土钉墙设计实例

土钉墙设计

钉墙结构示意图如图7-10所示，采用0.3H 折线破裂面法进行设计。

一．设计资料

（1） 墙高H=9.0m ，墙面（背）与竖直方向的夹角α=10°，墙顶部土

体与水平方向的夹角β=5°。

（2） 墙后土体为泥岩夹砂岩，重度γ=20KN/m3，内摩擦角φ=35°，

墙背与土体摩擦角δ=17.5°。

（3） 地基容许承载力【σ〗=400kPa 。

（4） 土钉长度L=6.0m ，与水平方向的夹角ε=10°，土钉水平间距

Sx=1.0m 垂直间距Sy=1.0m

（5） 土钉孔直径D=0.1m ，采用灌注砂浆法与土钉联接，孔壁摩擦助力

τ=210kPa,砂浆对土钉的握裹应力μ=1000kPa 。

（6） 钉材选用?20螺纹钢，抗拉强度设计值fy=310N/mm2

二．土压力计算

库伦主动土压力系数为：

2

2

2

cos()

cos cos()1a K ?ααδα-=

?++???

2

2

2

cos (35+10)

cos (10）cos(17.5-10）0.192=

?-???=

°01sin 1sin 35=0.426K ?=-=-

0()

(0.1920.426)/20.3092

a K K K +=

=+= 作用于土钉墙墙背上的土压力呈梯形分布，如图7-11所示，按式（7-4）计算。

i e i m K h σγ= （2

i H

h ∠ ） *2

i e H

m K σγ= (2

H

i h ≥

)

即：

1.20.309207.416(h /2)1.20.309209/233.372()(h /2)

i i i i i i h h H kN H σσ=???=<=???=≥

三 .内部稳定性分析

（1） 土钉拉力计算

土钉所受拉力为：

°i /cos 1.0 1.0/cos 10=1.015()i X y i i T S S kN σεσσ==??

土钉所受最大拉力：

Tmax=1.015*33.372=33.87(KN)

（2） 土钉抗拉稳定性验算

土钉抗拉稳定性系数为：

2min

3

max 20310/4 2.88 1.833.8710i y A f K T π??===>? 因此，土钉抗拉稳定性满足要求。

（3） 土钉抗拔稳定性验算

`采用0.3H 折线破裂面法对应的潜在破裂面如图7-12所示。其中： 00.3l H = (

304

i H h ≤≤

)

0 1.2()i l H h =- （

34

i H

h H ≤≤ ） 式中：hi-----距离墙顶的高度;

L0-----潜在破裂面至墙背的距离。

由土压力分布图可知，当hi>=H/2=4.5m 时，所受土压力最大，即土钉所受拉力最大，而当hi<=0.75H=6.75时，土钉有效锚固长度l e 最短，也就是处于4.5m

6.75i h m ≤≤ 的土钉，其抗拔稳定性最不利，以此为土钉抗拔稳定性的验算状态。

已知孔壁摩擦阻力τ=210kPa,锚孔直径D=0.1m ，土钉的有效锚固长度为le=l -0.3H= 3.3m.

根据土钉与孔壁界面岩土抗剪强度τ确定土钉的抗拔力：

10.10 3.3210217.71()e S Dl kN πτπ==???= 根据砂浆对土钉富人握裹应力u 确定土钉的抗拔力：

20.02 3.301000207.36()e S dl u kN ππ==???=

土钉抗拔力取两者较小值，可得S=207.35Kn,则土钉的抗拔稳定系数为：

(min)max 207.35

6.12 2.033.87

f S K T =

==> 除了验算单根土钉的抗拔稳定性外，尚应验算土钉墙的总体抗拔稳定性，总体抗拔稳定系数 f K 按式（7-10）计算。即：

()cos i i

f E

S H

h K EZ ε-=

∑

其中：

199

(33.37233.372)S 225.26

222

x E =??+?=

19999933.372()33.372/225.26 3.502

22624e x Z S m

??

=???++??=????

(H h )cos i i i S ε-∑ 列表计算，结果如表7-1所式。

则总体抗拔稳定系数为：

8418.6

10.68 3.0225.26 3.50

f K =

=>?

因此，土钉抗拔稳定性满足要求。

四. 外部稳定性分析

墙体基底一般按水平基底考虑，墙体计算宽度为：

°

6.0

=6.0（9m ）cos cos 10L

b α=

=

墙体计算高度为：

'°

°°

tan 1tan tan 6.09tan 1591+tan(10）tan 5=9.54(m)

b H H β

αβ

=+

+??=+-? 如图7-13所示，作用于土钉墙体上的力包括墙体自重和土压力两部分。 ○

1 土压力 土压力系数为：

2

2

2

cos()

cos cos()1a K ?ααδα-=

?++???

2

2

2

cos (35+10)

cos (10）cos(35-10）0.189=

?-???=

土压力为：

'22°°°°11

(H )209.540.189172.01()22

E cos()172.01cos(35-10)=155.8（9kN ）E sin()172.01sin(3510)=72.6（9kN ）

a a x

a y a E K kN E E γδαδα=

=???==+=?=+=?-

水平土压力对O 点的力臂：

'/39.54/3 3.18X Z H ===

竖向土压力对O 点的力臂：

°tan 6.09 3.18tan(10)=6.6（

5m)y X Z b Z α=-=-- ○

2 墙体自重 将墙体分为上部三角形和下部平行四边形两部分，如图7-13所示，其自重分别

为W1和W2，距离墙址O 点的水平距离分别为 1w Z 和 2w Z 。

上部三角形块:

1°1

1

6.00.5420.032.4()22Z tan 2 6.09/39.0tan(10)=5.6（5m)3

W w kN b H α=

???==-=?-?- 下部平行四边形块：

1°

1 6.099.020.01096.2()

Z (/2)tan 6.09/29.0/2tan(10)=3.84（m)

2

W w kN b

H α=??==

-=-?-

作用于墙体基底上的总轴向力为：

1272.6932.41096.21201.29()y N

E W W kN =++=++=∑

○

3墙体抗滑稳定性验算 抗滑稳定系数：

°tan 1201.29tan 35=5.40 1.3155.89

c x

N

K E ?

??=

=>∑

抗滑稳定性满足要求。

○

4抗倾覆稳定性验算 稳定力系对墙址O 点的总力矩为：

112272.69 6.6532.4 5.651096.2 3.84

4875.86()

y y y w w M E Z W Z W Z kN =++=?+?+?=∑

倾覆力系对墙址O 点的总力矩为：

155.89 3.18495.73()x x M

E Z kN m ==?=?∑

抗倾覆稳定系数： 00

4875.86

9.84 1.5495.73

y

M K M

=

=

=>∑∑

抗倾覆稳定性满足要求。 ○

5合力偏心距和承载力验算 基底合力偏心距为：

6.094875.86495.730.60(m) 1.02(m)2

21201.296

y O

M M b

b

e N

--=

-

=

-=<=∑∑∑ 基底应力为：

max 61201.2960.60

(1)(1)313.86()4006.09 6.09

N e kN kPa b

b

σσ???=

+=

?+=<=??∑ 合力偏心距和基底应力满足要求。