(一)尺寸及参数初选
(1)直径。孔径越大,土钉的抗拔力越大,结构的稳定性越强,但造价也相应增加。目前土钉孔径基本在80~150mm之间。
(2)长度。土钉越长,抗拔力越高。但当长度超过临界值时,再增加长度对承载力的提高并不明显。另外,土钉长度越长,施工难度越大,施工效率越低。所以,土钉长度的选择应综合考虑安全、经济和施工难度等多方面的影响。近些年国内的工程实践中,当土质不是很差时,土钉长度一般为基坑挖深的0.6~1.5倍,在淤泥、淤泥质土等软弱土层中,长度比达到2.0以上。土钉过长时,应考虑与预应力锚杆等其他构件联合支护或改为其他支护形式如复合土钉墙等。土钉长度一般选择为6m、9m或12m等,在软弱土层中适当加长。
(3)间距。土钉间距越小,密度越密,基坑的稳定性越好。土钉间距包括水平间距sx和竖向间距sz,水平间距简称为间距,竖向间距简称为排距,土钉通常等间距布置。土钉间距与长度密切相关,一般土钉越长,土钉密度越小,即间距越大。但土钉间距过小可能会因群钉效应降低单根土钉的功效,故纵横间距要适合,一般取0.8~1.8m,即约每0.6~3m2设置1根。
(4)倾角。国内外的研究成果表明,土钉倾角5°~25°时对支护体系的稳定性影响的差别并不大,10°~20°时效果最佳,利用重力向孔中注浆时倾角不宜小于15°。钢管注浆土钉因采用压力注浆,倾角可以缓平一些,但倾角过小与过大一样存在打入困难问题,故钢管土钉的最佳倾角为10°~15°。且为了施工方便,每排宜采用统一的倾角。
(5)空间布置。
1)第一道土钉与地面间距。由于第一排土钉以上的边坡处于悬臂状态,为防止压力过大导致墙顶破坏,第一排土钉距地表要近一些;若太近,注浆易造成浆液从地表冒出,也是不妥当的,故建议一般第一排土钉距地表的垂直距离为0.5~1.5m。上部土钉长度不能太短,如果上部土钉长度过短,则土钉墙顶部水平位移会较大,尾部附近的上方地表也会较大裂缝。
2)最下一道土钉与基底间距。下部尤其是最后一道土钉,由于实际施工情况,可能会导致下部尤其是最下一道土钉内力加大,临近极限稳定状态时内力增加尤为明显,故其长度不能太短,且高度不应距离坡脚太远。故建议最下一道土钉距坡脚的距离不低于0.5m且不大于2/3排距。
3)同一排土钉一般在同一标高上布置,上下排土钉在立面上可错开布置,即梅花状布置,也可铅直布置,即上下对齐。
4)在深度方向上,土钉的布置形式应用较多的大体有上下等长、上长下短、中部长上下短、长短相间4种。(www.xing528.com)
①上下等长。一般在开挖深度较浅、坡度较缓、土钉较短、土质较为均匀时的基坑中采用。
②上长下短。假定土钉墙的破裂面为直线或弧线,上排土钉要穿过破裂面后才能提供足够的抗滑力矩,长度越长所能提供的抗滑力矩就越大,而下排土钉只需很短的长度就能穿过破裂面。
③中部长上下短。当因基坑外建筑物基础及地下管线、窨井、涵洞、沟渠等管线的限制将第一道土钉长度减短、倾角增大时,加长中部土钉。但由于第一排土钉对减少土钉墙位移很有帮助,所以也不宜太短。这种布置形式目前工程应用最多。
④长短相间。长短相间有两种布置形式:一种是在沿基坑侧壁走向(纵向)上,同排土钉一长一短间隔布置;另一种是在深度方向上,同一断面的土钉上下排长短间隔布置。
(6)杆体材料。根据地区经验和设计抗拔力,钻孔注浆土钉一般选用直径16~32mm的HRB335或HRB400带肋钢筋,打入式土钉一般选用外径40~48mm、壁厚2.5~4.0mm的热轧或热处理焊接钢管。
(7)注浆体设计。注浆材料一般采用水泥浆或水泥砂浆,目前在土钉墙工程中P.C32.5复合硅酸盐水泥使用较多,当使用纯水泥浆时,水灰比一般为0.4~0.5;使用水泥砂浆时,配合比宜为1∶1~1∶1.8、水灰比宜为0.38~0.5。土钉一般采用一次注浆,当采用二次注浆时,土钉承载力明显提高,但工程造价也相应提高。注浆压力宜采用低压力注浆法,打入式土钉注浆压力相应提高。土钉注浆必须饱满,使土体与注浆体充分粘结,使土钉产生足够的抗拔力。
(8)面层设计。面层的压力较小,一般按构造设计。面层的设计强度一般为C15~C25。面层厚度,临时性工程宜为50~150mm;永久性工程宜为120~300mm。配筋一般为ϕ6、ϕ8@200×200、250×250,施工方法为喷射法或人工抹水泥砂浆。
(9)连接件。面层必须与土钉可靠地连成整体,早期采用垫板连接,造价较高,施工不便,国内工程实践中广泛采用钉头筋连接。钉头筋在土钉端头焊接短钢筋或其他构件,简单、方便、可靠、经济。
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