本文为土木工程专业硕士论文，对土钉支护技术在德兴妇保工程实际中的应用进行论文介绍。

第1章绪论

1.1选题的背景与意义

自从改革开放以来,随着社会的不断进步以及国民经济的快速发展,城市化水平不断提高,城市人口急剧膨胀,城市的建设规模逐渐加大,有限的地上空间严重影响了城市的长远发展。因此,这种情况导致人们愈来愈重视城市空间的三维开发,诸如:高层建筑,地铁,地下商城,地下仓库,地下民防工事,隧道工程等工程不断增多。这些工程的建设过程中,都将不可避免地产生大量基坑工程,并且其规模和深度不断加大。因此,为保证基坑工程建设的顺利进行,基坑支护问题将是其中最重要的一环。

在基坑工程的建设实践中,产生了各种各样的基坑支护形式,如:土钉支护、深层搅拌水泥土围护墙、钢筋混凝土板桩、型钢横挡板、钻孔灌注柱、地下连续墙支护结构、喷错网支护、逆作法、复合型支护结构等。其中基坑土钉支护技术因其施工简便、安全可靠、工程造价低等优点近年来在我国得到迅速推广和广泛应用,并取得了显著的社会效益和经济效益。然而,随着这种广泛的应用,在实际工程中就产生了很多问题。诸如:把土钉当做喷错使用、没正确安置土钉导致透水或涌砂、盲目施工对地下管道产生干扰、偷工减料等。之所以会产生这些问题,一方面是由于土钉的设计理论还不成熟,另一方面由于人们对土钉支护的认识还不充分。因此有必要对土钉支护进行系统的回顾总结,这样做不仅可以提高我们的设计、施工水平,同时也会在工程实践中端正我们的工作态度。

1.2国内外研究现状

1.2.1 土钉支护技术发展概述

土钉支护技术的发展始于20世纪70年代,可以看成是新奥法概念的延伸。而且许多国家几乎都同一时间内各自独立提出这种支护方法并加以 发较早使用土钉支护技术的是欧美的一些国家。首次应用此技术的是法国,并进行了这项技术的研究和应用推广工作。1972年,法国承包商人Buoygues把新奥法施工險道的经验推广到凡尔塞市铁路边坡开挖工程中,他首次应用了土钉,并获得了成功。在过程中他使用了 25000多根钻孔注装锚杆,加固了高14m,坡角70度,总加固面积为12000平方米的边坡。1974年,他又在法国一个地铁车站工程中首次采用不注衆的击入钉,所用土钉为外径49mm的钢管,间距为0.7m,并获得成功。1978年,在巴黎某一个地下车库施工中又采用了角钢作击入式土钉,这是第一次将土钉支护技术用于城区,并在邻近高层建筑和繁华街道地区开挖施工。此后,土钉技术很快在法国各国各地得到了普及,1984年在法国还发展了一种高压喷射注奖击入钉的新技术。在1985年在一处深21m的基坑 挖临时支护中还釆用了角钢击入钉和锚杆的联合支护方式。1990年在一个高速铁路險道入口 28m高的边坡支护中采用了注装土钉和锚杆的联合支护方式,此外还用过土钉与柱联合的支护方式。

1.2.2 土钉支技术设计方法

在设计土钉墙结构时,即需要验算整体稳定性,也需要验算各层土钉的局部稳定性。目前,各国最常用的方法是极限平衡分析方法。国外比较有名的设计方法有:法国方法、德国方法、美国的Davis方法、Jurat!方法、英国的Bridle[2]方法等。以下做简单介绍[21]。

法国Schlosser[22]基于极限力矩平衡的分析方法,提出了多破坏准则分析法,这是一般边坡稳定性的条分法的延伸,其假定体系的各部位安全系数相等,任意滑动面,并考虑土钉的抗拉抗剪抗弯作用。

德国的Stocker等教授提出极限力平衡的分析方法,他假定双直线滑动面并通过边坡坡角,土体强度由莫尔一库企准则确定,并规定在破坏面上土体达到极限状态,土钉只受拉力。适用于非粘聚土体及较大超载的情况,但对于荷载主要是土体自重的情况,计算滑动面要比实际滑动面大许多。

美国的Davis分校的沈智刚教授提出了极限力平衡的稳定性分析方法,假定滑动面为通过墙址的抛物线,抛物线的顶点在坡角,其滑动面为完全或部分通过土钉范围,只考虑土钉拉力,用条分法来确定整体安全系数。Davis方法后经Juran等人改进后可考虑地下水等因素,称为改进的Davis方法。

第2章土钉支护介绍

2.1 土钉支护的概念

在基坑开挖过程中,将较密排列的细长杆(如钢筋和钢管等)件置于原位土体中,通常还外裹水泥砂装或水泥净裝,并在坡面上喷射钢筋网混凝土面板。以此形成一个类似于重力式墙的挡土墙,来抵抗墙后传来的土压力及其它作用力,从而使开挖坡面保持稳定。示意图如下所示:土钉沿通长与周围土体接触,依靠接触界面上的粘结摩阻力,与其周围土体形成复合土体,利用土钉本身所具有的较大强度和刚度,可以起到约束土体变形的作用,从而在一定程度上弥补了土体抗拉强度低的特点。土钉支护通常由三部分组成,即土钉、面层、排水系统。土钉支护的构造与土体特性、支护面坡脚、支护的功能(如临时或永久使用),以及环境安全要求等因素有关。尽管土钉是被动受力部件,但变形却并不大,这与土钉的施工工序有关。其施工一般按以下流程进行:(1)按设计要求开挖工作面、休整坡面及坡面排水;(2)喷射第一层混凝土;(3)安设土钉(钻孔、置筋、注楽垫板等);(4)绑扎钢筋网、喷射第二层混凝土;(5)开挖第二层土方,按此循环直至完成。

2.2 土钉支护与描杆支护区别

在边坡工程防护中,人们很容易把土钉与铺杆混靖,认为土钉只不过是比锚杆的尺寸小点的锚杆,因为两者从表面上看有许多的相似之处。有不少人认为两者的不同很大程度是人的主观认识角度不同,现在也有土锚杆,采用全长粘结,和土钉无论是施工方法还是结构构造几乎相同。说锚杆也可以,说土钉也可以。

一定要说出不同的话,从土钉角度,认为杆件的抗拉性能在土体里面改善了土体力学特性,与土结合在一起形成一种新的材料,从而对土体进行了加固;而锚杆角度认为,销杆了抗拉性能支撑了土体的下滑,从而使土体稳定。然而实际上这两个支护却是两个本质上不同的支护方法。

《岩土工程治理手册》中是这阐述的:土钉是一种基于新奥險道法原理,在天然边坡或 挖形成的边坡、基坑原位岩土体中近于水平设置加筋杆件并沿坡面设置混凝土面层,使整体土工系统的力学性能得以改善从而提高边坡、基坑稳定性的原位加筋技术。

第3章土钉支护计算方法介绍.........19

3.1破裂面.........19

3.2土钉受力.........19

3.3土钉内力.........21

3.4土钉长度.........23

3.5内部整体稳定.........23

3.6 选筋.........26

3.7外部稳定分析.........27

第4章工程实例应用.........32

4.1工程概况.........32

4.2地质及水文条件.........32

4.3基坑支护设计.........33

4.4 土钉支护施工.........39

4.5工程应用实例.........41

4.6地下水的处理.........59

4.7基坑开挖环境监测......... 60

5结论

本文详细的钉支护的发展历程.并参考大量文献和结合实践经验,对土钉支护技术的概念、类型优点及局限,然后以德兴巾妇幼保健院及银城街道社区卫生服务中心工程,研究探讨了土钉支护的设计施工及设计迁算,F-SPW深基坑支护设计软件(6.0版)进行验算,对基坑支护设计与施工中所遇到的问题进行分析,并提出解决方案。通过本文的研究分析.得出以下结论:

1、经在德兴妇幼保健院及银城街道社区卫生服务中心工程设计施丄验证,上钉支护技术适用于德兴市的地质条件,并且可用北京理正软件设计研究院的F-SPW深基坑支护设计软件(6.0版)进行设汁计算。

2、通过对德兴市妇幼保健院及银城街道社区卫生服务中心工程进行设计计算,也对理正软件冇了一定的了解,发现在设计计算时内部稳定性要选用极限平衡分析法,整体稳定性采用简单条分法。在系数的取值上,可参考相关的规范:而对于土钉的度、工钉密度、设计安全系数不能中.褪硬套,要根据监测回馈信息作相应的调整。

3、在实际工程中我们发现土钉支护结构工作性能受多种因素影响,例如:土钉的抗拔承载力、土钉的整体稳定性及土钉支护各部件设计参数,因此我们在计算时要对这些因素要达到要求精度并控制,以减小其对土钉支护结构整体稳定性及强度的影响。

参考文献

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