土钉墙联合微型桩支护的稳定性分析

２　０　０　７年１　０月　第３３卷第２９期　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　ｒＩ　Ｅ　Ｖ０１．３３　ＮＯ．２９　Ｏｃｔ．２００７　・１０３・　文章编号：１００９．６８２５（２００７）２９—０１０３．０２　土钉墙联合微型桩支护的稳定性分析　刘绪锋摘韦合　要：在土钉支护稳定性计算的基础上，考虑微型桩对整体稳定性的贡献，介绍了西南交通大学胡井友和杨志银提供　的计算公式，并对它们进行比较，分析了在开挖过程中微型桩对土体临空面的作用，指出微型桩对开挖土体直立的重要　作用。　关键词：土钉支护，微型桩，稳定性，安全系数　中图分类号￣ＴＵ４６３　文献标识码：Ａ　目前，土钉支护因其施工方便、节约工期、节省造价、安全稳　边坡稳定性的影响。　定等优点已被大量应用于深基坑支护工程中，但因为其不适用于　砂土、淤泥质土、流塑性粘土和水位高的土体，其适用范围受到局　～—口　Ｏ　＜一　—～——限。在大量的工程施工中，就出现了复合土钉。复合支护结构用　来解决土体不能直立、土体粘结水平低、渗流等问题，通过压密注　浆和二次劈裂注浆来解决土体加固及土钉抗拔力问题。土钉联　合微型桩支护因这些优点在我国北方地区被广泛应用。然而微　型桩对土钉支护整体稳定性的作用到底怎样，它是怎样解决土体　直立问题的，下面进行详细分析。　＼　　．——～　～＼　＼　＿＿Ｔ　图１　土钉支护条分法受力分析　设某一边坡按土性可分为ｍｌ层土，布设ｍ２层土钉，将滑弧　内的土体分成ｎ条。取单位宽度的条块ｉ进行分析，作用于条块　ｉ上的力有：土体自重　，地面荷载Ｑ　，法向反力　，切向力Ｓ　＝　１土钉支护稳定性分析　参考瑞典条分法（见图１）。考虑土钉只受拉力作用，同时假　和土钉拉力　。条块ｉ可能含有土钉，也可能不含有土钉，即有：　定：１）滑裂面为圆弧面，破坏形式为圆弧破裂面确定的准刚性区　土体条块ｉ内含有土钉时；　，绕圆心产生整体滑动。２）土体抗剪强度（按库仑破坏准则定义）　沿滑裂面全部发挥，土体达到极限状态时，土钉也达到抗拉或拔　出的极限状态，最大拉力在滑裂面处。３）忽略条块间的作用力对　Ｔｉ＝０，土体条块ｉ内不含有土钉时　根据径向力平衡条件，有：　Ｎｔ＝（ｗ　＋Ｑ　）ＣＯＳ０／　＋ｔｓｉｎ／？／／Ｓ＾　（１）　（２）　当然基坑也可能由于刚度条件不能满足而发生突涌，即挠曲　通过对矩形基坑底板的抗突涌分析，可以得到如下结论：　１）矩形基坑底板的突涌不仅与压力平衡有关，而且和基坑的　过大，因此必须满足，　≤［，］，一般情况下Ｉｆ］＝　，其中，优为　经验系数，可根据相关规范选择。　根据式（２）和式（３）可知基坑底板挠曲最大的地方是板的中　心即ｚ＝０，Ｙ＝０处，在此处的挠度为：　，嗍＝　平面尺寸、土体的抗剪和弹性模量有关。２）对于矩形基坑来讲，　出现最大挠度的部位在基坑的中心点，因此最容易发生由挠曲破　坏而产生突涌的部位在基坑的。同时基坑边缘处的剪应力　最大，因此在边界处易发生由剪切破坏而产生的突涌。３）矩形基　丌４［３（口　＋６　）＋　ａ２ｂ　２　Ｄ　］　１６　ａ４　ｂ４　（１０）　２坑施工开挖在边缘和中心部位应加强保护，可采取及时堆压重物　等方式来抵抗突涌。　参考文献：　由，Ｔ　≤［，］可解得：　２ｂ＝　一　其中，Ｋ１＝　，［１］梁甬然．条形基坑的突涌分析［Ｊ］．岩土工程报，２０００，１８（１）：　７５．７９．　所以式（８）和式（１０）就可以作为判别基坑是否发生突涌的判　邹银生，王骀荪．带承压水的基坑隔水土层的临界厚　别式。从这两个式子中可见，基坑的尺寸与土体的抗剪强度、土　［２］马石城，度计算［Ｊ］．建筑结构，１９９５，１７（６）：１４．２１．　体的刚度都是有关系的。　［３］王龙甫．弹性理论（第二版）［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８４．　３结语　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｂｏｔｔｏｍ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｉｎ　ｉｎｒａｓｌＵｎｇ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｃｈａｏ　ＬＩ　Ｔａｏ　ＲＵＡＮ　Ｓｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｄａｓｔｉｃ　ｔｈｉｎ　ｐｌａｔｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｏｃｃｕｒ　ｉｎ　ｉｎｒｕｓｈ　ｏｆ　ｓｏｌｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｆｍｌｕｒｅ　ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ　ｏｆ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｉｓ　ｄｅｒｉｖｅｄ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｂｏｔｔｏｍ　ｉｎｒｕｓｈｉｎｇ　ｏｆ　ｓｏｌｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌｒ　ｆｏｕｎｄａａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｕｔｈｏｒ　ｐｏｉｎｔ　ｏｕｔ　ｍａｒｇｉｎ　ａｎｄ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｐａｒｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｏｔｔｏｍ　ｂｉｎｒｕｓｈｉｇ　ｏｆ　ｓｏｉｎｌａｎｄｗａｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄａｓｔｉｃ　ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｉｎ　ｐｌａｔｅ，ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ，ｉｎｒｕｓｈｉｎｇ　ｏｆ　ｓｏｌｌ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　收稿日期：２００７．０５．０８　作者简介：刘绪锋（１９７６．），男，山东建筑大学硕士研究生，山东济南韦合（１９８２－），男，山东建筑大学硕士研究生，山东济南２５０１００　２５０１００　维普资讯 http://www.cqvip.com

３３卷　２９・　１０４　・　２　０　０　７　１年　月　　０　曹　．　．　Ｌｔ３　西　建　筑‘　其中，　为土钉水平间距；屈为土钉与圆弧切向的夹角；ａ　分别表示为：　为与　竖向的夹角。　滑动面上的抗剪强度为：　ｓ／：Ｃ／Ｌ　＋　ｔａｎ￣ｉ　（３）　＝∑（　＋Ｑｉ）ｓｉｎａｉＲ　１　其中，Ｇ为粘聚力；　为土体的内摩擦角；Ｌ　为土体条块的　滑弧长度。另外，考虑到土层的影响，Ｇ和　可分别取所在土层　的参数值。　将（３）式代入下式得：　Ｓ　＝Ｃ　Ｌ　＋（Ｗ　＋Ｑ）ｃ０ｓ啦ｔａｎ￣ｉ＋　ｓｉｎｆｌｉ／Ｓ　（４）　作用于滑动面上的力对圆心产生的滑动力矩和抗滑力矩可　ＭＲ＝∑（ｓ　＋Ｔｉｏｃｓｌｆ１）Ｒ　ｉ＝１　（６）　将（１）式，（４）式代入式（６）中，可得：　ＭＲ＝∑［　＋（　＋Ｑ）ｃｏｓｑｔａｎ￣ｉ］Ｒ＋　ｉ＝１　ｍ２　∑Ｔｊ（ｓｉｎｆｌｊｔａｎ￣ｊ＋ｃｏｓ￣）Ｒ／＆　ｍ２　（７）　∑［ｃ上　＋（　＋Ｑｉ）ｃｏｓ　ｔａｎ￥ｉ］Ｒ十∑　（ｓｉｎｌｆｊｔａｎ￣ｊ＋ｅｏｓ￣）Ｒ／Ｓｈ　＝ＭＲ／Ｍ＝上Ｌ———————————　—————ｊ　———————————一　一（８）　∑（　＋Ｑｉ）ｓｉｎ　ｉ＝１　从《深基坑支护设计与施工》书中所记载，式（８）中的土钉强　：　度（含土钉抗拔强度和土钉抗拉强度）可按公式（９），（１０）来计算，　为了保证工程设计和施工时的安全性，实际计算应用时可取其中　的较小值。土钉强度计算的具体公式为：　土钉抗拔的强度条件为：　Ｔｌ：７ｒＤＬ　ｆ　（９）　叶　（１０）　其中，在公式（９），（１０）中Ｄ为土钉孔径；ｄ为土钉钢筋直径；　Ｌ　为土钉在破坏面一侧深入稳定土体中的长度；ｒ为土钉注浆体　与土体间的界面粘结长度；　为钢筋抗拉强度标准值。　２土钉墙联合微型桩支护稳定性分析　土钉抗拉的屈服条件为：　２．１　胡井友提供的稳定性安全系数计算公式　ｍ２　ｃ０Ｓ口呻＋∑［ｃ上　＋（　＋Ｑ）ｃｏｓ　ｔａｎＳ；］　∑（ｓｉｎ￣ｔａｎＳｊ＋ｏ０喝）／　：——————　｝——————一　——＋上Ｌ＿＿——————一（　＋Ｑｉ）ｓｉｎａｉ　　（１１）　（　＋Ｑ）ｓｉｎａｉ　其中，　为微型桩的抗剪承载力。文中采用下式计算微型　荷载为１５　ｋＰａ。考虑微型桩在开挖过程中对稳定性安全系数的　影响，计算公式仍采用杨志银提供的公式（４）～（１３）。微型桩采　桩的抗剪承载力：　Ａ　用Ｃ４０混凝土，直径为３００　ＩＹＩ１ＴＩ。考虑土钉最后一层开挖没施工　＝０．７ｆｔｂｈｏ＋１．２５厶・　・ｈｏ　（１２）　土钉前下面１．５　ｍ没支护土体的稳定性安全系数，把１．５　ｍ土体　公式（１２）是用来计算矩形截面梁抗剪承载力的，微型桩截面　以上的支护体作为均部荷载加在土体上。不考虑微型桩时安全　为圆形。其中，ｂ＝１．７６ｒ，ｈ０＝１．６ｒ。式中微型桩的贡献为分子　系数为０．４７２　３１３，加上微型桩后安全系数为１．１６７　９６２，滑动土　项　ｃｏｓａｍｐ。若用条分法分析时，滑移线内靠近边坡的第一个　体为开挖后未支护面顶端开挖面向里至底部的开挖面，加微型桩　土条沿滑移线且先与水平方向的夹角为ａｌ，那么微型桩抗剪力方　后安全系数提高了近０．７。所以微型桩对局部土体的滑动具有非　向与滑移线夹角ａ　可近似认为与ａｌ相等，即ａ　ｐ＝ａｌ。　常重要的作用，是土钉施工过程中开挖尚未支护的土体保持直立　２．２杨志银提供的稳定性安全系数计算公式　ｆ　稳定的关键。　Ａ　Ｋ＋赭（１３）　４结语　建议在考虑微型桩对土钉联合微型桩支护时采用杨志银提　微型桩的抗剪承载力仍采用（１３）式计算，但微型桩的贡献中　供的公式计算微桩的贡献。微型桩对开挖土体的直立有着明显　没有ＣＯＳ￣ｍｐ这一项。胡井友提供的公式中，ｃｏＳａ　为微型桩提供　的作用，这验证了过去的研究中微型桩在复合土钉支护中的作用　的抗剪承载力沿滑移面的分力，但微型桩的抗剪力是斜截面承载　是属实的。　力，所以乘这一项是不合理的，建议采用杨志银提供的公式。　参考文献：　３微型桩对开挖过程中土体临空面的作用　［１］蒋国盛，李洪民．基坑工程［Ｍ］．北京：中国地质大学出版社，　２０００．　采用模型计算，基坑开挖深度为８　ｍ，采用微型桩复合土钉支　２］周义，田　华．土钉支护的极限设计及其应用［Ｊ］．山西建　护．土钉水平间距为１　ｍ，竖向间距为２　ｍ，土钉长度为１０　ｍ，倾角　［０。，孔径为１００　ｌｌｌｎｑ。土体物理特性参数：ｃ：１８　ｋＰａ，≠：１６。，地面　筑。２００５。３１（１）：７６．　Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｎａｉｌｉｎｇ　ｗａｌｌ　ａｎｄ　ｍｉｎｉ，ｐｉｌｅ　ＬＩＵＸｕ－ｆｅｎｇ　ＷＥＩＨｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｔｈｅｓｉｓ　ｆｏｃｕｓ　ｏｎ　ｍｉｎｉ—ｐｉｌｅ’Ｓ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｎａｉｌｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ，ｉｎｔｍ７　ｄｕｃｅｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓｏｆｉｎｔｅｇｒａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｓｏｉｌ　ｎａｉｌｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｗｈｉｃｈｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙ　Ｈｕ　Ｊｉｇ－ｙｏｕ　ａｎｄＹａｎｎｇＺｈｉ—　ｙｉｎ，ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅ　ｔｈｅｍ　ｙｅｔ。ａｎａｌｙｓｅ　ｍｉｎｉ—ｐｉｌｅ’ｓ　ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗａｌｌ　ｗｈｉｃｈ　ｆａｃｅ　ｎｏｔｈｉｎｇ，ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｉｎｉ—ｐｉｍｌｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｒｅｃ—　ｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｓｏｉｌ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ　ｎａｉｌｉｇ　ｓｕｐｐｎｏｒｔｉｇ，ｍｉｎｎｉ—ｐｉｌｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ