1.2×1.2/cos150

        =41.12

        =0.39×26.03×1.2×1.2/cos150

        =15.1

        =0.39×47.73×1.2×1.2/cos150

        =27.75    

3.土钉受拉承载力设计值计算

     土钉受拉承载力设计值按以下公式计算：

其中：---第i根土钉受拉荷载标准值，（kN）；

---第i根土钉受拉承载力设计值，（kN）；

---基坑侧壁重要性系数，取1.0。

4.土钉长度设计

   土钉长度按以下公式计算：

其中：---土钉受拉抗力分项系数，取1.3；

      ---第j根土钉锚固体直径，（m）；

      ---土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准取值；

查表得，，,

。

      ---第i根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内的长度,(m)。

5、自由段长度的计算

自由段长度按以下公式计算：

其中：---第i排土钉自由段长度（m）；

---基坑深度（m）；

---土钉墙坡面与水平面的夹角；

---土钉与水平面的倾角取；

第1排土钉自由段长度计算，hi=1.2m 

         =6.8×0.46/0.84

         =3.72m

第1排土钉长度：

第2土钉自由段长度计算，hi=2.4m 

         =5.6×0.46/0.84

         =3.07m

第2土钉长度：

第3土钉自由段长度计算，hi=3.6m

         =4.4×0.46/0.84

         =2.41m

第3土钉长度：

第4土钉自由段长度计算，hi=4.8m

         =3.2×0.46/0.84

         =1.75m

第4土钉长度：

第5土钉自由段长度计算，hi=6.0m

         =2×0.44/0.85

         =1.10m

第5土钉长度：

综合上述计算结果及施工因素，取第1、2、3排土钉长度为10m，第4、5排土钉取8m。

6、杆体直径计算：

土钉杆体的钢筋直径按以下公式计算：

其中：---钢筋截面面积；

      ---普通钢筋抗拉强度标准值；

      ---土钉受拉承载力设计值最大值；

      ---土钉抗拔力安全系数，取1.3。

=1.3×51.4×103/400=167.05mm2

选取HRB400钢筋16，

纵向受力钢筋去16，面层混凝土厚度取100㎜，钢筋网采用＠200。

2.3.3土钉墙验算

1、土钉的内部抗拔力验算

其中：---土钉的局部稳定性安全系数，取1.3；

      ---土钉的设计内力（N）；

      ---土钉直径（M）；

      ---界面粘结强度标准值（kPa）。

查表得： ，，,,

（1）、第1排土钉的内部抗拔力验算

满足内部抗拔力要求。

（2）、第2排土钉的内部抗拔力验算

满足内部抗拔力要求。

（3）、第3排土钉的内部抗拔力验算

满足内部抗拔力要求。

（4）、第4排土钉的内部抗拔力验算

满足内部抗拔力要求。

（5）、第5排土钉的内部抗拔力验算

满足内部抗拔力要求。

2.抗滑稳定性验算

作用在墙后滑移合力为土体主动土压力

作用在墙底断面的抗滑合力

其中：---墙体自重（kN）；

      ---土钉墙宽度（m），

本设计。

=5×8×19.09=763.6KN  =19.09KN/mm3

抗滑安全系数满足下式：

   =〔（20+18×2.5）×0.7-2×10×0.84+（20+18×2.5+19.4×2）0.7-2×20×0.85+（20+18×2.5+19.4×2+19.7×3.5）0.34-2×10×0.59〕1.22

   =166.07KN

  =342.7KN

，满足抗滑稳定性要求

3.抗倾覆稳定性验算

抗倾覆力矩：

倾覆力矩：

抗倾覆安全系数要满足以下公式：

抗倾覆力矩：

                      =1727.2KN·m

倾覆力矩：

                 =442.85KN·m

抗倾覆安全系数要满足以下公式：

满足抗倾覆稳定性要求

桩锚部分设计

上部土钉墙支护8m，下部桩锚支护21m，将上部土钉墙支护的土体简化为均布荷载，则：

挖土和支撑的程序为：第一阶段挖土——第一层支撑——第二阶段挖土——第二层支撑——第三阶段挖土——第三层支撑——第四阶段挖土。

分别对各个阶段的板桩受力情况进行分析：

（1）第一阶段挖土完成，板桩呈悬臂状，挖土深5.00m。第一阶段挖土灌注桩计算简图。

桩后土体物理力学性质：

土压力系数：

土压力系数之差：

作用在灌注桩上的土压力：

土压力零点距开挖面的距离：

作用于桩后土压力合力：

作用点距地面的距离：

最大弯矩点距土压力零点的距离：

桩的最大弯矩：

（2）第二阶段挖土，第一层支撑设置在3m处，挖土深10.0m处，第二阶段挖土灌注桩计算简图

桩前土体物理力学性质取值：

作用在灌注桩上的土压力：

土压力零点距开挖面的距离：

作用于桩后土压力合力：

作用点位置：

对土压力零点取矩：

计算支撑反力：支撑点到土压力零点d的距离：

              支撑反力计算：

桩上剪力为零的位置距开挖面x m处：

得到化简后的方程：，得到解：

桩的最大弯矩：

（3）第三阶段挖土，第二层支撑设置在8m处，挖土深15m处，第三阶段挖土灌注桩计算简图

桩前土体物理力学性质取值：

土压力系数之差：

作用在灌注桩上的土压力：

土压力零点距开挖面的距离：

作用于桩后土压力合力：

作用点位置：

对土压力零点取矩：

计算支撑反力：

第二道支撑到土压力零点d的距离：

支撑反力计算：

桩上剪力为零的位置距开挖面x m处：

得到化简后的方程：，得到解：

桩的最大弯矩：

（4）第四阶段挖土，第三层支撑设置在12m处，挖土深21m处，第三阶段挖土灌注桩计算简图

桩前土体物理力学性质取值：

土压力系数之差：

作用在灌注桩上的土压力：

土压力零点距开挖面的距离：

作用于桩后土压力合力：

作用点位置：h4=3.82m

对土压力零点取矩：

计算支撑反力：

第三道支撑到土压力零点d的距离：

支撑反力计算：

嵌固深度计算：

即：

采用试算法，则hd=8m

桩长：21+8=29m

桩上剪力为零的位置距开挖面x m处：

得到化简后的方程：，得到解：m

桩的最大弯矩：

稳定性验算：

整体抗滑移稳定性验算：采用条分法，以最下层支点为轴心进行圆弧滑动性验算。

（1）抗隆起稳定性验算：

验算合格。

配筋计算

根据上述计算结果，进行配筋计算：

弯矩设计值为2332.49kN.m/m，

故弯矩设计值

M=2332.491.5=3498.7kN.m,剪力值为V=769.661.5=1154.49kN.

钻孔灌注桩纵向受力钢筋沿圆截面周边均匀布置，其正截面受弯承载力按下列公式计算：

取混凝土强度C30，,主筋采用HRB335Ⅱ级钢筋，箍筋采用HPB300Ⅰ级钢筋，。钻孔灌注桩半径r=1000mm,桩间距取R=1500mm,截面积A=785400，保护层厚度取50mm,主筋采用直径D=38mmⅡ级钢筋。

按n=30根进行计算=34006将数据代入公式

满足条件;

受剪承载力：

式中：

ft ——混凝土轴心抗拉强度设计值；

fyv——箍筋抗拉强度设计值；

ASV ——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，

ASV =n ASV 1;

ASV 1——单肢箍筋的截面面积； 

n ——在同—截面内箍筋的肢数；

s ——箍筋的间距。 

根据分析将该圆形桩等效成矩形截面，进行斜截面抗剪强度验算，以确定箍筋的位置，该桩的箍筋采用φ16@200，箍筋间距取200mm,由公式得：

满足要求

配筋率故配筋采用30φ38均匀分布φ16@200箍筋  φ18@2000加强筋。

锚杆设计

支护桩的总长度29m,基坑深度21m,桩的嵌固深度为8m，土压力零点位置在基坑底部下3.34m处，锚杆与水平面的倾角取15°，锚杆的水平间距为1.5m。

    第一道锚杆：

（1）确定自由段长度。

取

（2）确定锚固体的长度。

锚固段的直径按照300mm计算，锚杆位于粘土层中，土体与锚固体的极限摩阻力的标志值取为，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m,

锚杆的水平抗力按照，锚固段长度为：

取值为28.78m

(3)锚杆预应力筋截面面积确定。采用7φ8钢绞线，预应力强度标准值取安全系数K=1.13，则预应力筋截面面积为：

采用3×7φ8钢绞线，实际A=1056mm2 ,可满足要求。

第二道锚杆：

（1）确定自由段长度。

取

（2）确定锚固体的长度。

锚固段的直径按照300mm计算，锚杆位于粘土层中，土体与锚固体的极限摩阻力的标志值取为，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m,锚杆的水平抗力按照，锚固段长度为：

取值22.19m

(3)锚杆预应力筋截面面积确定。采用7φ8钢绞线，预应力强度标准值取安全系数K=1.13，则预应力筋截面面积为：

采用3×7φ8钢绞线，实际A=1056mm2 ,可满足要求。

第三道锚杆：

（1）确定自由段长度。

取

（2）确定锚固体的长度。

锚固段的直径按照300mm计算，锚杆位于粘土层中，土体与锚固体的极限摩阻力的标志值取为，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m,锚杆的水平抗力按照，锚固段长度为：取值为12.5m

(3)锚杆预应力筋截面面积确定。采用7φ8钢绞线，预应力强度标准值取安全系数K=1.13，则预应力筋截面面积为：

采用3×7φ8钢绞线，实际A=1056mm2 ,可满足要求。

桩锚设置图