四川美术馆新馆建设项目基坑降水及护壁设计.docx

毕业设计说明书题 目: 四川美术馆新馆建设项目 基坑降水及护壁设计 学院(直属系): 交通与汽车工程学院 年级、 专业: 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 完 成 时 间: 目 录摘 要4Abstract51 前言62 工程概况82.1 地理位置及交通条件82.2 气象、水文特征82.3 地形地貌82.4 场地区域地质构造特征及场地稳定性82.5 现场工程概况93.1 降水设计103.1.1 降水井结构与技术要求：103.1.2 降水，排水方案103.1.3 基坑降水对周边的影响评价103.2 土钉墙支护结构113.3 土钉分类及土钉墙的特点与适用范围123.3.1 土钉分类123.3.2土钉墙的特点123.3.3土钉墙的适用条件133.4 土钉墙的构造133.5 土钉支护原理与方案设计概则153.5.1 土钉支护原理153.6 土钉方案设计的必要条件173.6.1 工程地质及区域地质勘察数据173.6.2 工程条件及周围环境183.6.3 确定拟建工程基坑边壁破坏模式183.6.4 工程保养期183.6.5 基坑边壁最大允许变形量183.6.6 现场试验资料183.6.7 确定边壁临界自稳高度、临界自稳长度和临界自稳时间193.6.8 降雨和疏水条件193.6.9 监控与回馈设计193.7 土钉墙设计的基本程序193.7.1 非支护条件下边壁稳定性分析193.7.2 计算确定支护参数203.7.3 支护条件下边壁稳定性校核203.8 设计注意事项203.8.1 稳定性系数203.8.2 拉应力213.8.3 超前土钉213.8.4 预应力土钉213.8.5 基坑壁脚移位,基础隆起防治223.8.6 附加荷载223.8.7 边壁滑塌防治223.8.8 水患防治224 土钉墙设计244.1 影响土钉墙设计的因素244.2 土钉墙设计步骤244.2.1土钉设计计算244.2.2 喷射混凝土面层设计334.3 土钉墙设计和计算344.3.1土钉设计计算344.3.2 喷射混凝土面层设计425 土钉施工工艺和方法456 结论47总结与体会48谢 辞49【参考文献】50四川美术馆新馆建设项目基坑降水及护壁设计摘 要土钉墙设计中，由于工程现场下部土层较好，通过朗肯主动土压力计算确定只需在上层填土部分进行土钉墙支护。计算出土钉使用状态下的土体侧压力，并由此进行土钉墙参数设计，最后对土钉墙的局部稳定性、内部整体稳定性和外部整体稳定性进行了验算。土钉墙内部稳定性验算较为复杂，本设计采用了简化算法，即把最危险滑裂面简化成了平面。关键词：基坑，土钉墙，强度，稳定性，排水，沉降In the design of the soil-nail wall, as the project of the lower soil is better, according to the Rankine active earth pressure calculation to determine the required soil nailing wall in the upper layer of fill section. Calculation of soil nailing lateral soil pressure state, and thus to the parameter design of soil nailing wall, the local stability of soil nailing wall, the internal stability and external stability checking. Soil nailing wall internal stability computation is more complex, the design uses a simplified algorithm, namely the most dangerous sliding surface is simplified into a plane.Keywords: excavation, soil nailing wall, strength, stability, drainage, settlement1 前言 随着高层建筑和城市地下空间利用的发展，促进了基坑工程设计和施工技术的创新与发展。各地根据当地的工程地质水文地质条件和当地的施工经验，发展了许多新的基坑支护方式，达到了预期支护效果。但是也有相当一部分基坑支护工程，特别是深大基坑由于设计或施工过程中的失误，导致了支护失效，造成了重大的经济损失，并延误了建设周期。据有关资料报道，近年来，深基坑工程事故时有发生，一般的发生率约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至达30%左右，造成了重大的损失和严重后果1。 北京做为一个国际化的大都市，高层及地下建筑多，规模大，在这方面问题尤为突出。因此，如何保证基坑支护工程既安全可靠，又经济合理，也成为北京当前城市建设的一项重要问题。本文在总结北京地区工程地质、水文地质条件以及基坑工程的一些主要特点的基础上，对所搜集的北京地区141个基坑工程实例进行分析，讨论、总结了一些当地常用的支护技 术，从中可以对北京地区基坑支护的设计与施工技术有一个概要的了解。 对监视的对象和物体(简称变形物)进行测量，以确定其垂直位置随时间的变化特征。 是测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力作用而产生的垂直偏差。通常在顶部和墙基设置观测点，定期观测其相对位移值，也可直接观测顶部中心点相对于底部中心点的位移值，然后推算建筑物的倾斜度。 通过对建筑物（构筑物）的沉降和倾斜进行跟踪观测，可以获得建筑物准确可靠的沉降和倾斜数据，了解建筑物在施工及运营期间变形的实际情况，掌握被检测对象在不同荷载作用下随时间的沉降及倾斜规律，为建筑物施工和安全运行提供数据保证。 层建筑物的增高和荷载的增加，在地基基础上和上部结构的共同作用下，建筑物发生不均匀沉降，轻者将使建筑物产生倾斜和裂缝，影响正常使用，重者将危机建筑物安全。因此，建筑物稳定性和可靠性已经成为人们关注的焦点，只有定期对高层建筑物和重要建(构）筑物进行变形观测，掌握其变形规律，才能合理预测未来变形的大小，及时采取预防和善后措施，确保建筑物的安全使用。高层建（构）筑物的变形观测包括沉降观测、倾斜观测和裂缝观测。其中沉降观测和倾斜观测是变形观测的重点，在变形观测工作实践中，应根据实际情况选用最有效的观测方法，并可科学分析、处理变形观测结果，对变形观测中常见的问题提出合理的解决方法，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为建（构）筑物设计和防灾减灾提供科学依据。避免因变形原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失，具有重要的意义。2 工程概况2.1 地理位置及交通条件成都美术馆新馆项目位于成都天府广场西侧。该地块现已拆迁完毕，场地比较平整，四面临街，交通发达，为成都市中心的核心中心区，区位优势明显。2.2 气象、水文特征成都地区气候温和，降水丰沛，水网密布，土地肥沃。素有“天府”之称。据成都气象台多年观测资料表明，成都地区多年平均气温为16.2，极端最高37.3，极端最低-5.9；多年平均降水量947.0mm，日最大195.2mm；蒸发量多年平均值1020.5mm；相对湿度多年平均值82%；多年平均风速1.35m/s，最大风速为14.8m/s（NE向），瞬时最大风速为27.4m/s，主导风向为NNE向，出现频率为11%；年日照时数为12001300小时，日照最小年份只有960小时。流经成都市的主要河流有府河、南河及沙河，均属岷江水系。岷江在都江堰分流以后分出许多支流呈扇形流入成都平原。其中府河、南河和沙河顺着地势从西北向流入成都市，府河与南河在合江亭汇合，沙河在市区东南角汇入府南河，并向南流至彭山县境内再次汇入岷江主河道。在府、南河治理前，每到洪水期，暴雨成灾，洪水泛滥。1981年岷江特大洪水时本场地曾遭淹没。上个世纪90年代成都市政府对府南河进行整治后，将成都市原来十年一遇的防洪标准提高到两百年一遇的标准，周边环境大为改善。2.3 地形地貌场地位于成都市天府广场西侧，地形有一定的起伏。该场地地貌单元属岷江水系I级阶地。2.4 场地区域地质构造特征及场地稳定性该区域构造属新华夏系第三沉降带四川盆地西部，成都坳陷中部东侧，处于北东走向的龙门山断裂带和龙泉山断裂带之间（见图2-1）。由于受喜马拉雅山造山运动的影响，两构造带相对上升，在坳陷盆地内堆积了厚度不等的第四系冰水堆积层和冲洪积层，形成现今平原景观。在成都平原下伏基岩内存在北东走向的蒲江新津断裂和新都磨盘山断裂及其它次生断裂。但除蒲江新津断裂在第四纪以来有间隙性活动外，其它隐伏断裂近期无明显活动表征。场地稳定性的影响因素主要取决于场地区域隐覆断裂的活动情况和龙门山、龙泉山构造带的活动对成都市的影响。蒲江-新津断裂和新都-磨盘山断裂是影响成都盆地区域稳定性的主要断裂，其性质、延伸方向、发育特征及其具体位置有待于进一步的深入研究，但从数百年来的历史地震记载已经证实，对成都市有影响地震烈度都没有超过6度。也有资料预测，在考虑穿过市区的主要断裂如进一步活动并同时考虑浅埋地下水影响的情况下，在成都市区地震烈度超过7度的可能性不大，从龙门山构造带和龙泉山构造带的活动情况看，从获取的成都市区影响最大的场地浅层地震勘探资料，结合本次波速测试、钻探资料，也进一步证实，场地内无断裂通过，该区域地质构造稳定，未发现新构造活动形迹，亦可不考虑隐伏断裂以及龙门山断裂带和龙泉山断裂的影响，属相对稳定地块。2.5 现场工程概况 四川省美术馆新馆位于成都市天府广场北侧，其基坑开挖深度7米。上层为杂填土， ，厚度3.0米以内，下层为冲粉质粘土，地基承载力标准值。3 降水及土钉墙支护结构3.1 降水设计3.1.1 降水井结构与技术要求： 降水井采用内径为300mm的钢筋混凝土井馆。井结构为：每口井上部7根井壁管，下部3根滤水管（注：每根井管长度均为2.5m）。成井时要求井孔应圆切垂直，井孔直径600mm。井管焊接牢固，安装垂直。填砾采用规格612mm砾石。洗井采用活塞和空压机联合洗井，确保洗井质量，达到出水含砂率小于1/20000，最终抽水设备正常运行群井出水含砂率小于1/10000.2.2抽水设备选择根据计算结果和设计降深，降水时选择QS型潜水泵，流量60m2/h，扬程40m。3.1.2 降水，排水方案（1） 基坑开挖前完成抽、排水系统安装。排水主管口径22cm，支管口径12cm，均为铁管。（2） 根据现场条件在适当的位置设置3个沉沙池。沉沙池长3.5m，宽2.0m，高1.6m，中间设两道隔墙。井内抽出的地下水经过沉砂池沉淀后流入业主指定的排水口。地表排水系统保证无泄漏。（3） 出水口设在南边大门处（东，西侧各一眼）和西华门街基础东北角。（4） 降水期间，现场安排专人看守，负责降水、排水系统的正常运转、台班记录及日常维护。3.1.3 基坑降水对周边的影响评价基坑降水对周边影响，主要表现在两个方面，其一，地下水位下降会引起地基土有效应力增加，使土体产生附加压缩变形，但这种变形应具备的条件是基底以下有效厚的常处于地下水位以内的高压缩性土。根据本场地岩土工程勘察报告表明，地基土为地压缩性的沙卵石土层，因而基坑降水引起的土体有效应力增加产生的地基土附加变形非常小，可忽略不计。其二，地下水位的降低在基坑附近形成较大的水力坡度，致使地层中的细小颗粒将随水流流失，产生潜蚀嗯和管涌现象，引起地面沉降变形。本工程设计最大降深18.0m（位于井内，基坑以外地下水位逐渐抬高），降水产生的水力坡度较大，但只要控制好降水井施工质量（特别是滤料质量及填砾厚度），确保降水井出水含沙率满足规范要求就能消除因降水导致临近地基土下沉现象 。3.2 土钉墙支护结构土钉墙概述土钉墙（土钉支护、喷锚支护）是由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射混凝土面层及必要的防水系统组成的，是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。土钉则是采用土中钻孔，置入变形钢筋（即带助钢筋）并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的接口粘结力或摩擦力，使土钉沿全长与周围土体紧密连接成为一个整体，形成一个类似于重力挡土墙结构，抵抗墙后传来的土压力和其它荷载，从而保证开挖面的安全。其典型结构如图3-1（a）所示。土钉主要作用是约束和加固土体，从而使土体保持稳定和整体性。土钉也可用钢管、角钢等采用直接击入的方法置入土中。土钉墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术。由于其经济可靠且施工简便快捷，已在我国得到广泛应用。图3-1 土钉墙与重力式挡土墙3.3 土钉分类及土钉墙的特点与适用范围3.3.1 土钉分类土钉主要可分为钻孔注浆钉与打入钉两类。钻孔注浆钉是最常用的土钉类型。即先在土中钻孔，置于钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置，周围有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔23m设对中支架。土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋喷射混凝土面层相连，在注浆体硬结后用扳手拧紧螺母，使在钉中产生约为土钉设计拉力10%左右的预应力。打入钉，在土体中直接打入角钢、圆钢或钢筋等，不再注浆。由于打入钉与土体间的粘结摩阻强度低，钉长又受限制，所以布置较密，可用人力或振动冲击钻、液压锤等机具打入钉。打入钉的优点是不需预先钻孔，施工快速，但不宜用于砾石土和密实胶结土，也不宜用于服务年限大于2年的永久支护工程。3.3.2土钉墙的特点与其它支护类型相比，土钉墙具有以下一些特点或优点：（1）能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构的不可分割的部分。（2）结构轻型，柔性大，有良好的抗震性和延性。1989年美国加州7.1级地震中，震区内有8个土钉墙结构估计遭到约0.4g水平地震加速度作用，均未出现任何损害现象，其中3个位于震中33km范围内。（3）施工设备简单，操作简便，土钉的制作与成孔不需复杂的技术和大型机具。（4）施工不需单独占用场地，对于施工场地狭小，放坡困难，有相邻地层建筑或堆放材料，大型护坡施工设备不能进场时，该技术显示出独特的优越性。（5）有利于根据现场监测的变形资料，及时调整土钉长度和间距。一旦发现异常不良情况，能立即采取相应加固措施，避免出现大的事故，这就能提高工程的安全可靠性。（6）工程造价低，经济。据国内外数据分析，土钉墙支护工程造价比其它支护类型的工程造价低1/3左右。（7）防腐性能好。土钉由低强度钢材制作，与永久性锚杆相比，大大地减少了防腐的麻烦。（8）施工速度快，基本不占用施工工期。3.3.3土钉墙的适用条件土钉墙适用于地下水位元以下或经人工降水后的人土填土、粘性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固。土钉墙宜用于深度不大于15m的基坑支护或边坡维护，当土钉墙与有限边坡、预应力锚杆联合使用时，深度可增加。土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、沙砾卵石层和淤泥质土，不得用于没有自稳能力的旖旎和饱和软弱土层。3.4 土钉墙的构造（1）土钉墙可用于高度15m以下的基坑和边坡，常用高度为512m，斜面坡度为6090，土钉墙墙面坡度不宜大于1：0.1。（2）土钉墙均是分层分段开挖，每层开挖高度一般为0.52.0m，常与土钉竖向间距相同。每层开挖的纵向长度，由施工方案确定，常用10m长。（3）土钉的长度由计算确定，一般情况下注浆式土钉长度为0.51.2H，打入式土钉为0.50.7H。（4）土钉经常均匀布置在坡面中，间距宜为12m， 土钉的倾角一般为520。（5）土钉钢筋宜为级以上变形钢筋，钢筋直径在1632mm之间，常用25mm；钻孔直径一般为70120mm，常用100mm。（6）注浆材料宜用1：0.5水泥浆，强度等级不宜低于M10，可加入各种外加剂。（7）喷射混凝土面层厚度一般为80200mm，常用100mm，喷射混凝土强度不宜小于C15。面层中宜配置直径610mm的钢筋网，间距宜为150300mm。（8）为保证土钉与喷射混凝土面层的连接和锚固，常采用设置承压垫板和焊接钢筋骨架等方法，垫板下常配置分布钢筋和加强连接钢筋，以分散喷射混凝土面层的应力。（9）沿土钉长度应设置定位器，定位器件距宜为12m。（10）土钉可为临时性土钉和永久性土钉。对永久性土钉来说，要做好防腐工作，因此其构造与临时性土钉有所不同。打入式土钉一般用于临时性工程，其端头构造与注浆土钉相似。其典型的构造如图3-2所示。 （a）临时性土钉构造 （b）永久性土钉构造 图3-2 土钉的典型构造3.5 土钉支护原理与方案设计概则3.5.1 土钉支护原理在非支护与支护条件下土体单层、多层及整体稳定性分析、校核基础上，通过逐层下挖基坑，逐层进行土钉超前支护，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系的一部分，最终达到安全、经济的围护深基坑边壁整体稳定性之目的。假设一般土层是由较均匀、疏松的各向同性介质所构成。基坑开挖产生临空面后，非支护条件下的边壁土体随后产生变形直至滑移破坏、其破坏模式为圆弧型。层状结构岩体稳定主要受层面结构面控制，可能产生平面或崩塌破坏模式。节理裂隙岩体的稳定主要受裂隙结构面所控制，可能产生契形破坏模式等。实验研究证明，圆弧滑移面的最终形成有一个萌生发展完成的演变过程，它受控于介质物理学性质，并与掘支方法及效率、基坑空间尺度、水患条件、施工质量和管理水平等密切相关。由地幔形成机制及地层地质历史差异的原因，任一深基坑边壁几乎都不是由某单一介质所构成。但坑壁的稳定主要为某一层或某几层相对最软弱介质的稳定所制约，故任一深度基坑边壁均可以该介质为基础进行近似的偏于安全的稳定性分析。在某一开挖深度条件下，坑壁产生滑移具有某种随机性，即可能出现滑移线簇。但最危险和最先产生的滑移线只有一条，称之为优势滑移线，相应的滑移面称为优势滑移面。如图3-3：图3-3 滑移线簇优势滑移线随基坑下挖而转移，因而在不同开挖深度上具有不同的优势滑移线，从而形成优势滑移线簇。但任一确定深度的基坑边壁之最先产生、也是最危险的优势滑移线只有一条，称之为优势滑移控制线，相应的滑移面称为优势滑移控制面。如图3-4：图3-4 优势滑移线族滑移体实际下滑以优势滑移控制面的最终形成为前提。优势滑移控制面产生初期，以地面出现滑移性裂缝和区间高变形速率为先导，并以一定的变形速率发展变化。采用具有足够“缝合强度”的土钉（管、索、栓）逐次超前“缝合”优势滑移控制面，则此滑移面将不会萌生，或不致发展和形成（如图）。如图3-5：下图是由优势滑移线簇与土钉（管、索、栓）共同组成的一张网格图，称为经纬图。图3-5 经纬图稳定性分析是做出工程支护参数设计及典型经纬图的基础。稳定分析要考虑单层、多层和整体稳定性，前者依次为后者所包容。多层稳定和整体稳定均须考虑（n-1）次超前缝合效应。监控是深基坑土钉支护法不可或缺的组成部分。监控的目的是验证设计的科学性和合理性，以及施工的可行性和可靠性。其综合目标是达到基坑边壁满足设计要求的整体稳定性，以便必要时进行设计、施工修改。检测参数有多种：支护结构应力、应变、土体压力、边壁变形以及临近建筑物倾斜等。其中边壁变形是控制性的。依参照点设在地面或坑内，理想的变形时程曲线有对称的两支，如图3-6（a）所示。否则就是反常的或不收敛的，如图3-6（b）所示。对此，需引起设计施工人员充分注意。图3-6 理想（反常）变形时程曲线3.6 土钉方案设计的必要条件3.6.1 工程地质及区域地质勘察数据它包括2.02.5倍基坑深度范围内各类岩、土层的物理力学性质，主要是介质类别、岩性、天然含水量（W）、天然密度（）、饱和度（St）、孔隙比（e）、液限（Wl）、塑限（p）、塑性指数（Ip）、液性指数（Il）、压缩模量（Es）、粘聚力（c）、内摩擦角（）、波速（vs）、标准贯入（N）、地下水状况及其渗透性、岩石结构面充填状况及其性质、区域地震的震级及地震烈度资料等。这些是方案设计的最基本集料。3.6.2 工程条件及周围环境它包括：基坑几何尺寸或特征尺寸；地下管线分布情况（尺度、埋深、距边壁的距离等）；邻近已建高层建筑物或民房分布状况及相应基础形式；邻近市政工路等级，最大车载及其它特殊建筑如铁塔、高压电线杆、桥墩等的情况；邻近山体或江河湖泊条件等。3.6.3 确定拟建工程基坑边壁破坏模式不同的介质、不同的工程环境及地下水条件，可产生不同的边坡破坏模式。不同的破坏模式决定不同的稳定分析方法和不同的支护参数设计。因此，在方案设计之前，须认真分析并确定相应的边壁（坡）破坏模式。3.6.4 工程保养期工程保养期由投资方根据拟建工程需要提出。保养期与支护参数密切相关。保养期愈长，支护参数一般应愈强，因而造价愈高。基坑边壁保养期一般较短，为36个月，最长不宜超过12个月。边坡保养期一般较长，通常是永久性的。这是基坑边壁与岩土边坡支护的重要区别之一。3.6.5 基坑边壁最大允许变形量一般城建管理部门对基坑边壁最大允许变形量有明确要求，特殊情况下，投资方可根据本身工程需要提高或放宽这一要求，已达到特定目的或获得更好的经济效果。一般而言，工程愈需要，环境愈复杂，允许变形量便愈小，支护参数因之愈强，工程造价愈高。3.6.6 现场试验资料它包括土钉或锚杆（管、索、栓）拉拔试验数据，喷射混凝土抗压强度试验数据，喷层圆盘拉拔试验数据，钢筋抗拉强度试验数据，砂、石筛分曲线，预应力松弛和蠕变数据以及外加剂凝结时间、效果数据等。一般情况下，上述数据应从现场试验获得。特殊情况下，经论证、协商认可，也可取自类似工程的试验成果。3.6.7 确定边壁临界自稳高度、临界自稳长度和临界自稳时间这是设定一次开挖深度和一次开挖长度的基础，由计算和试验确定。一般一次开挖高度要小于或等于边壁临界自稳高度；一次开挖长度要小于或等于临界自稳长度；临界自稳时间过短或为零时，须先作超前支护，而后开挖。这是设定一次开挖深度和一次开挖长度的基础，由计算和试验确定。一般一次开挖高度要小于或等于边壁临界自稳高度；一次开挖长度要小于或等于临界自稳长度；临界自稳时间过短或为零时，须先作超前支护，而后开挖。3.6.8 降雨和疏水条件它包括年降雨量值，雨季最大降雨量值，基坑所处地形、地貌、排水、疏水条件等。历史经验表明，水患是许多基坑边壁（坡）失事的主要原因或重要原因。方案设计中重视水患作用是工作成功的极重要因素。水患包括地上水及地下水，这里仅是强调地上水危害。实际上，对地下水的处理是同等重要的。3.6.9 监控与回馈设计鉴于工程地质条件千差万别，设计不可能一成不变。通过监测，将所得信息回馈于原设计中，必要是对其进行修改，使之更加科学合理、安全经济。检测参数和方法很多，其中最重要的是位移及质点运动速率的检测和相应的稳定性判断准则。3.7 土钉墙设计的基本程序该设计在具备方案设计必要条件基础上进行。3.7.1 非支护条件下边壁稳定性分析非支护条件下的稳定性分析包括单层、多层和整体稳定性分析。（1）单层稳定性分析单层稳定性分析的目的在于保证开挖过程中的稳定，并为相应的支护参数设计提供依据。单层稳定性分析方法是以该层深度为依据，考虑其它附加荷载和不利因素，通过计算和试验确定单层临界深度、临界长度、临界自稳时间、优势滑移线、优势滑移半径和优势滑移角等（2）多层稳定性分析多层稳定性分析的目的在于保证掘支过程中边壁的稳定，并为相应的支护参数设计提供依据。多层稳定性分析的方法是以多层深度为依据，考虑其它附加荷载和不利因素，计算确定相应的优势滑移面、优势半径和优势滑移角等。（3）整体稳定性分析整体稳定性分析的目的在于确保基坑挖至底板时整个边壁的稳定性，并为支护体系的总体设计提供依据。整体稳定性分析的方法是以基坑深度为依据，考虑其它附加荷载和各种不利因素，计算确定相应的优势滑移控制面、优势半径和优势滑移角等。3.7.2 计算确定支护参数根据非支护条件下单层、多层和整体稳定性分析结果，计算确定相应的土钉（包括锚管和面层、喷层和钢筋网）支护参数。3.7.3 支护条件下边壁稳定性校核支护条件下边壁稳定性校核，按单层、多层和整体稳定性状况分别进行。（1）单层稳定性校核所设计的支护参数，在保证单一土层稳定同时，尚须保证对所确定的优势滑移面和优势滑移控制面以内的不稳定体满足一定安全系数的超前缝合强度。（2）多层稳定性校核所设计的支护参数，应满足多层土体的稳定，即保证施工过程中边壁的稳定。其强度校验需考虑此前支护的（n-1）次超前缝合效应（3）整体稳定性校核所设计的支护参数，应满足整个边壁的稳定，即：使相应的优势滑移控制面不致产生、发展和形成，其强度校验需考虑此前支护的（n-1）次超前缝合效应。3.8 设计注意事项3.8.1 稳定性系数（1）稳定性系数原则上应根据设计必要条件选定。（2）对一般使用要求的边壁,稳定性系数可不小于1.3;对于中等要求的边壁,稳定系数可取1.51.8;对中等以上使用要求的边壁,稳定系数可取2.02.5;对特殊使用要求的边壁,稳定性系数不小于2.5。3.8.2 拉应力（1）在任意两根高预应力长锚索之间,会产生拉应力区域,设计时必须予以考虑。（2）在拉应力区域,设置非预应力土钉短锚杆,可消除该区域的拉应力集中效应。（3）非预应力短锚杆等应设置与拉应力的土钉及位于该区域设置在拉应力区的对称中心。3.8.3 超前土钉（1）超前土钉用于单层自稳时间为零或极短,即随挖随塌的场合。（2）超前土钉的长度不小于单层开挖深度的2倍,其与垂直壁面的夹角以510为宜。（3）超前土钉的中上部须与已完成的支护连成一体。（4）超前土钉的间距应根据现场试验确定。（5）用作超前土钉的材料可以是角钢,槽钢,钢管,螺纹钢筋,预制钢筋,混凝土杆件等。3.8.4 预应力土钉土钉一般不施加预应力,这样工序更加快捷。预应力土钉一般用于对边壁变形需严格控制的场合。施加预应力的方式可以是张拉式或螺旋式。在土质边壁(坡)宜采用低预应力张拉吨位;在岩石中可设计较高的张拉吨位。一般而言,设计预应力吨位宜控制在每延米极限抗拔力的30%左右。对土钉预应力损失或超载情况,应密切注意观察,或分区域采用应力传感器进行监测,必要时应对语言能够里进行调整,或作加强支护。预应力土钉的张拉段必须能自由伸缩。应根据不同的地层选择预应力土钉的型式。3.8.5 基坑壁脚移位,基础隆起防治基坑壁脚移位,地基隆起是壁脚附近土层介质在上覆土体自重荷载及侧压力作用下,连续置换邻近底板下部土层,并将其置于底板上部空间的塑流现象。在基坑壁脚附近采用垂直或近乎垂直向下的土钉截断塑流线,可防止地基隆起现象发生。设置防地基隆起的土钉的(密度,长度)材料及其上部处理。3.8.6 附加荷载附加荷载指在基坑边壁优势滑移线以内可能滑移体外的一切地面荷载和其它荷载。各类附加荷载均应纳入边壁稳定性分析和相应的支护参数强度校核。各类附加荷载均按等效静载考虑。3.8.7 边壁滑塌防治边壁滑塌防治方案设计应在分析确定滑塌成因及破坏模式基础上进行。边壁滑塌防治应按设计程序,进行非支护条件下的单层,多层和整体稳定分析,以及相应支护条件下的稳定性校核。采用自上而下逐层清渣到底。在清理滑塌区前,须在关键部位设置监控点,进行监测,并于必要时进行回馈设计。滑塌区是否回填视使用要求而定。3.8.8 水患防治水患是基坑边壁稳定的大忌,方案设计中须慎重考虑。优势滑移控制线以内及其附近的各种积水或水源均可能对基坑边壁稳定构成危害。这些水患指:地面雨水,生活用水,施工用水等所构成的地面积水,地下由正使用或已废弃的污水管或清水管之渗漏水,以及初始地下水所构成的综合地下水,基坑内各种水渠所构成的积水等。对水患须采用全方位的构造防治措施,以把水患影响减少到最低程度。水患防治措施主要是：排、挡、降、封、抽。排: 通过设置排水沟排除地面积水；挡: 对地处低洼地的基坑,在边壁的附近地面可设置水墙挡水,不使水流入坑内；降: 设降水井降低地下水位；封: 采用喷射混凝土封闭基坑壁面及附近地面；抽: 在基坑内设置积水坑,有水泵及时抽出坑内积水。特殊情况下,基坑附近不允许设置降水井时,支护参数需作加强设计,以维护基坑边壁的稳定。4 土钉墙设计4.1 影响土钉墙设计的因素土质边坡(边壁)的变形破坏特征和破坏形态：如果地下不存在洞穴，地表面一般不可能无故出现塌陷。即使是软土地面，无任何人为施作和自然因素存在时，通常也不可能出现一部分土体相对于另一部分土体的运动，造成地面的裂缝或塌陷。因其本处于一相对静止平衡状态中，若在地平面下开挖深基坑形成边坡(边壁),出现了临空面，被挖除土体不再对基坑边壁(边坡)和底板起约束作用，土体的静止平衡状态刚被打破，基坑边壁(边坡)就可能产生变形，表现为一定范围内的土壤质点产生运动。当质点运动速率达到某一临界值时，土壁(坡)就可能出现滑坡现象。土壁(坡)的滑动现像是指土壁(坡)在一定范围内整体地沿某一滑动面向临空面方向移动或转动而丧失其稳定性。土壁(坡)的失稳常常在外界的不利因素影响下触发和加剧。一般有以下几中原因：(1) 土坡作用力发生变化；(2) 静水力和动水力的作用；(3) 土体的性质变化；(4) 坡角增大，边坡稳定性变差；(5) 坡高越大，稳定性越差。常见的粉土、粘性土等一般粘土边坡，由于其剪切滑动面大多为曲面，破坏前坡顶常有张拉裂缝的先兆，破坏时滑移体将沿该曲面产生整体滑动。根据土体极限平衡理论，可以推导出滑动面近似为对数螺线曲面，为简化常假设为圆弧。4.2 土钉墙设计步骤土钉墙的设计步骤如下：4.2.1土钉设计计算土钉设计计算遵循下列原则：（a）只考虑土钉的受拉作用；（b）土钉的尺寸应满足设计内力的要求，同时还应满足支护内部整体稳定性的要求。（1）计算基坑边壁（坡）所受的主动土压力：1）主动土压力可利用朗肯土压力理论计算。当粘聚力c的影响较小时，有时可以略去，这既可使计算简化，也可使计算结果偏于安全。但c值较大时不能忽略，以图4-1所示为例，计算如下： 图4-1 朗肯土压力计算图图中土分三层，上有均布荷载q作用，顶面处： ，；h1处 ： ，；h1+h2处： ， ； h1+h2+h3处：土层容重；内摩擦角。2）使用状态下有土体自重和地面超载引起的每一土钉内力可按图4-2所示得侧向土压力分布图形按下式求出： 式中：土钉轴向压力；土钉上下各距范围内土压力得平均值；、分别为土钉竖向间距和水平间距；土钉与水平线夹角。图4-2 土侧压力的分布图4-2中，和值取为：对于（）砂土和粉土： 对于（）粘性土： 式中：边坡土体自重引起的土压力； 地面超载引起的侧压力； 土的主动土压力系数，； 土的重度； 土钉支护深度； 均为土的抗剪强度指标。对性能相差不远的分层土体，上式中的及值可取各层土的参数及按其厚度取加权平均值。（2）确定土钉设计各参数按构造要求，土钉一般采用级以上变形钢筋，钢筋直径在1632mm之间，常用25mm，间距宜为12m，土钉的倾角一般为520。可通过先求土压力来计算土钉直径和土钉长度（即局部稳定性中内容）。并且：土钉的长度，可参照表4-1选取。表4-1 土钉长度的经验设计参数粉土硬黏土注浆钉打入土钉注浆钉L=(0.50.8)HL=(0.50.6)HL=(0.51.0)H注：H基坑的垂直高度（m）。2）土钉的水平距离在（Sh）和竖向间距（Sv）。一般取： Sh= Sv=（68）D 式中：D钻孔直径（m）；常用Sh= Sv=（1.02.5）m,并需满足： 注：L土钉长度（m）。3）钉体直径（d），一般取： 并满足： （3）局部稳定性计算 局部稳定性的分析是考虑到土钉中钢筋不至于被拉坏。1）土钉钢筋直径应满足（强度检算） 式中：土钉的局部稳定性安全系数，一般取1.21.4，基坑深度大时取高值； d土钉钢筋直径（m）；钢筋抗拉强度设计值（）。2）土钉长度L应满足（抗拔承载力检算）各层土钉长度尚应满足如下要求： 式中: 土钉轴线与倾角等于斜线交点至土钉墙外端点的距离，如图4-3所示； 土钉孔径（m）； 土钉与土体间的抗剪强度标准值（kPa），其取值详见表4-2。