一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法

摘要

本发明涉及基坑支护技术领域，提供一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法，首先对基坑进行岩土工程勘察，确定基坑土体的基本物理力学指标，根据基坑工程地质条件和总体设计布局，初选土钉布置方式；然后，进行土体的非饱和性质试验，确定出降水条件下的非饱和土主动土压力分布方程；最后，依据非饱和土主动土压力分布方程计算作用于土钉的土压力，进行土钉墙中土钉抗拉断、抗拔稳定性计算，确定土钉几何尺寸。本发明基于基坑降水的实际工况和非饱和土主动土压力分布方程进行土钉墙中土钉几何尺寸设计，考虑了土体实际状态及土钉实际受力特征，设计结果可靠，能够满足支护结构安全稳定的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及基坑支护技术领域，特别是涉及一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法。

背景技术

降水条件下，基坑土体处于非饱和状态，区别于饱和土体，非饱和土体存在的吸应力会产生张应力，这时需要对土压力的分布进行重新评价，但在基坑支护结构设计中，土压力计算通常用饱和土力学理论体系来解决。因此，在此背景下进行的土钉墙支护结构设计中土钉的受力特征与真实条件存在差距，土钉几何尺寸的设计也过于保守。所以建立一种考虑土体实际状态及实际受力特征的土钉墙中土钉几何尺寸设计方法是必要的和可行的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种考虑土钉实际受力特征的土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法。

本发明技术方案为：

一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：对基坑进行岩土工程勘察，确定基坑土体的基本物理力学指标土体重度 γ，有效黏聚力

步骤2：进行基坑土体的非饱和性质试验，确定出基坑降水条件下非饱和土体主动土压力分布方程；所述非饱和性质试验是指测定基坑土体的土水特征曲线；所述非饱和土体主动土压力分布方程是指主动土压力与土体自重力、黏聚力和吸应力之间的相关关系；

所述步骤2中，确定出基坑降水下非饱和土体主动土压力分布方程为

其中:

步骤3：由非饱和土体主动土压力分布方程计算作用于每根土钉上的土压力，通过土钉抗拉断和抗拔稳定性计算，确定土钉的几何尺寸；所述土钉的几何尺寸是指土钉长度与钉材直径；所述土钉长度等于有效长度与无效长度之和，其中有效长度通过抗拔稳定性计算确定，无效长度按各行业推荐的破裂面假设确定；所述钉材直径通过抗拉断稳定性计算确定，钉材直径还应满足基坑支护相关规范要求；

所述步骤3中，由非饱和土体主动土压力分布方程计算作用于每根土钉上的土压力，通过土钉抗拉断和抗拔稳定性计算，确定土钉的几何尺寸，具体包括下述步骤：

步骤3.1作用于每根土钉上的土压力为

其中：

步骤3.2土钉抗拉断稳定性计算，确定钉材直径为

其中：

步骤3.3土钉抗拔稳定性计算，确定土钉有效长度为

其中：

步骤3.4土钉长度确定

其中：

步骤4：土钉的几何尺寸还应满足合理性要求；所述土钉的几何尺寸还应满足合理性要求是指钉材直径应不大于32mm，土钉长度应大于0.4倍墙高，且小于墙高；若土钉的几何尺寸未满足合理性要求，则进入步骤1，若土钉几何尺寸满足合理性要求，则完成土钉的几何尺寸的确定。

本发明有益效果为：

（1）本发明依据非饱和原理，考虑基坑降水条件下土体的实际非饱和状态，明确土钉墙中土钉的实际受力特征，以此进行土钉几何尺寸的设计计算，设计结果更符合实际工况；

（2）本发明适用于砂土、粉土、填土等多种类型土层，在基坑支护领域具有很宽的应用范围，是对现有土钉墙中土钉结构设计理论和方法的合理补充和完善。

附图说明

图1一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式中土钉布置示意图；

图中，1-地面，2-破裂面，3-土钉，4-地下水位线，5-基坑底部。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法的流程图。本发明的一种基坑降水条件下土钉墙中土钉几何尺寸的确定方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：对基坑进行岩土工程勘察，确定基坑土体的基本物理力学指标土体重度 γ，有效黏聚力

本实施案例中，选择某粉质粘土建筑基坑土钉墙支护设计工程，基坑深10m，通过 进行的岩土工程勘察，确定基坑土体的基本物理力学指标土体重度γ=18k N/m³，有效黏聚 力

步骤2：进行基坑土体的非饱和性质试验，确定出基坑降水条件下非饱和土体主动土压力分布方程；所述非饱和性质试验是指测定基坑土体的土水特征曲线；所述非饱和土体主动土压力分布方程是指主动土压力与土体自重力、黏聚力和吸应力之间的相关关系。

所述步骤2中，确定出基坑降水下非饱和土体主动土压力分布方程为

本实施案例中，土体自重产生的侧向土压力

步骤3：由非饱和土体主动土压力分布方程计算作用于每根土钉上的土压力，通过土钉抗拉断和抗拔稳定性计算，确定土钉的几何尺寸；所述土钉的几何尺寸是指土钉长度与钉材直径；所述土钉长度等于有效长度与无效长度之和，其中有效长度通过抗拔稳定性计算确定，无效长度按各行业推荐的破裂面假设确定；所述钉材直径通过抗拉断稳定性计算确定，钉材直径还应满足基坑支护相关规范要求。

所述步骤3中，由非饱和土体主动土压力分布方程计算作用于每根土钉上的土压力，通过土钉抗拉断和抗拔稳定性计算，确定土钉的几何尺寸，具体包括下述步骤：

步骤3.1作用于每根土钉上的土压力为

其中：

本实施案例中，遵循土钉墙设计中“保住中部，稳定坡脚”原则，即由于基坑底通常会进行加固稳定坡脚，中部土钉成为受力最大的土钉，故选取第7根土钉进行设计，作用于土钉的轴向土压力为17.17kPa。

步骤3.2土钉抗拉断稳定性计算，确定钉材直径为

其中：

本实施案例中，钉材选取HRB400，Ⅱ级钢筋，抗拉强度为310N/mm2，抗拉断安全系 数取1.8，计算钉材直径

步骤3.3土钉抗拔稳定性计算，确定有效长度为

其中：

本实施案例中，钻孔直径为70mm，土钉与土层间的粘结强度为210kPa，钉材与砂浆 间粘强度为1000kPa，抗拔安全系数取1.8，计算有效长度

步骤3.4土钉长度确定

其中：

本实施案例中，破裂面假设为双折线法如图2所示，计算无效长度

步骤4：土钉的几何尺寸还应满足合理性要求；所述土钉的几何尺寸还应满足合理性要求是指钉材直径应不大于32mm，土钉长度应大于0.4倍墙高，且小于墙高；若土钉的几何尺寸未满足合理性要求，则进入步骤1，若土钉几何尺寸满足合理性要求，则完成土钉的几何尺寸的确定。

本实施案例中，土钉直径与长度均通过验算，完成土钉几何尺寸的确定。

显然，上述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。基于上述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也即凡在本申请的精神和原理之内所作的所有修改、等同替换和改进等，均落在本发明要求的保护范围内。