直壁土钉墙支护设计与数值模拟

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1、直壁土钉墙支护设计与数值模拟　　摘要:放坡土钉墙支护是北京城区常见的一种支护形式，而采用直壁土钉墙、不留肥槽直接充当地下室外墙模板的形式，比较少见。本文通过数值模拟结合现场监测，对土钉内力变化与土钉墙宏观变形的相关规律进行了研究和分析。关键词:土钉墙数值模拟现场实测中图分类号：O241文献标识码：A文章编号：【中图分类号】TU431【文献标识码】ＢThenumericalsimulationforthestraightsoilnailingdesignZhouYuqi（ChinaConstructionFi

2、rstGroupConstruction&DevelopmentCo.,Ltd,Beijing100102.China）【Abstract】【Keywords】soilnailing;simulation;fieldmeasurements一、工程概况7公安大学部校东联建住宅楼工程位于北京市西城区木樨地南里1号公安大学院内，两层地下室、埋深10.0m。平面105.4m（长）×62m（宽），周长330m。施工场地十分狭小，见图1。图1现场平面布置示意图基坑支护采用土钉墙直壁喷锚后抹水泥砂浆找平，铺设防水卷材后

3、作基础结构外墙模板，有效地解决了场地狭窄问题。二、地质条件根据《岩土工程勘察报告》可知工程地质条件比较复杂[1]，见表1。表1土层力学参数三、支护设计和施工设计原则：“技术先进、经济合理、安全可靠、保护环境”[2]。土钉水平间距为1.4m，直径130mm，水泥浆体强度20MPa。喷射混凝土强度C20、厚度100mm。设计参数见图2。图2土钉支护剖面图土钉墙支护的变形量一般不易控制。有的工程中水平位移量很大，远远超过了3‰并且工程失败的例子也屡见不鲜[3]。本工程设计最大水平位移5cm。四、施工监测7采用信息

4、法施工：宏观上通过精密水准仪和经纬仪对基坑坡顶进行水平位移和垂直沉降观测；微观上采用在土钉钢筋上贴制电阻应变片，对土钉受力变形进行测试。从1998年11月16日至1998年12月26日，进行了连续监测。4.1位移观测4.1.1坡顶沉降图3表明基坑坡顶各位移观测桩点的沉降量基本一致，差别不大；由于观测精度的原因，有上下波动。总的变化趋势是随着基坑开挖逐渐加大，开挖到底后即趋于稳定。图3基坑坡顶沉降量关系曲线由图3中2号测点沉降曲线可见，在观测14天后，坡顶沉降突然增加。经调查这与当时（1998年11月30日）

5、为抢工期，在喷射混凝土面层和土钉砂浆强度均未达到技术要求的条件下，就向下开挖有直接关系。据实测数据：喷砼（同条件）1天强度值6.7Mpa，为设计强度C20的34%；2天强度值17.3Mpa，为设计强度C20的86.5%；7天强度值26.2Mpa，为设计强度C20的131%；注浆（标养）1天强度值0.0Mpa，为设计强度C20的0%；2天强度值7.5Mpa，为设计强度C20的37.5%；77天强度值20.3Mpa，为设计强度C20的101.5%；4.1.2水平位移图4基坑坡顶水平位移变化曲线图4中2号测点向基

6、坑内部的水平变形曲线上有3个突跃：第1个突跃类同图3沉降曲线，以后的每一个突跃都跟土方开挖有关。图4曲线表明：基坑开挖后短期内坡顶水平位移基本上没有大的变化，只有当基坑开挖至一定深度（约0.4H）时，水平位移变化才比较明显。这也表明土钉墙支护具有当开挖深度加大后，变形量将显著增大的缺陷，说明对于超深大基坑，土钉墙支护是不太适宜的。这与目前国家相关规定亦相符合[2]。4.2应变测试4.2.1应变测点布置土钉应变测试见图5。分别在2、4、6等排土钉布置应变测点。以A、B、C表示测试土钉中应变量测点的不同位置，见

7、图6。一般在安设土钉后，12小时～1天内进行第一次测量。测试的间隔为2～3天/1次。图5土钉测试剖面图图6土钉中应变计位置图74.2.2测试结果图7不同剖面土钉应力变化曲线图7表明：土钉安设之初，应力增长速率较大。当开挖面至下一道土钉位置时，土钉的应变达到最大值而不再出现明显变化。这也说明当基坑产生较小的变形时，土钉就开始承载，随时间推移，土钉应力趋于稳定。土钉应变的变化趋势与常规变形观测的基本规律一致。图8土钉墙稳定阶段内力分布在开挖到槽底以后，土钉拉力进入稳定阶段，如图8所示（12月26日结果）。由图可

8、知，总体上基坑上部土钉（如一、二、四排）拉力略大于基坑底部（如六排）土钉拉力，这与基坑上部土体水平位移大于底部位移一致。对每根土钉而言，土钉内力分布是不均匀的，实测表明：多数情况在土钉杆体中部最大，往两端逐渐变小；有的土钉内力在靠近外锚端时较大，这与土体的临界破裂面（潜在滑移面）位置变化有关，因为靠近潜在滑移面位置土钉内力往往达到最大；对A、B、C位置拉力比较表明，靠近内锚端（C位置）拉力最小。五、数值模拟5.1