建筑基坑土钉墙与复合土钉墙支护设计

1 一般规定

1.1 土钉墙适用于地下水位以上或经人工降水以后的素填土、粘性土和砂土且开挖深度不大于12m的基坑支护工程。

1.2 复合土钉墙适用于开挖深度在15m以内除深厚软土以外各种地质条件的基坑支护工程。垂直开挖时，基坑开挖深度不宜大于12m。 

1.3 土钉墙和复合土钉墙应用于对变形控制要求较高的深基坑支护时，应进行变形预测分析，预测变形应根据工程经验、工程类比或结合数值理论综合分析后确定。

1.4 土钉墙和复合土钉墙应用于基坑阳角部位时，应考虑土钉交叉作用对稳定性的影响。

2 设计

2.1 土钉墙和复合土钉墙的设计应包括下列内容：

（1）支护体系及土钉、面层、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩等各构件选型；

（2）支护体系与各构件的几何尺寸及空间布置参数；

（3）构件及构件不同部位的材料选型及设计强度；

（4）面层及各种构件之间的连接等各种构造设计；

（5）工艺形式、施工技术要求及土方开挖要求；

（6）质量检验和监测要求；

（7）材料强度选定及验算；

（8）整体稳定性、抗隆起稳定性及抗渗流稳定性分析验算；

（9）变形分析预测。

2.2 设计应考虑的荷载除土体自重外，还应考虑附加荷载，包括材料及机械设备等地表荷载，附近建构筑物荷载，以及车辆等临时荷载。附加荷载应按实际作用值计取，实际值如小于20kPa，则宜按20kPa的均布荷载计取。

2.3 缺乏类似工程经验的地层中，土钉及预应力锚杆应进行基本试验，根据试验结果对初步设计参数及施工工艺进行调整。

2.4 土钉与土体界面粘结强度qsk宜通过现场抗拔试验确定。无试验资料或无类似经验时，可按下表初步取值。

表2.4 土钉与土体之间极限粘结强度经验值qsk（kPa ）   

（1）钻孔注浆钉采用压力注浆或二次注浆时，表中数值可适当提高；

（2）钢管注浆钉在保证注浆质量及倒刺排距0.25~1.0m时，注浆体等效直径可按70~90mm计算（钢管直径为48mm）；

（3）对于粉土，密实度相同时，湿度越高时，取值越低；

（4）对于砂土，密实度相同时，粉细砂宜取较低值，中砂宜取中值，粗砾砂宜取较高值。

2.5 单根土钉长度宜为基坑开挖深度的0.8~2.0倍，土钉水平间距及排距宜为1.0~2.0m，可按工程经验初步确定。无类似经验时，土钉长度可按2.6~2.计算初步确定。

2.6 假定单根土钉承受的轴向荷载可按图2.6和式2.6计算：

图2.6 假定侧压力的分布

式中，Tjk——假定第j根土钉承受的轴向荷载；

αj——第j根土钉与水平面之间的夹角；

Sxj——土钉水平间距，当与相邻土钉的间距不同时，取平均值；

Szj——土钉排距，当与相邻土钉的排距不同时，取平均值；

ζ——荷载折减系数，根据2.7条确定；

p——土钉长度中点所处深度位置的侧压力；

pm——由土体自重引起的侧压力，据图2.6求出；

pq——地表及土体中附加荷载引起的侧压力；

土体自重引起的侧压力值pm可按式计算：

式中：H——基坑开挖深度；Ea——朗肯主动土压力，按式计算：

式中：γ——基坑底面以上各层土的重度标准值，按不同土层分层厚度取加权平均值； ka——主动土压力系数，按式2.6-5计算：

ka＝tan2

式中：——基坑底面以上各层土的等效内摩擦角加权平均值；

地面附加荷载引起的侧压力值pq可按式2.6-6计算：

pq = kaq

2.7 坡面倾斜时的荷载折减系数ζ可按式计算； 

ζ

式中， ζ——假定土钉所受轴向荷载的折减系数；

——土钉墙坡面与水平面的夹角。

2.8 第j根土钉或预应力锚杆在稳定区的极限抗拔力须分别满足式：

式中：dj——第j根土钉或预应力锚杆直径；lmi,j——第j根土钉或预应力锚杆在稳定区第i层土体中的长度。

2.9 组合折减系数η的取值应符合下列要求：

（1）η1取1.0；

（2）Pu,j不大于300kN时，η2取0.5~0.7（随着Pu,j的增加、锚杆数量增多、材料特性与土钉的差异加大等因素取值降低）；

（3）止水帷幕单独与土钉墙复合作用时，η3取0.3~0.5，与止水帷幕工艺形式、排数、龄期、抗剪强度取值及施工水平等因素相关；

（4）微型单独与土钉墙复合作用时，η4取0.1~0.3，与微型桩工艺形式、排数、龄期、与止水帷幕的位置关系及施工水平等因素相关；

（5）预应力锚杆、止水帷幕和微型桩共同复合作用时，折减系数不应同时取上限；

（6）在Ks满足2.7条规定同时应满足。

2.10 土钉杆体抗拉强度应大于由土钉全长极限粘结强度计算的抗拔承载力。

2.11 当基坑底部存在软土地层时，应按规范进行基坑底抗隆起稳定性验算，当基坑底面以下存在承压水或基坑底附近存在粉土、粉砂、细砂层时，应按规范进行抗突涌、抗流土、抗管涌稳定性验算。验算不满足要求时，可采取加强截水帷幕及增加微型桩等措施。

2.12 疏排桩复合土钉墙设计宜对土压力进行折减后按桩锚支护体系进行设计计算；桩墙支护与上部土钉墙的组合支护设计宜对冠梁以上土钉墙和复合土钉墙按本章规定设计计算，冠梁以下按桩锚（撑）支护体系设计计算，土钉墙部分等效为附加土体荷载。

2.13 土钉墙的构造应符合下列要求：

（1）土钉墙墙面坡度应经技术经济比较后确定，宜适当放坡；

（2）土钉长度竖向上宜采用中上下短布置形式，水平方向宜等长；

（3）平面布置时，应尽量减少转角，转角处土钉在相邻两个侧面宜上下错开或角度错开布置；

（4）面层应沿坡顶向外延伸形成不少于0.5m的护肩，在不设置止水帷幕和微型桩时，面层宜在坡脚处向坑内延伸0.3~0.5m形成护脚。

2.14 土钉构造应符合下列要求：

（1）成孔注浆土钉杆体宜选用螺纹钢筋，钢筋直径宜为16~32mm；

（2）成孔注浆土钉成孔直径宜为80~110mm；

（3）土钉长度不宜小于6m，在开挖深度不大于4m的浅基坑中不宜小于4m；

（4）土钉与水平面夹角宜为5o~20o；

（5）沿土钉每隔1~2m应设置对中定位支架；

（6）填土、软弱土及砂土等孔壁不易稳定的土层中优先选用打入式钢花管注浆土钉；

（7）钢管土钉宜采用外径不小于42mm的钢管，沿土钉长每隔0.25~1.0m设置倒刺和出浆孔，孔径宜为4~7mm，管口2~3m范围内不宜设注浆孔；

（8）钢管土钉底端头宜制成锥形；

（9）钢管土钉接长宜采用帮条焊接，接头强度不应低于管身材料强度；

（10）注浆材料宜选用早强水泥或水泥中掺入早强剂，水灰比宜为0.45~0.55，打入式钢管注浆土钉水灰比可选用较大值。注浆体强度等级不宜低于20MPa。

2.15面层的构造应符合下列要求：

（1）面层宜采用钢筋网喷射混凝土面层；

（2）面层厚度宜为80~120mm，    

（3）面层混凝土设计强度等级不应低于C20；

（4）面层中应配置钢筋网，钢筋直径宜为6~8mm，钢筋网间距宜为150~250mm。

2.16 连接件的构造应符合下列要求：

（1）土钉之间应设置通长水平加强钢筋，加强筋宜采用2根直径16mm以上的螺纹钢筋；

（2）喷射混凝土面层与土钉应连接牢固。可在土钉杆体端部两侧焊接钉头筋，并与面层内连接相邻土钉的加强钢筋焊接。

2.17 预应力锚杆的设计及构造应符合下列要求：

（1）筋体材料可采用钢绞线、HRB335或HRB400级螺纹钢筋、精轧螺纹钢及无缝钢管；

（2）自由段长度宜大于4m，锚固段长度宜小于20m；

（3）钻孔直径宜为130~150mm。

2.18 预应力锚杆锚座及与面层连接方式的设计应符合以下要求：

（1）锚座应采用通长腰梁。不便于设置腰梁时，可采用钢筋混凝土承压板；

（2）腰梁可按以预应力锚杆为支点的多跨连续梁设计计算；

（3）腰梁宽度不宜小于400mm，高度不宜小于250mm；

（4）锚座混凝土强度等级不宜低于C25；

（5）锚座采用混凝土承压板时，板下应设置加强筋。

2.19 止水帷幕的设计及构造应符合下列要求：

（1）水泥土桩排数不宜超过两排；

（2）相邻两条水泥土桩应相互咬合搭接成墙，桩间距、垂直度、桩径及桩位偏差应使相邻两条桩在基坑底面处能够相互咬合；

（3）墙底宜穿过透水层1~2m，应满足抗渗透要求；

（4）墙底宜超过基坑底面1.5~2m；

（5）墙身水泥土龄期28天的无侧限抗压强度应大于0.5MPa；

（6）固化材料宜选用早强水泥，单位水泥用量不宜少于原状土重量的15％；

（7）水泥土抗剪强度宜根据试验结果取值。