土钉支护设计讲解

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1、土钉设计土钉处主动土压力计算：第1 点最大主动土压力根据公式：e =(q +丫h)K -2cJKaaae =(20+18X1.2)X0.72X10X0.84=12.51(kPa)1.2e =(20+18.0X2.4)X0.72X10X0.84=27.72(kPa)2.4e =(20+18.0X2.5+19.4X 1.1)X0.712 X20X0.85=27.86(kPa)3.6e =(20+18.0X2.5+19.4X2.0+19.7X0.3)X0.342X10X0.59=26.03(kPa)4.8e =(20+18.0X2.5+19.4X2.0+19.7X1.5)X0.342X10X0.59

2、=47.73(kPa)6.01. 折减系数计算g= tan 也2/tan2 45o 1 - 1+卩+申 tan 0tan k *20 土钉墙坡面与水平面夹角，为73.30 （坡度1:0.3）。10x 2.5 + 9.6x 2 + 29.2 x 3.5“ “申=18.30匕=tanC7-10)12173.3 +10 tan2tan 73.3/ tan 2 (45 -18.3/2)=0.96g = tanC73字0)22173.3 +10 tan2tan 73.3/ tan 2 (45 -18.3/2)=0.96g = tan(斗)32tan 733 + 9.6tan 73.3/ tan 2 (4

3、5 -18.3/2)=0.99g = tan(73.3 29.2)42=0.39g = tan(73.3 29.2)52t 73.3+29.2 ian?i31/tan2(45一18.3/2) tanI=0.392. 受拉荷载标准值计算T = ge s s / cos aai x y其中： g 荷载折减系数；e 第i个土钉位置处的基坑水平荷载标准值，（kPa）； aiS、S -土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距，（m）； xya -土钉与水平面的夹角。T = g e s s /cosa1 1 a1 x y=0.96X12.51X1.2X1.2/cosl5o=17.9T = g e s s / c

4、osa2 2 a 2 x y=0.96X27.72X 1.2X 1.2/cosl5o=39.67T = g e s s / cos a3 3 a 3 x y=0.99X27.86X 1.2X 1.2/cosl5o=41.12T = g e s s / cos a4 4 a 4 x y73.3 + 29.2 而乔 I/tan2(45 18.3 tan=0.39X26.03X 1.2X 1.2/cosl5o=15.1T 二g e s s /cosa5 5 a 5 x y=0.39X47.73X 1.2X 1.2/cosl5o=27.753. 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

5、算：T = 1.25y Tuj 0 j其中：T 第i根土钉受拉荷载标准值，(kN)；iT -第i根土钉受拉承载力设计值，(kN)；ujY -基坑侧壁重要性系数，取1.0。0T 二 1.25丫 T 二 1.25x 1.0xl79 二 22.38kNu10 1T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 39.67 二 49.59kNu 20 2T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 41.12 二 51.4kNu 30 3T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0x 15.1 二 18.88kNu 40 4T 二 1.25丫 T 二 1.25 x 1.0 x 27.7

6、5 二 34.69kNu 50 54. 土钉长度设计土钉长度按以下公式计算：T Yl =ujsi兀 dY quj sik其中： Y -土钉受拉抗力分项系数，取1.3；sd 第j根土钉锚固体直径，（m）； ujq -土钉穿越第i层土体与锚固体极限摩阻力标准取值; sik查表得 q = 45kPa， q = 45kPa， q= 45kPa, q= 55kPasik1sik 2sik3sik 4q = 55 kPa。sik 5l.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）。iu1sik2238 乂 I3二 1.58m3.14 x 0.13 x 45u 2 sik49.59 x1.33.

7、14 x 0.13 x 452u 3sik51.4 x 1.33.14 x 0.13 x 45=3.64 mu 4 sik18.88 x 1.33.14 x 0.13 x 55l5u 5sik34.69 x 1.33.14 x 0.13 x 55=1.09m=2.01m5、自由段长度的计算 自由段长度按以下公式计算(H - hi) sin(k)L =2fi c 0 +申 sin 0 sin( _+ a)其中：J第i排土钉自由段长度（m）H -基坑深度（m）；0 -土钉墙坡面与水平面的夹角73.30 ；a -土钉与水平面的倾角a取15 0 ；第1排土钉自由段长度计算，hi=1.2m73.3 一

8、18.3(8 - 1.2)sin()L =f 1sin 73.3 sin(73.3 +18.3 +15)=6.8X0.46/0.84 =3.72m第1排土钉长度：l = L + L = 1.58 + 3.72 = 5.6m1 f 1 1第2 土钉自由段长度计算，hi=2.4m(8 - 2.4)sin(Lf273.3 -18.32sin73.3sin(73.3 +18.32+15)=5.6X0.46/0.84 =3.07m第2土钉长度：1 = L + L = 3.51 + 3.07 = 6.58m2 f 2 2第3 土钉自由段长度计算，hi=3.6m73.3-18.3 (8 - 3.6)sin(

9、)L =匚f 3 sin 73.3 sin(73.3 +18.3 +15)=4.4X0.46/0.84 =2.41m第3土钉长度：l = L + L = 3.64 + 2.41 = 6.05m3 f 33第4 土钉自由段长度计算，hi=4.8m73.3 -18，3(8 - 4.8)sin()L =Jf473.3 +18.3sin 73.3 sm(+15)=3.2X0.46/0.84 =1.75m第4土钉长度：l 二 L + L 二 1.09 +1.75 二 2.84m4 f 44(8 - 6)sin(73.3；18.3)第5 土钉自由段长度计算，hi=6.0mLf5 = . 73 3 .(73

10、.3 +18.3 15) sin 73.3 sm(+15)=2X0.44/0.85 = 1.10m第5 土钉长度:l = L + L = 2.01 +1.1 = 3.11m5 f 55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:KTA = maxsfyk其中：A钢筋截面面积Cm 2）；syk普通钢筋抗拉强度标准值C / mm 2）；T -土钉受拉承载力设计值最大值（N ）； maxK -土钉抗拔力安全系数，取 1.3。KTA =max = 1.3X51.4X 103/400=167.05mm2s f

11、kyk选取 HRB400 钢筋-H 16, A 二 201.1mm2s纵向受力钢筋去业16,面层混凝土厚度取100 mm，钢筋网采用8 200。2.3.3 土钉墙验算1、土钉的内部抗拔力验算FTL L + f兀dT其中：F -土钉的局部稳定性安全系数，取1.3；sdT -土钉的设计内力（N）；ud -土钉直径（M）；t -界面粘结强度标准值（kPa）。查表得：t = 60kPa , t = 60kPa , t = 70kPa, t = 70kPa , t = 70kPa1 2 3 4 5（1）、第1 排土钉的内部抗拔力验算二 4.92m 10mT FT1.3 x 22.38 x10sL +sd

12、 w = 3.73 +f 1ndT3.14 x 0.13 x 60 x1031满足内部抗拔力要求。2）、第2 排土钉的内部抗拔力验算二 5.7m 10mF T1.3x49.59x103L + sd w = 3.0 / +f 2 ndT3.14 x 0.13 x 60 x1032满足内部抗拔力要求。3）、第3 排土钉的内部抗拔力验算Lf3FT+ sd wKdT二 2.41 +1.3 x 51.4 x1033.14 x 0.13 x 70 x 103二 4.7m 10m满足内部抗拔力要求。（4）、第4排土钉的内部抗拔力验算T F T 1.3X18.88x103小厂 oL +sd w = 1.75

13、+= 2.61m 1.2，满足抗滑稳定性要求ax3.抗倾覆稳定性验算=(W + qB )s B 倾覆力矩M : M =工匕00抗倾覆力矩M : Mww+ Y hiiy2)K 2caiiai抗倾覆安全系数要满足以下公式：By 2K =也 1.3 qM 0抗倾覆力矩M : M =(W + qB)Sw=(763.6 + 20 x 5)1.2 x |=1727.2KN m倾覆力矩M : M0+ Y h)Kii8=166.07 x 32c jKaiiaiSyH=442.85KN m抗倾覆安全系数要满足以下公式:Mw n 1.3M0M 1727.2w =!一 = 3.9 1.3M 442.850满足抗倾覆

14、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：q= 20+19.1x8=172.8kpa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：Y二20kN/m;c二19kN/m;申二25.6。2 2 2土压力系数：=1.59K = 0.4,町亍=0.63, K = 2.52,a2a2p 2土压力系数之差：丫(k -k ) = 42.42 p 2 a

15、 2作用在灌注桩上的土压力：E 二 q K - 2c“JKa 0aa 2二 172.8 x 0.4 2 xl9 x 0.63=45.18kPaE=(q+Y h )K 2Ka5.02 2 aa 2=(172.8 + 20 x 5氏 0.4 2 x19 x 0.63=85.18kPaE85.18 小土压力零点距开挖面的距离：U =总=2mY (k k )42.4p a作用于桩后土压力合力：Y E = -x(45.18 + 85.18)x5 = 325.9Kpa a 2作用点距地面的距离：=2.76m5x 5/2+2 卸8-45心5 x 5 x I325.9最大弯矩点距土压力零点的距离:门Ex =

16、2.0mm. y （k - k ）p a桩的最大弯矩：M= 325.9x（2.75 + 2）+ - x 85.18x 2 x 2 x - = 1166.6kN mmax23(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 土灌注桩计算简图匚=172 一 8桩前土体物理力学性质取值：Y = 20kN / m; c = 19 kN / m;申=25.62 2 2Y = 20.3kN / m; c = 12.1kN / m; = 29.1;33作用在灌注桩上的土压力：E =（q+Y h ）K - 2cJKa7.0上2 牛 a 2a 2=（172.8 + 20 x 7丿x

17、0.4 - 2 x19 x 0.63=101.18kPa=（q+Y h）K - 2cJK.0 下2 2 a 3a 372.8 + 20 x 7氏 0.35 - 2 x12.1x 0.59=95.2kPaE=(q+Y h +y h )K -2：Ka10.0 下2 23 3a 3a 3=(172.8 + 20 x 7 + 20.3 x 3氏 0.35 - 2 x 12.1 x 0.59=116.52kPa土压力零点距开挖面的距离：u = 丹=2.2创Y (k k )3 p 3a3作用于桩后土压力合力：工 E = * x(45.18 + 101.18)x 7 = 512.26 Kpa工E = -x(

18、95.2 + 116.52)x 3 = 317.58Kpa32作用点位置：ha 二 3.95m2ha = 1.55m3对土压力零点取矩：M = 512.26 x(7-3.95 + 3 + 2.26)+ 317.58 x(3 1.55 + 2.26)+ - x116.52 x 2.26 x 2.26 x - d23=6124.51KN m计算支撑反力：支撑点到土压力零点d的距离：a1 =10+2.26 3 = 926m支撑反力计算： T = M /a = 661.39kN1d 1桩上剪力为零的位置距开挖面x m处:T1 = 512-26+ 31758+ 卜.52-51-56得到化简后的方程：25

19、.78x2+58.26x168.45= 0，得到解：x = 3.9m桩的最大弯矩：M= 661.39x(10+3.9-3)-512.26x(7+3.9-3.95)max-317.58x6-1.55+ 3.9)-1 x116.52x 3.92 x 223=1359.13KN m（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:y 二 20kN/m;c 二 21kN/m;申二 25.14 44土压力系数之差：y (k -k ) = 41.42 p 2a 2作用在灌注桩上的土压力：E=(q+y h +y h)K -2c、：亍学4

20、.0 上2 23 3a 3a 3= (172.8 + 20 x 7 + 20.3 x 7丿x 0.35 - 2 x12.1x 0.59二 144.94kPaE=G+y h +y h)K -2cJK宇4.0下2 23 3 屮4a4= (172.8 + 20 x 7 + 20.3 x 7丿x 0.4 - 2 x 21x 0.64=155.08kPaE=(q+y h +y h +y h )K -2cJKa15.0 下2 23 34 4 a4: a 4=(172.8 + 20 x 7 + 20.3 x 7 + 20 x1氏 0.4 - 2 x 21x 0.64=163.08kPaE土压力零点距开挖面的

21、距离：u = 冲=3.94my (k k )2 p2a2作用于桩后土压力合力：工 E = 2 x(95.2 + 144,4)x 7 = 840.49Kpa工E = g x(155.08 + 163.08)x1 = 159.08Kpa作用点位置：ha 二 3.95m2ha = 1.55m3对土压力零点取矩：M = 512.26 x(7-3.95 +1 + 7 + 3.94)+ 840.49 x(1 + 7 - 3.74 + 3.94) d+159.08 x(0.5 + 3.94)+ - x 163.08 x 3.942 x -23=16120.98KN m计算支撑反力：第二道支撑到土压力零点d的

22、距离：a =15+3.94-3 =15.94m1a = 15 + 3.94- 8 =10.94m2支撑反力计算：T = (M -T xa )/ a2 d 1 1 2= 509.91kN桩上剪力为零的位置距开挖面x m处：T + T = 512.26 + 840.49 +159.08 +1 x(l63.08 41.4x )x1 2 2得到化简后的方程：20.7x2+81.54x-340.53= 0，得到解：x = 6.48m桩的最大弯矩：M = 661.39 x(l5 + 6.48 - 3)+ 509.91 x(l5 + 6.48 - 8) -512.26 x(7 + 7 +1 + 6.48 -

23、 3.95)- 840.49 x(6.48 +1 + 7 -3.74) 159.08 x(6.48 +1-0.5)-1 x 163.08 x 6.482 x 223=2003.68KN m(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:Y = 21. lkN / m; c = 31kN / m;甲=37.4 554土压力系数之差：y (k -k )二81.235 p 5a 5作用在灌注桩上的土压力：E =(172.8 + 20 x 7 + 20.3 x 7 + 20 x 7 )x 0.4 - 2 x 21x 0.64

24、a 21.0 上=270.92kPaE,72.8 + 20 x 7 + 20.3 x 7 + 20 x 7)x 0.24 - 2 x 31x 0.49a 21.0 下=93.2kPaE土压力零点距开挖面的距离：u = 3.34my (k k )5 p5a5作用于桩后土压力合力：工 E =1 x(155.08 + 270.92)x7 = 1491KN 4 2作用点位置：h4=3.82m对土压力零点取矩：M = 512.26 x(7-3.95 + 7 + 7 + 3.94)+ 840.49 x(7 + 7 3.74 + 3.94) d+ 1491x6-3.82 + 3.94)+1 x93.2x3.

25、942 x-23=31943.55KN m计算支撑反力：第三道支撑到土压力零点d的距离：a1 = 21+彳34-3 = 21咖a2 = 21+3.34一 8 = 16.34ma = 21+3.34-12 二 12.34m3 支撑反力计算：T = (M -T xa -T xa )/a3 d 11223= 769.66KN嵌固深度计算：hp 工 Epj + 工 T (hTc+ hd )- 1.2y ha工 Eai0661.39x (21+ hd -3)+509.91x(21+hd-8)+769.66x(21+hd-12)51226xCd+7+7 - 3.95+7)-1.2x + 840.49x(h

26、d+7+7 - 3.74)+1491xCd+7 - 3.82)+0.5 x(93.2 - 81.23hd 力 x 3 hd0即：32.49hd3 - 37.28hd2 - 1580.34hd - 771.03 0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：T +T +T = 268.4+512.26+317.58+0.5x(116.52-51.56x)x 123得到化简后的方程：40.62x246.6x-906.79= 0，得到解：x = 5.33m桩的最大弯矩：M= 661.39 x (21 + 5.33 - 3)+ 509.91 x (21 +

27、5.33 - 8)+ 769.66 x (21 + 5.33 -12)- 512.26 x(7+7 + 7 + 5.33 - 3.95)- 840.49 x (5.33 +7+7-3.74)1491 x (5.333 + 7 -3.82)-x93.2 x5.332 x -23= 2332.49KN m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。b +AG )cos0l +j j j j jj乙 Q b +AG 丿sin 0tan申j KRL编号q0biq *b0 i高度面积重度10.002.620.003.234.2321.1020.002.620.00

28、5.3011.1721.1030.002.620.006.6815.6921.1040.002.620.007.5418.6321.1050.002.620.007.9520.2921.1060.002.620.0016.9532.6221.107193.522.62507.0216.5443.8720.068193.522.62507.0215.7042.2320.069193.522.62507.0214.3339.3420.0610193.522.62507.0212.2734.8520.0611193.522.62507.029.0627.9420.0612193.522.62507.

29、0211.8720.06G.iq *b +G0iiB .isin B .iTi89.2889.2850.000.7768.39235.78235.7838.000.62145.16331.14331.1428.000.47155.46393.06393.0618.000.31121.46428.16428.169.000.1666.98688.26688.260.000.000.00880.071387.099.000.16216.99847.221354.2418.000.31418.48789.151296.1727.000.45588.45699.011206.0338.000.6274

30、2.51560.521067.5450.000.77817.79238.08745.1167.000.92685.874027.54cos Biitan i(q *b +G )*0iicos Bi*tan C值il值i0.6437.400.7643.8821.104.0886.000.7937.400.76142.0521.103.3270.150.8837.400.76223.5421.102.9762.610.9537.400.76285.8121.102.7558.130.9937.400.76323.3221.102.6555.971.0037.400.76526.2221.102.6

31、255.280.9926.000.49668.2020.062.6553.210.9526.000.49628.1820.062.7555.260.8926.000.49563.2820.062.9458.990.7926.000.49463.5320.063.3266.700.6426.000.49334.6820.064.0881.760.3926.000.49142.0020.066.71134.514344.68838.58安全系数计算：(4344.68 +838.58) /4027.54 =1.31.2.验算合格。(1)抗隆起稳定性验算：qN -1N 二 t 二 24.12 c ta

32、n 申丫 m ”岁=21 8 334 +1978 X 24.12 = 2.9 n 1.8Y 注（h + D 丿+ q20.1 x 37 +172.8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233249kNm/m,故弯矩设计值M=2332.49 x 1.5=3498.7kN.m,剪力值为 V=769.66x 1.5=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：2Sin1800a + Sin1800 a3.14M = f r3Sin31800d + f A rtc 3 cy s s0.36f A+1.25f A a = cy

33、_1.7f A + 3f A cy sa =1.25 2at取混凝土强度C30 , f = 14.3N/mm2 ,主筋采用HRB335 II级钢筋,cf = 310N/mm2箍筋采用HPB300 I级钢筋，f二270N/mm2。钻孔灌注桩半径 yyr=1000mm,桩间距取R=1500mm,截面积A=785400mm 2，保护层厚度取50mm,主筋采用直径D=38mm II级钢筋。按 n=30 根进行计算 A =34006 mm 2将数据代入公式 s0.36 f A +1.25 f Aa = c尹丄=0.341.7 f A + 3f Acy sa = 1.25 2a = 0.57t3.14M

34、= 2fr3Sin318000 + f A r 弘18“弘18at c 3 cy s s=-x 14.3 x 5003 x Sin3 6.34 x18Oo L 310 x 34006 x 450 3sin 6.34 x 1800 L sin 6.57 x 180。）x兀=3596kN - m M = 1.5 x 2332.49 = 3498.7kN - m满足条件;受剪承载力：V 1154.49kNcs满足要求配筋率p=丄=34006 = 4% p = 0.42%故配筋采用30G38均匀分布A 785400min16200箍筋 182000加强筋。锚杆设计支护桩的总长度29m,基坑深度21m,

35、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。L = L sin(45Q/2)/sin(45 + Q/2+0)f t=(21-3 + 3.34) x sin(45。 25.6/2)/ sin(45。+ 25.6/2 +15)=10.86m取 L = 6mf(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q =55.0kPa，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m, sk锚杆的水平抗力按照T =1.25丫 R x 1

36、.5二1240.11kN，锚固段长度为：d 0 aL 二二 1.133一/cos15 二 28.78m 取值为 28.78ma q n dcos055 x兀 x 0.3skL = L + L = 6 + 28.78 = 34.78mfa锚杆预应力筋截面面积确定。采用7 8钢绞线，预应力强度标准值 f二1570N/mm2取安全系数K=1.13,则预应力筋截面面积为：ptk人 KT 1.13xT /cos15。门“A =d=d= 920mm 2f cos01570ptk采用3X7 8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。L = L sin(45Q/2)/si

37、n(45 + Q/2+0) ft=(21-8 + 3.34) x sin(45。 29.1/2)/sin(45。+ 29.1/2 +15)=7.98m取 L = 7.98mf( 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q =55.0kPa，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m, sk锚杆的水平抗力按照T =1.25丫 R x 1.5 = 956.08kN，锚固段长度为：d0 aL =1X= 1.13x/cos15 = 22.19m取值 22.19ma q n dcos055x兀 x0.3skL=L +L =7.

38、98+22.19=30.17mfa(3)锚杆预应力筋截面面积确定。采用 78 钢绞线， 预应力强度标准值f = 1570N/mm2取安全系数K=1.13，则预应力筋截面面积为： ptk人 KT 1.13xT /cos15。 “cA =d=d= 710 mm 2f cos01570ptk采用3x7 8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。L = L sin(45Q/2)/sin(45 + Q/2+0)f t=(21-12 + 3.34) x sin(45。 29.1/2)/sin(45。+ 29.1/2 +15)=6.32m取 L = 6.32 mf(2

39、) 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q | = 75.0kPa，基坑安全等级按照二级考虑，锚杆的水平间距为1.5m, sk锚杆的水平抗力按照T =1.25丫 R x 1.5 = 1443.11kN，锚固段长度为：d0 aL =IX= 1.13 x Tq/cos15 = 24.56m 取值为 12.5ma q n dcos075 x 兀 x 0.3skL = L + L = 6.32 + 24.56 = 30.88mfa锚杆预应力筋截面面积确定。采用7 d 8钢绞线，预应力强度标准值 f = 1720N/mm2取安全系数K=1.13，则预应力筋截面面积为：ptkKTd -f cos 0ptk1.13xT /cosl5。d1720=980mm 2采用3x7 d 8钢绞线，实际A=1056mm2,可满足要求。