郑州桩墙复合土钉工程分析.doc

郑州某复合土钉墙工程分析
一、工程概况：
郑州某基坑开挖深度为自然地坪以下12.9m。场地表层为杂填土， 以下依次为粉土、 粉土夹粉砂或粉砂夹粉土。具体参数见下表
土层名称
层厚(m)
天然重度(kN/m3)
内聚力C(kPa)
内摩擦角（。）
锚固体与土体极限摩阻力（kPa）
M值（MN/m4）
①杂填土
1.5
18.0
6.0
15.0
15.0
1.5
②粉土
3.9
17.5
10.0
18.0
20.0
5.68
③粉土
4.1
18.7
15.0
20.0
25.0
7.5
④粉土夹粉砂
5.3
18.0
10.0
25.0
30.0
11.0
⑤粉砂夹粉土
6.4
18.5
0.0
30.0
35.0
20.0
⑥粉砂
20.0
18.8
0.0
40.0
40.0
28.0

基坑东侧为黄委会家属院，沿基坑共有6栋6 层住宅楼，最近点距基坑围护结构5 m； 西侧距基坑13m为郑州市主干道紫荆山路， 地埋系统复杂，且埋深均在2-5 m范围; 北侧为城市次干道， 距离基坑边沿15 m，南侧为城市加油站， 距离基坑 1 8 m。地下水位稳定在自然地下5.5-6.2 m.。
实际工程中采用单支点桩锚与土钉联合支护结构， 排桩直径为0.8 m， 间距为1.5 m， 桩长12.4 m。预应力锚杆位于自然地面下5.5 m处， 水平间距为1.5m ，锚杆预应力设计值为: T =165 k N，总长度为L =25 m。土钉支护结构采用水平间距为1.5 m，竖向排距为1.2-1.5 m，土钉采用48无缝钢管，长度为12 m，自自然地面下7 m开始共设置5排土钉。
根据以上方案，利用同济启明星软件Nail5.0对复合土钉墙进行分析。
二、设计数据输入：

1、 基本数据输入
点击“基本数据”标题即可进入“基本数据”页面。在输入土层数据、邻近荷载后结果见下图：

图. 1
2、“设计数据”页面
用鼠标点击“设计数据”，即可切换到设计数据页面。根据设计方案，此工程采用了两级坡，第一级坡不处理，第二级坡采用复合土钉墙加排桩锚杆的复杂的复合结构。输入相关参数后可见下图：

图. 2
3、“规范选择”页面
用鼠标点击“规范选择”，即可切换到规范选择页面。
默认规范为《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）。

图. 3

最后根据设计方案得到的计算图形如下图：

图. 4
三、计算结果
1、排桩内力变形
根据上述的输入参数，对此复合土钉墙的排桩部分进行了分析。计算结果表明，排桩内力最大弯矩为711.7KN.m。最大变形为27.4mm，最大剪力为343KN。锚杆的最大拉力为294KN。

图. 5
2、土钉以及锚杆的抗拔分析
根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》的抗拔计算规定，采用朗肯主动土压力进行计算，得到如下表计算结果：

序
号
深度
(m)
土压力面
积(kPa)
调整
系数
荷载
标准值(kN)
破裂面内
长度(m)
抗拔承载力
设计值(kN)
抗拉强度
设计值(kN)
安全
系数
要求安
全系数
结
论
1
0.10
-
-
294.02
4.30
411.24
554.18
1.40
1.25
满足
2
1.50
6.21
1.00
9.64
3.47
54.35
94.20
5.64
1.25
满足
3
3.00
16.74
1.00
25.99
2.59
66.68
94.20
2.57
1.25
满足
4
4.20
20.75
1.00
32.22
1.88
73.34
94.20
2.28
1.25
满足
5
5.40
19.39
1.00
30.10
1.18
78.46
94.20
2.61
1.25
满足
6
6.60
39.89
1.00
61.95
0.47
85.48
94.20
1.38
1.25
满足

由此可见原先的方案抗拔计算满足规范要求。
3、整体稳定计算
复合土钉墙的整体稳定分析是我们设计工作的一个重点，因此，采用了瑞典条分法和简化毕肖普法分别进行了分析：
（1）瑞典条分法

图. 6
滑弧圆心:(5.50,0.00)m；滑弧半径:18.38m；
下滑力:2111.03kN/m；
土体(包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力:2529.32kN/m；
土钉/锚杆抗滑力:216.53kN/m；
安全系数：1.30；
（1）简化毕肖普法

图. 7

滑弧圆心:(4.40,-2.49)m；
滑弧半径:20.64m；
下滑力:2365.88kN/m；
土体(包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力:3517.12kN/m；
土钉/锚杆抗滑力:193.71kN/m；

从以上两个方法的计算结果可知，本设计方案的稳定安全系数都达到1.3以上，简化毕肖普法计算得到的安全系数更大，达到1.57。
4、土钉墙变形估算
土体平均内摩擦角：
土体平均重度：
土体平均变形模量：
土体平均泊松比：
静止土压力系数：
土钉/锚平均变形模量：
土钉/锚置换率：
土体复合模量：
锚杆作用荷载：
深zi处的水平位移计算公式：
式中，β为坡角
土钉墙最大最大位移：17.9mm

四、实测结果
自基坑开挖施工至地下3层地下室出地面历时9个月，测得基坑施工过程中基坑顶部土体最大水平侧移量为12mm。