护坡护坡工程土钉支护设计.docx

土钉支护

×××引水隧道进水洞口段
出 渣 通 道 护 坡 支 护 结 构 设 计
1 工程概况
本出渣通道护坡工程为×××引水隧道进水洞口段的配套工程。通道为圆弧形，其中心弧长为205m，半径为164.137m，出渣通道一端与进水隧道口（高程为-12.000）相接，另一端出露自然地面（高程为+2.000），总高差为14.0m，纵坡比为6.83%。
出渣通道区域地层分布极不均匀，临山侧地质较好，地层依次为砾砂、粉质粘土混碎石及强风化凝灰岩；靠近盾构工作井区域表层埋有厚度约为6.0m左右的淤泥。
出渣通道场地较狭窄，其西北侧与盾构工作井较紧，为避免盾构工作井下沉时对出渣通道的影响同时考虑盾构施工时对工作井的反力，出渣通道尽量远距盾构工作井，为此出渣通道设计为圆弧形，则出渣通道与盾构工作井之间的最近距离为53.0m。
2 编制依据
1《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
2《基坑土钉支护技术规程》CECS 96:97
3《地基与基础工程验收规范》GBJ202-93
4工程岩土工程勘察报告。
3 设计原则
根据本工程场地土的工程地质条件及护坡的深度，宜采用土钉墙锚喷支护的方法。
土钉墙锚喷支护结构设计时可按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)（以下简称《规程》）的要求进行土钉抗拔承载力和土钉墙整体稳定性验算。设计时按二级基坑侧壁支护结构设计，取侧壁重要性系数为1.0，则土钉抗拔承载力的安全系数不小于1.25，土钉墙整体稳定性安全系数不小于1.30。
根据经验，土钉宜采用钢管击入钉，经压力注浆后所形成的土钉等效直径取为150mm。
设计时，土钉与水平面的倾角为150~200，一般宜采用较大的倾角，其原因为：倾角较大时，浆液不易外溢，有利于注浆，较大倾角的土钉有利于增加土钉墙的整体稳定性，当土钉的倾角较大时，对土体可起到超前支护的作用。
设计时取地面超载为15kPa。
4 各剖面护坡支护结构设计
4.1 A—A剖面
4.1.1 工程地质条件
A— A剖面为靠近进水隧洞的洞口，工程地质条件相对较好，表层约5.0m
为砾砂，其下约3.4m为粉质粘土混碎石，下层为强风化凝灰岩。
     根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表1。
表1场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标  极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(3) 砾砂 5.0  19.5  8 35.0 60
(5) 粉质粘土混碎石 3.4  19.03  15.8 22.1 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0  24.0  200 45.0 
注：表中砾砂的强度指标根据其重度及参考同类土质而确定（以下同）。
4.1.2土钉护坡支护结构设计
土钉墙护坡支护结构由土钉和喷射混凝土面层两部分组成，设计时，喷射混凝土面层均按构造要求设计，其厚度一般为100mm，（考虑到本工程2.5的普通钢管，土钉钢管在土钉墙面出露处与面层加强钢筋焊接，以增强整体工作效能，加强钢筋一般采用Φ16螺纹钢筋。´10@200的钢筋网一层，根据高地下水位中土钉施工经验，土钉一般均采用钢管击入钉，钢管上每隔800mm设置一个直径约8mm的注浆孔，并在注浆孔外侧焊接角钢支架，一方面可减少土体进入注浆管内，另一方面对土钉起到扩孔作用，能有效地保证土钉锚固体的抗拔力，注浆钢管一般采用48f护坡使用时间较长，为此设计为150mm混凝土强度等级为C20，内配
10@200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表2。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图1所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图1为开挖深度10.9m，土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下6层土钉组成，均采用
表2   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.235 117.446 18.835
2 -1.0 6 1200 12.533 104.394 8.330
3 -2.5 9 1200 25.702 156.392 6.093
4 -4.0 9 1200 41.708 143.540 3.442
5 -5.5 9 1200 55.820 130.489 2.338
6 -7.0 6 1200 55.541 78.434 1.412
    表3为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，经验算当开挖至高程-5.800m而第4道土钉尚未施工时，此时为最不利工况。由表3可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表3 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工 第6道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -7.3 -8.9
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 7.8 9.3 10.9
稳定安全系数 1.643 1.977 1.477 1.371 1.340 2.924 3.309
4.2 B—B剖面
4.2.1 工程地质条件
     根据工程地质勘察报告，B—B剖面的地层分布基本与A—A剖面相同，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表4。
表4场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标  极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(3) 砾砂 6.6  19.5  8 35.0 60
(5) 粉质粘土混碎石 6.9  19.03  15.8 22.1 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0  24.0  200 45.0 
4.2.2土钉护坡支护结构设计
10@200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表5。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图2所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图2为B—B剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下5层土钉组成，均采用
表5   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 5.765 117.351 20.188
2 -1.0 9 1200 11.786 169.454 14.377
3 -2.5 9 1200 19.860 156.309 7.871
4 -4.0 9 1200 34.931 143.164 4.098
5 -5.5 9 1200 35.483 130.018 3.664
    表6为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表6可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表6 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -5.8
开挖深度（m） 1.8 2.3 4.8 6.3 7.8 7.8
稳定安全系数 1.643 2.067 1.793 1.480 1.277 1.335
4.3 C—C剖面
4.3.1 工程地质条件
     根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表7。
表7场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(1) 淤泥 1.8 68.5 15.74 1.952 10.6 12.8 16
(4) 粉质粘土 6.4 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60

(3) 砾砂 1.2  19.5  8 35.0 60
4.2.2土钉护坡支护结构设计
10@200的钢筋网片一层，并延伸至地表与锚固钢筋相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表8。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图3所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图3为C—C剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下3层土钉组成，均采用
8   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 9 1200 — 52.499 —
2 -0.5 6 1200 5.302 79.932 14.940
3 -2.0 6 1200 19.526 75.171 3.850
    表9为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表9可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表9 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -0.8 -2.3 -2.6
开挖深度（m） 1.8 2.8 4.3 4.6
稳定安全系数 1.643 2.067 1.793 1.480
4.4 D—D剖面
4.4.1 工程地质条件
     根据工程地质勘察报告，D—D剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表10。
表10场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标  极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(3) 砾砂 2.8  19.5  8 35.0 60
(4) 粉质粘土 0.9 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(5) 粉质粘土混碎石 3.4  19.03  15.8 221 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0  24.0  200 45.0 
4.4.2土钉护坡支护结构设计
10@200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表11。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图1所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图4为开挖深度11.1m，土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下4层土钉组成，均采用
表11   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.517 117.369 18.009
2 -1.0 9 1200 15.134 169.494 11.194
3 -2.5 9 1200 28.853 156.302 5.419
4 -4.0 9 1200 70.446 143.234 2.033
    表12为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表12可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表12 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -9.10
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 11.1
稳定安全系数 1.643 2.038 1.662 1.566 3.695
4.5 E—E剖面
4.5.1 工程地质条件
     根据工程地质勘察报告，E—E剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表13。
表13场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标  极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(3) 砾砂 4.7  19.5  8 35.0 60
(4) 粉质粘土 2.7 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(5) 粉质粘土混碎石 4.6  19.03  15.8 22.1 60
4.5.2土钉护坡支护结构设计
10@200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表14。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为100，各层土钉的长度及布置如图2所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图5为E—E剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下5层土钉组成，均采用
表14   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.259 155.099 18.388
2 -1.0 9 1200 12.707 164.949 12.981
3 -2.5 12 1200 28.200 214.800 7.533
4 -4.0 12 1200 48.672 199.402 4.097
5 -5.5 12 1200 72.684 184.004 2.532
    表15为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表15可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表15 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -6.5
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 7.8 8.5
稳定安全系数 1.643 1.824 1.601 1.519 1.331 1.390
4.6 F—F剖面
4.6.1 工程地质条件
     根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表16。
表16场地主要土层的物理力学性指标
(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标  极限锚固力g（%） 重度w土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量
(0) (kPa)j      C(kPa) 
(1) 淤泥 2.8 68.5 15.74 1.952 10.6 12.8 16
(4) 粉质粘土 5.4 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(3) 砾砂 1.2  19.5  8 35.0 60
4.6.2土钉护坡支护结构设计
6@200的钢筋网片两层，并延伸至地表与锚固钢筋相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表17。f2.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图3所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置´48f图6为F—F剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下4层土钉组成，均采用
表17   各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 9 1200 12.044 52.402 4.351
2 -0.5 6&n