土钉墙支护计算计算书样本模板.doc

土钉墙支护计算书
计算依据:
1、 《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-
2、 《建筑施工计算手册》江正荣编著
3、 《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著
4、 《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著
5、 《地基与基础》第三版
土钉墙需要计算其土钉抗拉承载力和土钉墙整体稳定性。
一、 参数信息
1、 基础参数
侧壁安全等级
二级
基坑开挖深度h(m)
5
土体滑动摩擦系数
1.3
条分块数
10
土钉墙计算宽度B'(m)
15
基坑外侧水位到坑顶距离(m)
1.2
基坑内侧水位到坑顶距离(m)
5.5
基坑地面至抗隆起计算平面之间距离D(m)
2
2、 荷载参数
序号
类型
面荷载q(kPa)
荷载宽度b(m)
基坑边线距离a(m)
平行基坑边分布长度l(m)
作用深度d(m)
1
局布荷载
2
5
5
1
1
3、 土层参数
序号
土名称
土厚度(m)
坑壁土重度γ(kN/m3)
坑壁土内摩擦角φ(°)
粘聚力C (kPa)
极限摩擦阻力(kPa)
饱和重度(kN/m3)
1
粘性土
2
20
18
12
120
20
2
淤泥质二
2
18
12
10
20
19
3

红粘土
3
22
20
18
189
22
4、 土钉墙部署数据
放坡参数:
序号
放坡高度L(m)
放坡宽度W(m)
平台宽度B(m)
1
5
1
2
土钉参数:
序号
孔径d(mm)
长度l(m)
入射角α(°)
竖向间距Sz(m)
土钉杆体材料
杆体截面积As(mm2)
抗拉强度标准值fyk(N/mm2)
抗拉强度设计值fy(N/mm2)
1
120
6
15
1.5
钢筋
314
400
360
2
120
7
15
1.5
钢筋
314
400
360
5、 计算系数
结构关键性系数γ0
1
综合分项系数γF
1.25
土钉抗拔安全系数Kt
1.6
圆弧滑动稳定安全系数Ks
1.3
抗滑移安全系数Ksl
1.2
抗倾覆安全系数Kov
1.3
抗隆起安全系数Khe
1.6
经验系数ηb
0.6
二、 土钉承载力计算
Ka1=tan2(45°- φ1/2）= tan2(45-18/2)=0.528;
Ka2=tan2(45°- φ2/2）= tan2(45-18/2)=0.528;
Ka3=tan2(45°- φ3/2）= tan2(45-12/2)=0.656;
Ka4=tan2(45°- φ4/2）= tan2(45-20/2)=0.49;
第1层土: 0-1.2m(+0)
H1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/20=0m
Pak1上 =γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=20×0×0.528-2×12×0.5280.5=-17.439kN/m2
Pak1下 =γ1(h1+H1')Ka1-2c1Ka10.5=20×(1.2+0)×0.528-2×12×0.5280.5=-4.767kN/m2
第2层土: 1.2-2m(+0)
H2'=[∑γ1h1]/γsati=[24]/20=1.2m
Pak2上 =[γsat2H2'-γw(∑h1-ha)]Ka2-2c2Ka20.5+γw(∑h1-ha)=[20×1.2-10×(1.2-1.2)]×0.528-2×12×0.5280.5+10×(1.2-1.2)=-4.767kN/m2
Pak2下 =[γsat2(H2'+h2)-γw(∑h1-ha)]Ka2-2c2Ka20.5+γw(∑h1-ha)=[20×(1.2+0.8)-10×(2-1.2)]×0.528-2×12×0.5280.5+10×(2-1.2)=7.457kN/m2
第3层土: 2-4m(+0)
H3'=[∑γ2h2]/γsati=[40]/19=2.105m
Pak3上 =[γsat3H3'-γw(∑h2-ha)]Ka3-2c3Ka30.5+γw(∑h2-ha)=[19×2.105-10×(2-1.2)]×0.656-2×10×0.6560.5+10×(2-1.2)=12.79kN/m2
Pak3下 =[γsat3(H3'+h3)-γw(∑h2-ha)]Ka3-2c3Ka30.5+γw(∑h2-ha)=[19×(2.105+2)-10×(4-1.2)]×0.656-2×10×0.6560.5+10×(4-1.2)=44.598kN/m2
第4层土: 4-5m(+0)
H4'=[∑γ3h3]/γsati=[78]/22=3.545m
Pak4上 =[γsat4H4'-γw(∑h3-ha)]Ka4-2c4Ka40.5+γw(∑h3-ha)=[22×3.545-10×(4-1.2)]×0.49-2×18×0.490.5+10×(4-1.2)=27.295kN/m2
Pak4下 =[γsat4(H4'+h4)-γw(∑h3-ha)]Ka4-2c4Ka40.5+γw(∑h3-ha)=[22×(3.545+1)-10×(5-1.2)]×0.49-2×18×0.490.5+10×(5-1.2)=43.175kN/m2
1）水平荷载
临界深度: Z0=Pak2下h2/(Pak2上+ Pak2下)=7.457×0.8/(4.767+7.457)=0.488m;
第1层土
Eak1=0kN;
第2层土
Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.5×7.457×0.488×1=1.82kN;
aa2=Z0/3+∑h3=0.488/3+3=3.163m;
第3层土
Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=2×(12.79+44.598)×1/2=57.388kN;
aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+∑h4=2×(2×12.79+44.598)/(3×12.79+3×44.598)+1=1.815m;
第4层土
Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/2=1×(27.295+43.175)×1/2=35.235kN;
aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)=1×(2×27.295+43.175)/(3×27.295+3×43.175)=0.462m;
土压力协力:
Eak=ΣEaki=0+1.82+57.388+35.235=94.443kN;
协力作用点:
aa= Σ(aaiEaki)/Eak=(0×0+3.163×1.82+1.815×57.388+0.462×35.235)/94.443=1.336m;
1、 单根土钉轴向拉力标准值Nk,j:
Nk,j=ζηjPak,jSxjSzj/cosαj
其中 ζ--荷载折减系数
ηj--第j层土钉轴向拉力调整系数
Pak,j--第j层土钉处主动土压力强度标准值
Sxj、 Szj--土钉之间水平与垂直距离
αj--土钉与水平面夹角
Nj=γ0γFNk,j=1×1.25×5.32=6.65kN≤fyAs=400×314=125.6kN
满足要求!
Rk,j/Nk,j=29.423/5.32=5.531≥Kt=1.6
满足要求!
序号
Rk,j/Nk,j
Nj(kN)
fyAs(kN)
抗拔安全性
抗拉安全性
0
5.531
6.65
125.6
满足要求
满足要求
1
7.446
21.085
125.6
满足要求
满足要求
三、 土钉墙整体稳定性计算
依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-要求, 土钉墙应依据施工期间不一样开挖深度及基坑底面以下可能滑动面采取圆弧滑动简单条分法以下图, 根据下式进行整体稳定性验算:

圆弧滑动法示意图

公式中:
cj、 φj ──第j土条滑弧面处土粘聚力(kPa)、 内摩擦角(°);
bj──第j土条宽度(m);
θj──第j土条滑弧面中点处法线与垂直面夹角(°);
lj──第j土条滑弧段长度(m), 取lj＝bj/cosθj;
qj──作用在第j土条上附加分布荷载标准值(kPa) ;
ΔGj──第j土条自重(kN), 按天然重度计算;
uj──第j土条在滑弧面上孔隙水压力(kPa), 采取落底式截水帷幕时, 对地下水位以下砂土、 碎石土、 粉土, 在基坑外侧, 可取uj＝γwhwaj, 在基坑内侧, 可取uj＝γwhwpj; 滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下粘性土, 取uj＝0;
γw──地下水重度(kN/m3);
hwaj──基坑外侧第j土条滑弧面中点压力水头(m);
hwpj──基坑内侧第j土条滑弧面中点压力水头(m);
Rˊk,k──第k根土钉在圆弧滑动面以外锚固段极限抗拔承载力标准值与杆体受拉承载力标准值较小值;
αk──表示第k层土钉倾角;
θk──圆弧面在第k层土钉处法线与垂直面夹角;
ψv──计算系数, 取ψv=0.5sin(αk+θk)tanφ, φ表示是第k层土钉与滑弧交点处土内摩擦角。
把各参数代入上面公式, 进行计算
可得到以下结果:
---------------------------------------------------------------------------------
计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)
第1步 1.658 29.389 -0.784 2.403 2.528
示意图以下:

计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)
第2步 1.888 29.389 -1.569 4.806 5.056
示意图以下:

计算步数 安全系数 滑裂角(度) 圆心X(m) 圆心Y(m) 半径R(m)
第3步 1.725 29.389 -2.615 8.010 8.426
示意图以下:

-----------
计算结论以下:
第 1 步开挖内部整体稳定性安全系数 γk= 1.658>=1.300 满足要求! [标高 -1.500 m]
第 2 步开挖内部整体稳定性安全系数 γk= 1.888>=1.300 满足要求! [标高 -3.000 m]
第 3 步开挖内部整体稳定性安全系数 γk= 1.725> 1.300 满足要求! [标高 -5.000 m]
四、 抗滑动及抗倾覆稳定性验算

1）抗滑动稳定性验算
抗滑动安全系数按下式计算:
f'/Eah≥1.2
式中, Eah为主动土压力水平分量(kN);
f'为墙底抗滑阻力(kN), 由下式计算求得:
f'=μ(W+qBaSv)
μ为土体滑动摩擦系数;
W为所计算土体自重(kN)
q为坡顶面荷载(kN/m2);
Ba为荷载长度;
Sv为计算墙体厚度, 取土钉一个水平间距进行计算
1级坡: f'/Eah=5.393>1.200, 满足要求!
2）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆安全系数按以下公式计算:
MG/MQ
式中, MG--由墙体自重和地面荷载产生抗倾覆力矩, 由下式确定
MG=W×BC×qBa×(B'-B+b×Ba/2)
其中, W为所计算土体自重(kN)
其中, q为坡顶面荷载(kN/m2)
Bc为土体重心至o点水平距离;
Ba为荷载在B范围内长度;
b为荷载距基坑边线长度;
B'为土钉墙计算宽度;
Mk--由主动土压力产生倾覆力矩, 由下式确定
Mk=Eah×lh
其中, Eah为主动土压力水平分量（kN）;
lh为主动土压力水平分量协力点至经过墙趾O水平面垂直距离。
1级坡: MG/MQ=110.065>1.300, 满足要求!
五、 坑底抗隆起稳定性验算
满布荷载:
f1=0
局部荷载:
f2=(q1b+q2a+q3W1)/(b+a+W1)=(144×5+142×5+98×1)/(5+5+1)=138.909
Nq=tan2(45°+φ/2)eπtanφ=tan2(45°+20/2)eπtan20=6.399
Nc=(Nq-1)/tanφ=(6.399-1)/tan(20)=14.834
(γmn+1DNq+cNc)/(f1+f2)=(22×2×6.399+18×14.834)/(0+138.909)=3.949≥Kb=1.6
满足要求!