土钉施工受力计算

一、工程概况

本标段为汾东商务区人民路工程，工程起终点桩号为K0+000-K3+840段，全长3.84公里，路中设计为雨水方涵，最大开挖深度为12米，平均开挖深度为7米，设计采用明挖施工方法，本工程开挖支护拟采用土钉支护。

桩号 长度（m） 结构形式 开挖深度（m） 备注 K0+000-K0+436.8 436.8 3×2m 4.9-5.6 通达街-正阳北巷 K0+436.8-K1+364.7 927.9 3.4×2m 4.5-6.9 正阳北巷-化章街 K1+364.7-K3+340 1975.3 2×3.4×2m 6.9-10.0 化章街-终点 二、场地岩土构成与工程特性

1、K0+000～K0+550段

2mlQ①层，填土(4)：黄褐色。以粉土为主，局部夹有粉质粘土透

镜体，含有砖屑、灰渣、煤屑、砖块以及植物根等。K6、K7钻孔揭露的为现状80cm左右的路面结构层。该层成份较杂乱，不均匀，结构松散。

该层层厚介于0.80～0.90m之间，层底埋深介于0.80～0.90m之间，层底标高介于772.53～772.71m之间。

1alpl②层，粉质粘土(Q4)：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。

可塑。中等压缩性。稍显光滑，摇震反应较慢，干强度中等，韧性中等。该层天然孔隙比平均值为0.759，液性指数平均值为0.34，标准贯入试验原始锤击数平均值为3.0击，修正锤击数平均值为2.9击。

该层层厚介于2.30～3.00m之间，层底埋深介于3.10～3.80m之

间，层底标高介于769.71～770.29m之间。

③层，粉土(Q41alpl)：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。中

密。中等压缩性。无光泽反应，摇震反应较快，干强度较低，韧性较差。该层天然孔隙比平均值为0.749，天然含水量平均值为27.5%，标准贯入试验原始锤击数平均值为6.3击，修正锤击数平均值为5.4击。

该层未揭穿，揭露层厚介于8.20～8.90m之间。该层在K5钻孔中夹有5.30m厚的粉质粘土层，定为③1层。 2、K0+550～K1+363

2mlQ①层，填土(4)：黄褐色。以粉土为主，含有大量的砖屑、灰

渣、煤屑、砖块以及植物根等。该层成份杂乱，不均匀，结构松散。

该层层厚介于0.70～2.60m之间，层底埋深介于0.70～2.60m之间，层底标高介于771.22～772.85m之间。

1alplQ4②层，粉土()：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。中

密。中等压缩性。无光泽反应，摇震反应较快，干强度较低，韧性较差。该层天然孔隙比平均值为0.779，天然含水量平均值为17.2%，标准贯入试验原始锤击数平均值为4.3击，修正锤击数平均值为4.1击。

该层层厚介于2.40～4.00m之间，层底埋深介于3.70～5.80m之间，层底标高介于768.02～769.95m之间。

1alplQ4③层，粉土()：黄褐色。含云母、煤屑及氧化铁铝等。中

密。中等压缩性。无光泽反应，摇震反应较快，干强度较低，韧性较差。该层天然孔隙比平均值为0.750，天然含水量平均值为27.4%，标准贯入试验原始锤击数平均值为5.6击，修正锤击数平均值为4.8击。

该层未揭穿，揭露层厚介于6.20～8.30m之间。

3、K1+363～终点段

2mlQ①层，填土(4)：杂色。以粉土为主，大部分地段为现状的耕

地，局部含有大量砖块、煤渣及少量渣土和零星碎石。成份杂乱，不均匀，结构松散。

该层层厚介于0.70～1.60m，层底埋深介于0.70～1.60m，层底标高介于769.80～771.63m之间。

alplQ②1层，粉质粘土(4)：黄褐色。含云母、氧化铁铝并夹有少

量粉土。可塑。中等压缩性。光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。该层天然孔隙比平均值为0.728，液性指数平均值为0.50，标准贯入试验原始锤击数平均值为2.6击，修正锤击数平均值为2.5击。

该层只于K8处揭露，该层厚度为4.50m，层底埋深5.20m，层底标高765.30m。

alplQ4②层，粉土()：黄褐色。含云母、煤屑、氧化铁铝并夹有

少量中砂。中密。摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性差。该层天然孔隙比平均值为0.735，天然含水量平均值为26.4%，标准贯入试验原始锤击数平均值为3.3击，标准贯入试验修正锤击数平均值为3.0击。

该层厚度介于5.70～6.20m之间，层底埋深介于6.50～12.20m之间，层底标高介于758.30～765.73m之间。

③1层，粉质粘土(Q4alpl)：黄褐色。含云母、煤屑、氧化铁铝并

夹有少量中砂。软塑。中等偏高压缩性。光滑，无摇震反应，干强度高，韧性好。该层天然孔隙比平均值为0.736，液性指数平均值为

0.85，标准贯入试验原始锤击数平均值为8.3击，修正锤击数平均值为6.5击。

该层于K3～K7处揭露，该层厚度介于3.80～1.80m，揭露层底埋深介于12.30～12.60m，揭露层底标高介于758.13～759.93m之间。

alplQ③层，中砂(4)：黄褐色。含石英、煤屑、云母，并夹有少

量粉土等。稍密。颗粒级配较差，磨圆度较差。该层标准贯入试验原始锤击数值为10.5击，标准贯入试验修正锤击数值为8.4击。 三、水文地质条件

1、K0+000～K1+363段

场地地下水类型为孔隙潜水，勘察期间各勘探点中地下水静止水位埋深介于3.60～5.00m之间，静止水位标高介于768.75～769.62m之间，初见水位埋深介于5.50～7.10m之间，初见水位标高介于766.29～767.53m之间。地下水主要接受大气降水与人工浇水的补给。

2、K1+363～终点段

场地地下水类型为孔隙潜水，勘察期间各勘探点中地下水静止水位埋深介于0.90～2.50m之间，静止水位标高介于769.00～770.42m之间，地下水的补给来源主要为雨水以及沿线渠道中水的补给。 四、编制依据

1、《太原市汾东商务区人民路道排工程排水工程施工图》《排水分册》 2、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99 四、规范相关要求：

①适用于基坑在15米以内边坡，斜面破为70-90度。

②土钉长度一般在开挖深度的0.5-1.2倍，其间距1-2米，土钉与水平角夹角宜为10-20度。

③土钉和面层必须有效连接在一起，常设有承压板和加强钢筋。 ④土钉宜用二级以上螺纹钢筋过钢管，钢筋直径φ16-φ32mm，钻孔直径宜为钢筋直径φ70-φ120mm。

⑤喷射混凝土厚度宜为80-200mm，常用为100mm。 ⑥喷射混凝土强度等级不宜低于C20。

⑦喷射混凝土面层中应配钢筋网，钢筋网采用Ⅰ级钢筋φ6-φ10mm，间距150-300mm。

⑧注浆材料宜用水泥净浆，强度不低于20MPa。 四、本标段拟采用的技术指标 ①坡度坡比采用1:0.3。

②土钉间距为1.2米，与水平面夹角17度。 ③土钉采用二级钢筋，钢筋直径8mm，间距20cm。 ④注浆采用C20水泥净浆。

⑤喷射混凝土强度为C30，混凝土喷射厚度10cm。

三、计算过程（以K2+400为例进行计算，按开挖11米计算） 1、计算参数：

厚度土质名称 （m） 填土 粉土 0.90 6.20 （Kpa） 5.00 15.00 （φ） 8.00 18.00 度（Kpa） 20 120 粘聚力C内摩擦角粘结强示意图 中砂 4.40 0.00 15.00 200 土的容重γ=20KN/m3 地面超载取值15KN/m2 2、计算过程

锚体稳定区长度计算Lbi=K0*Ti/Tt Ti-第i层土钉所受土压力（KN） Tt-试验拉拔力（KN/m）=πDτi K0-安全系数，取1.5 Lb2=K0*T2/Tt

每层土钉所受的土压力 Ti=[(q+γHi)Kai-2CKai]*SX*Sy Ti-第i个土钉所受的土压力（KN） q-坡上超载（KN/m2） γ-土的重度（KN/m3） Hi-第i个高度的土锚钉（m）

Kai -tg（45°-2

φi18）第i层φi的系数= tg2（45°-）=0.528 22SX及Sy-土钉水平及垂直距离（m） C-土的粘聚力（KPa）

土钉抗拔力计算公式（滑裂面外）Tμi=πDLbiτi Tμi -第i个土钉滑裂面外的抗拔力（KN） D-钻孔直径（m）

Lbi-第i层锚钉伸入破裂面外稳定区的长度（m）

τi-锚体砂浆与土体间各层土的粘结强度（KN/m2） 安全系数K= Tμi/ Ti≥1.5 各层土钉计算结果如下：

土钉 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 合计 Ka Ka c φ 18 18 18 18 18 15 15 15 Hi 1 2.2 3.4 4.6 5.8 7 8.2 9.4 Ti 13.5 31.7 49.9 68.2 131.4 151.8 172.1 L 9 9 9 9 9 9 9 Lb 3.3 3.3 3.3 2.6 Lui 5.7 5.7 5.7 6.4 Tui 粘结强度 K 16 7 4 3 3 3 3 0.528 0.727 15 0.528 0.727 15 0.528 0.727 15 0.528 0.727 15 0.528 0.727 15 0.589 0.767 0.589 0.767 0.589 0.767 0 0 0 214.8 120 214.8 120 214.8 120 211.8 120 401.9 200 450.9 200 499.9 200 3.38 5.62 1.82 7.18 1.04 7.96 618.6 2208.8

安全系数K=1873/548.1=3.6>1.5满足规范要求 土钉直径计算：

T1-T4 A=1.5*49900/335=223mm2 取用钢筋直径20mm T5-T7 A=1.5*172100/335=770mm2取用钢筋直径32mm 抗滑安全验算：

设墙宽为5.7米，底部角度取33度

Ft=（11*5.7*15+5.7*15）*tan33*1.2=799.5KN ∑T=618.6

K=799.5/618.6=1.3≥1.3 满足规范要求 抗倾覆安全验算：

Mw=(11*5.7*15+5.7*15)*5.7/2*1.2=3508.92KN.M M0=618.6*11*1/3=2268KN.M

K=3508.92/2268=1.55≥1.5满足规范要求 参考文献：《深基坑支护工程设计与施工》