复合土钉墙基坑支护技术规范

 目 录

 

1、总则

2、术语和符号

3、基本规定

4、勘察

5、设计

6、施工检测

7、检测

附录A 土钉抗拔基本试验

附录B 土钉抗拔验收试验

本规范用词说明

引用标准名录


 中华人民共和国国家标准


复合土钉墙基坑支护技术规范


Technical code for composite soil nailing wall in retaining and protection of excavation



GB 50739-2011


主编部门:山东省住房和城乡建设厅

批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部

施行日期:2012年5月1日


中华人民共和国住房和城乡建设部公告


第1159号


关于发布国家标准《复合土钉墙基坑支护技术规范》的公告


    现批准《复合土钉墙基坑支护技术规范》为国家标准,编号为GB 50739-2011,自2012年5月1日起实施。其中,第6.1.3条为强制性条文,必须严格执行。

    本规范由我部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。


中华人民共和国住房和城乡建设部

二○一一年九月十六日

1 总 则


1.0.1 为使复合土钉墙基坑支护工程达到安全适用、技术先进、经济合理、质量可靠及保护环境的要求,制定本规范。


1.0.2 本规范适用于建筑与市政工程中复合土钉墙基坑支护工程的勘察、设计、施工、检测和监测。


1.0.3 复合土钉墙支护工程应综合考虑工程地质与水文地质条件、场地及周边环境限制要求、基坑规模与开挖深度、施工条件等因素的影响,并结合工程经验,合理设计、精心施工、严格检测和监测。


1.0.4 复合土钉墙基坑支护工程除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。


2 术语和符合


2.1 术 语


2.1.1 土钉 soil nail

    采用成孔置入钢筋或直接钻进、击入钢花管,并沿杆体全长注浆的方法形成的对原位土体进行加固的细长杆件。


2.1.2 土钉墙 soil nailing wall

    由土钉群、被加固的原位土体、钢筋网混凝土面层等构成的基坑支护形式。


2.1.3 预应力锚杆 pre-stressed anchor

    能将张拉力传递到稳定的岩土体中的一种受拉杆件,由锚头、杆体自由段和杆体锚固段组成。


2.1.4 截水帷幕 curtain for cutting off water

    沿基坑侧壁连续分布,由水泥土桩相互咬合搭接形成,起隔水、超前支护和提高基坑稳定性作用的壁状结构。


2.1.5 微型桩 mini-sized pile

    沿基坑侧壁断续分布,用于控制基坑变形、提高基坑稳定性的各种小断面竖向构件。


2.1.6 复合土钉墙 composite soil nailing wall

    土钉墙与预应力锚杆、截水帷幕、微型桩中的一类或几类结合而成的基坑支护形式。


2.1.7 截水帷幕复合土钉墙 composite soil nailing wall with curtain for cutting off water

    由截水帷幕与土钉墙结合而成的基坑支护形式。


2.1.8 预应力锚杆复合土钉墙 composite soil nailing wall with pre-stressed anchor

    由预应力锚杆与土钉墙结合而成的基坑支护形式。


2.1.9 微型桩复合土钉墙 composite soil nailing wall with mini-sized pile

    由微型桩与土钉墙结合而成的基坑支护形式。


2.2 符 号


2.2.1 土的物理力学指标

    C——土的粘聚力;

    ds——坑底土颗粒的相对密度;

    e——坑底土的孔隙比;

    γ1、γ2——分别为地表、坑底至微型桩或截水帷幕底部各土层加权平均重度;

    φ——土的内摩擦角。


2.2.2 几何参数

    A——构件的截面面积;

    dj——第j根土钉直径;

    H——基坑开挖深度;

    hj——第j根土钉与基坑底面的距离;

    hc——承压水层顶面至基坑底面的距离;

    Li——第i个土条在滑弧面上的弧长;

    lj——第j根土钉长度;

    Sxj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平间距;

    Szj——第j根土钉与相邻土钉的平均竖向间距;

    t——微型桩或截水帷幕在基坑底面以下的深度;

    αj——第j根土钉与水平面之间的夹角;

    αmj——第j根预应力锚杆与水平面之间的夹角;

    β——土钉墙坡面与水平面的夹角;

    θi——第i个土条在滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角;

    θj——第j根土钉或预应力锚杆与滑弧面相交处,滑弧切线与水平面的夹角。


2.2.3 作用、作用效应及承载力

    Ea——朗肯主动土压力;

    fyj——第j根上钉杆体材料抗拉强度设计值;

    hw——基坑内外的水头差;

    i——渗流水力梯度;

    ic——基坑底面土体的临界水力梯度;

    ka——主动土压力系数;

    Nuj——第j根土钉在稳定区(即滑移面外)所提供的摩阻力;

    p——土钉长度中点所处深度位置的土体侧压力;

    pm——土钉长度中点所处深度位置由土体自重引起的侧压力;

    pq——土钉长度中点所处深度位置由地表及土体中附加荷载引起的侧压力;

    Puj——第j根预应力锚杆在稳定区(即滑移面外)的极限抗拔力;

    Pw——承压水水头压力;

    qsik——第i层土体与土钉的粘结强度标准值;

    q——地面及土体中附加荷载;

    Tjk——土钉轴向荷载标准值;

    Tyj——第j根土钉验收抗拔力;

    Tm——土钉极限抗拔力;

    Wi——第i个土条重量,包括作用在该土条上的各种附加荷载;

    ζ——坡面倾斜时荷载折减系数;

    τq——假定滑移面处相应龄期截水帷幕的抗剪强度标准值;

    τy——假定滑移面处微型桩的抗剪强度标准值。


2.2.4 计算系数及其他

    Ks——整体稳定性安全系数;

    Ks0、Ks1、Ks2、Ks3、Ks4——整体稳定性分项抗力系数,分别为土、土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型产生的抗滑力矩与土体下滑力矩比;

    K1——坑底抗隆起稳定性安全系数;

    Kw1——抗渗流稳定性安全系数;

    Kw2一一抗突涌稳定性安全系数;

    Nq、Nc——坑底抗隆起验算时的地基承载力系数;

    ψ——土钉的工作系数;

    η1、η2、η3、η4——土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型桩组合作用折减系数。


3 基本规定


3.0.1 复合土钉墙基坑支护安全等级的划分应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的有关规定。


3.0.2 复合土钉墙基坑支护可采用下列形式:

    1 截水帷幕复合土钉墙。 

    2 预应力锚杆复合土钉墙。

    3 微型桩复合土钉墙。

    4 土钉墙与截水帷幕、预应力锚杆、微型桩中的两种及两种以上形式的复合。


3.0.3 复合土钉墙适用于黏土、粉质黏土、粉土、砂土、碎石土、全风化及强风化岩,夹有局部淤泥质土的地层中也可采用。地下水位高于基坑底时应采取降排水措施或选用具有截水帷幕的复合土钉墙支护。坑底存在软弱地层时应经地基加固或采取其他加强措施后再采用。


3.0.4 软土地层中基坑开挖深度不宜大于6m,其他地层中基坑直立开挖深度不宜大于13m,可放坡时基坑开挖深度不宜大于18m。


3.0.5 复合土钉墙基坑支护方案应根据工程地质、水文地质条件、环境条件、施工条件以及使用条件等因素,通过工程类比和技术经济比较确定。


3.0.6 复合土钉墙基坑支护工程的使用期不应超过1年,且不应超过设计规定。超过使用期后应重新对基坑进行安全评估。


3.0.7 复合土钉墙基坑支护设计和验算采用的岩土性能指标应根据地质勘察报告、基坑降水、固结的情况,按相关参数试验方法并结合邻近场地的工程类比、现场试验、当地经验作出分析判断后合理取值。侧压力计算时,宜采用直剪快剪指标或三轴固结不排水剪切指标。稳定性验算时,饱和软黏土宜采用三轴不固结不排水剪切、直剪快剪指标或十字板剪切试验指标,粉上,砂性土、碎石土宜采用原位测试取得的有效应力指标,其他土层宜采用三轴固结不排水剪切或直剪固结快剪指标。


3.0.8 复合土钉墙应按照承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态进行设计。支护结构的构件强度、基坑稳定性,锚杆的抗拔力等应按承载能力极限状态进行验算,支护结构的位移计算、基坑周边环境的变形应按正常使用极限状态进行验算。


3.0.9 复合土钉墙用于对变形控制有严格要求的基坑支护时,应根据工程经验采用工程类比法,并结合数值法进行变形分析预测。


3.0.10 施工前,施工单位应按照审核通过的基坑工程设计方案,根据工程地质与水文地质条件、施工工艺、作业条件和基坑周边环境限制条件,编制专项施工方案。


3.0.11 复合土钉墙基坑支护工程应实施监测。监测单位应编制监测方案,并依据监测方案实施监测。设计和施工单位应及时掌握监测情况,并实施动态设计和信息化施工。


4 勘 察


4.0.1 基坑工程的岩土勘察和周边环境调查应与拟建建筑的岩土工程勘察同时进行。当已有勘察成果不能满足基坑工程设计和施工要求时,应补充基坑工程专项勘察。


4.0.2 基坑工程勘察的范围应根据基坑的复杂程度、设计要求和场地条件综合确定。勘察的平面范围宜超出基坑开挖边界线外开挖深度的2倍,且不宜小于土钉或锚杆估算长度的1.2倍。 


4.0.3 勘探点宜沿基坑边线布置,基坑每边中间位置、基坑主要转角处、相邻重要建(构)筑物附近应布置勘探点,勘察点间距宜取15m~25m。若地下存在障碍物或软土、饱和粉细砂、暗沟和暗塘等特殊地段以及岩溶地区应适当加密勘探点,查明其分布和工程特性。


4.0.4 勘探孔深度宜为基坑开挖深度的2.0倍~3.0倍;基坑底面以下存在软弱土层或承压含水层时,勘探孔应穿过软弱土层或承压含水层。在勘探深度范围内如遇中等风化及微风化岩石时,可减小勘探孔深度。

    钻入基坑底以下的砂土、粉土中的钻探孔应及时进行封堵。


4.0.5 主要土层的取样和原位测试数量应根据基坑安全等级、规模、土层复杂程度等确定。每一主要土层的原状土试样或原位测试数据不应少于6个(组),当土层差异性较大时,应增加取样或原位测试数量。


4.0.6 土的抗剪强度试验方法应根据复合土钉墙实际工作状况确定,且应与基坑工程设计计算所采用的指标要求相符合。


4.0.7 勘察阶段应查明地下水类型、地下水位、含水层埋深和厚度、相对不透水层埋深和厚度、与外界的水力联系、承压水头以及施工期间地下水变化等情况。必要时应进行现场试验,确定土层渗透系数和影响半径。


4.0.8 周边环境调查的内容应包括:

    1 基坑开挖影响范围内既有建筑的层数、结构形式、基础形式与埋深及建成时间、沉降变形和损坏情况。

    2 基坑开挖影响范围内的暗沟、暗塘、暗浜、老河道、轨道交通设施、地下人防设施及地下管线等的类型、空间尺寸、埋深及其重要性,贮水、输水等用水设施及其渗漏情况。必要时,可用坑探或工程物探方法查明。

    3 场地周围地表水汇流和排泄条件。

    4 场地周围道路的类型、位置及宽度、车辆最大荷载情况等。

    5 场地周围堆载及其他与基坑工程设计、施工相关的信息。


4.0.9 勘察报告应包括下列主要内容:

    1 对基坑工程影响深度范围内的岩土层埋藏条件、分布和特性作出综合分析评价。

    2 阐明地下水的埋藏情况、类型、水位及其变化幅度、与地表水间的联系以及土层的渗流条件。

    3 提供基坑工程影响范围内的各岩土层物理,力学试验指标的统计值和计算参数的建议值。

    4 阐明填土、暗浜、地下障碍物等浅层不良地质现象分布情况,评价对基坑工程的影响,并对设计、施工提出建议。

    5 分析评价地下水位变化对周边环境的影响以及施工过程中可能形成的流土、管涌、坑底突涌等现象,并对设计、施工提出建议。

    6 对支护方案选型,地下水控制方法、环境保护和监测提出建议。

    7 勘察成果文件应附下列图件:

        1)勘探点平面布置图;

        2)工程地质柱状图;

        3)工程地质剖面图;

        4)室内土(水)试验成果图表;

        5)原位测试成果图表;

        6)其他所需的成果图表,如暗浜分布、地下障碍物分布图等。

 

5 设 计


5.1 一般规定


5.1.1 复合土钉墙基坑支护的设计应包括下列内容:

    1 支护体系与各构件选型及布置。

    2 支护构件设计。

    3 基坑稳定性分析验算。

    4 各构件及连接件的构造设计。

    5 变形控制标准及周边环境保护要求。

    6 地下水和地表水处理。

    7 土方开挖要求。

    8 施工工艺及技术要求。

    9 质量检验和监测要求。

    10 应急措施要求。


5.1.2 设计计算时可取单位长度按平面应变问题分析计算。


5.1.3 设计荷载除土压力、水压力外,还应包括邻近建筑、材料、机具、车辆等附加荷载。地面上的附加荷载应按实际作用值计取,实际值如小于20kPa,宜按20kPa的均布荷载计取。


5.1.4 设计计算时对邻近基坑侧壁的承台、地梁、集水坑、电梯井等坑中坑,应根据坑中坑的开挖深度确定基坑设计深度。


5.1.5 对缺乏类似工程经验的地层及安全等级为一级的基坑,土钉及预应力锚杆均应先进行基本试验,并根据试验结果对初步设计参数及施工工艺进行调整。


5.1.6 预应力锚杆抗拔承载力和杆体抗拉承载力验算应按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的有关规定执行。


5.1.7 土钉与土体界面粘结强度qsk宜按照附录A的方法通过抗拔基本试验确定;无试验资料或无类似经验时,可按表5.1.7初步取值。

 

 

注:1 钻孔注浆土钉采用压力注浆或二次注浆时,表中数值可适当提高。

    2 钢管注浆土钉在保证注浆质量及倒刺排距0.25m~1.00m时,外径48mm的钢管,土钉外径可按60mm~100mm计算,倒刺较密时可取较大值。

    3 对于粉土,密实度相同,湿度越高,取值越低。

    4 对于砂土,密实度相同,粉细砂宜取较低值,中砂宜取中值,粗砾砂宜取较高值。

    5 土钉位于水位以下时宜取较低值。


5.1.8 土钉和锚杆的设置不应对既有建筑、地下管线以及邻近的后续工程造成损害。


5.1.9 季节性冻土地区应根据冻胀及冻融对复合土钉墙的不利影响采取相应的防护措施。


5.1.10 基坑需要降水时,应事先分析降水对周边环境产生的不良影响。


5.1.11 基坑内设置车道时,应验算车道边坡的稳定性,并采取必要的加固措施。


5.1.12 复合土钉墙除应满足基坑稳定性和承载力的要求外,尚应满足基坑变形的控制要求。当基坑周边环境对变形控制无特殊要求时,可依据地层条件、基坑安全等级按照表5.1.12确定复合土钉墙变形控制指标。

 

注:H——基坑开挖深度。

    当基坑周边环境对变形控制有特殊要求时,复合土钉墙变形控制指标应同时满足周边环境对基坑变形的控制要求。

 

5.2 土钉长度及杆体截面确定


5.2.1 土钉长度及间距可按表5.2.1列出的经验值作初步选择,也可按本规范第5.2.2条~第5.2.5条的规定通过计算初步确定,再根据基坑整体稳定性验算结果最终确定。

 

5.2.2 单根土钉长度小图lj(图5.2.2)可按下列公式初步确定:

 

式中:lj——第j根土钉长度;

          lzj——第j根土钉在假定破裂面内长度;

          lmj——第j根土钉在假定破裂面外长度;

          hj——第j根土钉与基坑底面的距离;

          β——土钉墙坡面与水平面的夹角;

          φak——基坑底面以上各层土的内摩擦角标准值,可按不同土层厚度取加权平均值;

          αj——第j根土钉与水平面之间的夹角;

          lmi,j——第j根土钉在假定破裂面外第i层土体中的长度;

          qsik——第i层上体与土钉的粘结强度标准值;

          dj——第j根土钉直径;

          Tjk——计算土钉长度时第j根土钉的轴向荷载标准值,可按本规范第5.2.3条确定。

 

5.2.3 计算单根土钉长度时,土钉轴向荷载标准值Tjk(图5.2.2、图5.2.3)可按下列公式计算:

 

 

式中:Sxj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平间距;

          Szj——第j根土钉与相邻土钉的平均竖向间距;

          ζ——坡面倾斜时荷载折减系数,可按本规范第5.2.5条确定;

          p——土钉长度中点所处深度位置的土体侧压力;

          pm——土钉长度中点所处深度位置由土体自重引起的侧压力,可按图5.2.3(b)求出;

          pq——土钉长度中点所处深度位置由地面及土体中附加荷载引起的侧压力,计算方法按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的有关规定执行。

 

 

5.2.4 土体自重引起的侧压力峰值pm,max。可按下列公式计算,且不宜小于0.2γm1H:

 

 

式中:pm,max——土体自重引起的侧压力峰值;

          H——基坑开挖深度;

          Ea——朗肯主动土压力;

          Lm1——基坑底面以上各土层加权平均重度,有地下水用时应考虑地下水位变化造成的重度变化;

          ka——主动土压力系数。


5.2.5 坡面倾斜时的荷载折减系数ζ可按下列公式计算:

 

5.2.6 土钉杆体截面面积Aj可按下列公式计算:

 

式中:Aj——第j根土钉杆体(钢筋、钢管)截面面积;

          fyj——第j根土钉杆体材料抗拉强度设计值;

          Tyj——第j根土钉验收抗拔力;

          li,j——第j根土钉在第i层土体中的长度;

          ψ——土钉的工作系数,取0.8~1.0。

 

5.3 基坑稳定性验算


5.3.1 复合土钉墙必须进行基坑整体稳定性验算。验算可考虑截水帷幕、微型桩、预应力锚杆等构件的作用。


5.3.2 基坑整体稳定性分析(图5.3.2)可采用简化圆弧滑移面条分法,按本条所列公式进行验算。最危险滑裂面应通过试算搜索求得。验算时应考虑开挖过程中各工况,验算公式宜采用分项系数极限状态表达法。

 

 式中:Ks——整体稳定性安全系数,对应于基坑安全等级一、二、三级分别取1.4、1.3、1.2;开挖过程中最不利工况下可乘以0.9的系数;

          Ks0、Ks1、Ks2、Ks3、Ks4——整体稳定性分项抗力系数,分别为土、土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型桩产生的抗滑力矩与土体下滑力矩比;

          Ci、φi——第i个土条在滑弧面上的粘聚力及内摩擦角;

          Li——第i个土条在滑弧面上的弧长;

          Wi——第i个土条重量,包括作用在该土条上的各种附加荷载;

          θi——第i个土条在滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角;

          η1、η2、η3、η4——土钉、预应力锚杆、截水帷幕及微型桩组合作用折减系数,可按本规范第5.3.3条取值;

          sxj——第j根土钉与相邻土钉的平均水平间距;

          s2xj、s4xj——第j根预应力锚杆或微型桩的平均水平间距;

          Nuj——第j根土钉在稳定区(即滑移面外)所提供的摩阻力,可按本规范第5.3.4条取值;

          Puj——第j根预应力锚杆在稳定区(即滑移面外)的极限抗拔力,按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120的有关规定计算;

          αj——第j根土钉与水平面之间的夹角;

          αmj——第j根预应力锚杆与水平面之间的夹角;

          θj——第j根土钉或预应力锚杆与滑弧面相交处,滑弧切线与水平面的夹角;

          φj——第j根土钉或预应力锚杆与滑弧面交点处土的内摩擦角;

          τq——假定滑移面处相应龄期截水帷幕的抗剪强度标准值,根据试验结果确定;

          τy——假定滑移面处微型桩的抗剪强度标准值,可取桩体材料的抗剪强度标准值;

          A3、A4——单位计算长度内截水帷幕或单根微型桩的截面积。


5.3.3 组合作用折减系数的取值应符合下列规定:

    1 η1宜取1.0。

    2 Puj≤300kN时,η2宜取0.5~0.7,随着锚杆抗力的增加而减小。

    3 截水帷幕与土钉墙复合作用时,η3宜取0.3~0.5,水泥土抗剪强度取值较高、水泥土墙厚度较大时,η3宜取较小值。

    4 微型桩与土钉墙复合作用时,η4宜取0.1~0.3,微型桩桩体材料抗剪强度取值较高、截面积较大时,η4宜取较小值。基坑支护计算范围内主要土层均为硬塑状黏性土等较硬土层时,η4取值可提高0.1。

    5 预应力锚杆、截水帷幕、微型桩三类构件共同复合作用时,组合作用折减系数不应同时取上限。


5.3.4 第j根土钉在稳定区的摩阻力Nuj应符合下式的规定:

 

 

5.3.5 Ks在满足本规范第5.3.2条的同时,Ks0、Ks1、Ks2的组合应符合下式的规定:


5.3.6 复合土钉墙底部存在软弱黏性土时,应按地基承载力模式进行坑底抗隆起稳定性验算。


5.3.7 坑底抗隆起稳定性(图5.3.7)可按下列公式进行验算:


 式中:γ1、γ2——分别为地面、坑底至微型桩或截水帷幕底部各土层加权平均重度;

          t——微型桩或截水帷幕在基坑底面以下的长度;

          Nq、Nc——坑底抗隆起验算时的地基承载力系数;

          q——地面及土体中附加荷载;

          c、φ——支护结构底部土体粘聚力及内摩擦角;

          Kl——坑底抗隆起稳定安全系数,对应于基坑安全等级二、三级时分别取1.4、1.2。

 


 

5.3.8 有截水帷幕的复合土钉墙,基坑开挖面以下有砂土或粉土等透水性较强土层且截水帷幕没有穿透该土层时,应进行抗渗流稳定性验算。


5.3.9 抗渗流稳定性(图5.3.9)可按下列公式进行验算:

 


式中:ic——基坑底面土体的临界水力梯度;

          i——渗流水力梯度;

          ds——坑底土颗粒的相对密度;

          e——坑底土的孔隙比;

          hw——基坑内外的水头差;

           t——截水帷幕在基坑底面以下的长度;

          Kw1——抗渗流稳定安全系数,对应基坑安全等级一、二、三级时宜分别取1.50、1.35、1.20。

 

5.3.10 基坑底面以下存在承压水时(图5.3.10),可按公式(5.3.10)进行抗突涌稳定性计算。当抗突涌稳定性验算不满足时,宜采取降低承压水等措施。

 


 式中:γm2——不透水土层平均饱和重度;

          hc——承压水层顶面至基坑底面的距离;

          Pw——承压水水头压力; 

          Kw2——抗突涌

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