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×××引水隧道进水洞口段
出 渣 通 道 护 坡 支 护 结 构 设 计
1 工程概况
本出渣通道护坡工程为×××引水隧道进水洞口段的配套工程。通道为圆弧形，其中心弧长为205m，半径为164.137m，出渣通道一端与进水隧道口（高程为-12.000）相接，另一端出露自然地面（高程为+2.000），总高差为14.0m，纵坡比为6.83%。
出渣通道区域地层分布极不均匀，临山侧地质较好，地层依次为砾砂、粉质粘土混碎石及强风化凝灰岩；靠近盾构工作井区域表层埋有厚度约为6.0m左右的淤泥。
出渣通道场地较狭窄，其西北侧与盾构工作井较紧，为避免盾构工作井下沉时对出渣通道的影响，同时考虑盾构施工时对工作井的反力，出渣通道尽量远距盾构工作井，为此出渣通道设计为圆弧形，则出渣通道与盾构工作井之间的最近距离为53.0m。
2 编制依据
1《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
2《基坑土钉支护技术规程》CECS 96:97
3《地基与基础工程验收规范》GBJ202-93
4工程岩土工程勘察报告。
3 设计原则
根据本工程场地土的工程地质条件及护坡的深度，宜采用土钉墙锚喷支护的方法。
土钉墙锚喷支护结构设计时可按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)（以下简称《规程》）的要求进行土钉抗拔承载力和土钉墙整体稳定性验算。设计时按二级基坑侧壁支护结构设计，取侧壁重要性系数为1.0，则土钉抗拔承载力的安全系数不小于1.25，土钉墙整体稳定性安全系数不小于1.30。
根据经验，土钉宜采用钢管击入钉，经压力注浆后所形成的土钉等效直径取为150mm。
设计时，土钉与水平面的倾角为150~200，一般宜采用较大的倾角，其原因为：倾角较大时，浆液不易外溢，有利于注浆，较大倾角的土钉有利于增加土钉墙的整体稳定性，当土钉的倾角较大时，对土体可起到超前支护的作用。
设计时取地面超载为15kPa。
4 各剖面护坡支护结构设计
4.1 A—A剖面
4.1.1 工程地质条件
A— A剖面为靠近进水隧洞的洞口，工程地质条件相对较好，表层约5.0m
为砾砂，其下约3.4m为粉质粘土混碎石，下层为强风化凝灰岩。
根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表1。
表1场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(3) 砾砂 5.0 19.5 8 35.0 60
(5) 粉质粘土混碎石 3.4 19.03 15.8 22.1 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0 24.0 200 45.0
注：表中砾砂的强度指标根据其重度及参考同类土质而确定（以下同）。
4.1.2土钉护坡支护结构设计
土钉墙护坡支护结构由土钉和喷射混凝土面层两部分组成，设计时，喷射混凝土面层均按构造要求设计，其厚度一般为100mm，（考虑到本工程护坡使用时间较长，为此设计为150mm），混凝土强度等级为C20，内配10#200的钢筋网一层，根据高地下水位中土钉施工经验，土钉一般均采用钢管击入钉，钢管上每隔800mm设置一个直径约8mm的注浆孔，并在注浆孔外侧焊接角钢支架，一方面可减少土体进入注浆管内，另一方面对土钉起到扩孔作用，能有效地保证土钉锚固体的抗拔力，注浆钢管一般采用482.5的普通钢管，土钉钢管在土钉墙面出露处与面层加强钢筋焊接，以增强整体工作效能，加强钢筋一般采用Φ16螺纹钢筋。
图1为开挖深度10.9m，土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下6层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图1所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置10#200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表2。
表2 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.235 117.446 18.835
2 -1.0 6 1200 12.533 104.394 8.330
3 -2.5 9 1200 25.702 156.392 6.093
4 -4.0 9 1200 41.708 143.540 3.442
5 -5.5 9 1200 55.820 130.489 2.338
6 -7.0 6 1200 55.541 78.434 1.412
表3为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，经验算当开挖至高程-5.800m而第4道土钉尚未施工时，此时为最不利工况。由表3可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表3 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工 第6道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -7.3 -8.9
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 7.8 9.3 10.9
稳定安全系数 1.643 1.977 1.477 1.371 1.340 2.924 3.309
4.2 B—B剖面
4.2.1 工程地质条件
根据工程地质勘察报告，B—B剖面的地层分布基本与A—A剖面相同，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表4。
表4场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(3) 砾砂 6.6 19.5 8 35.0 60
(5) 粉质粘土混碎石 6.9 19.03 15.8 22.1 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0 24.0 200 45.0
4.2.2土钉护坡支护结构设计
图2为B—B剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下5层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图2所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置10#200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表5。
表5 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 5.765 117.351 20.188
2 -1.0 9 1200 11.786 169.454 14.377
3 -2.5 9 1200 19.860 156.309 7.871
4 -4.0 9 1200 34.931 143.164 4.098
5 -5.5 9 1200 35.483 130.018 3.664
表6为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表6可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表6 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -5.8
开挖深度（m） 1.8 2.3 4.8 6.3 7.8 7.8
稳定安全系数 1.643 2.067 1.793 1.480 1.277 1.335
4.3 C—C剖面
4.3.1 工程地质条件
根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表7。
表7场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(1) 淤泥 1.8 68.5 15.74 1.952 10.6 12.8 16
(4) 粉质粘土 6.4 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(3) 砾砂 1.2 19.5 8 35.0 60
4.2.2土钉护坡支护结构设计
图3为C—C剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下3层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图3所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置10#200的钢筋网片一层，并延伸至地表与锚固钢筋相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表8。
8 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 9 1200 — 52.499 —
2 -0.5 6 1200 5.302 79.932 14.940
3 -2.0 6 1200 19.526 75.171 3.850
表9为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表9可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表9 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -0.8 -2.3 -2.6
开挖深度（m） 1.8 2.8 4.3 4.6
稳定安全系数 1.643 2.067 1.793 1.480
4.4 D—D剖面
4.4.1 工程地质条件
根据工程地质勘察报告，D—D剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表10。
表10场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(3) 砾砂 2.8 19.5 8 35.0 60
(4) 粉质粘土 0.9 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(5) 粉质粘土混碎石 3.4 19.03 15.8 22.1 60
(10) 强风化凝灰岩 11.0 24.0 200 45.0
4.4.2土钉护坡支护结构设计
图4为开挖深度11.1m，土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下4层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图1所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置10#200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表11。
表11 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.517 117.369 18.009
2 -1.0 9 1200 15.134 169.494 11.194
3 -2.5 9 1200 28.853 156.302 5.419
4 -4.0 9 1200 70.446 143.234 2.033
表12为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表12可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表12 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -9.10
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 11.1
稳定安全系数 1.643 2.038 1.662 1.566 3.695
4.5 E—E剖面
4.5.1 工程地质条件
根据工程地质勘察报告，E—E剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表13。
表13场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(3) 砾砂 4.7 19.5 8 35.0 60
(4) 粉质粘土 2.7 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(5) 粉质粘土混碎石 4.6 19.03 15.8 22.1 60
4.5.2土钉护坡支护结构设计
图5为E—E剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下5层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为100，各层土钉的长度及布置如图2所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置10#200的钢筋网片一层，并延伸至地表与压密注浆钢管相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表14。
表14 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 6 1200 6.259 155.099 18.388
2 -1.0 9 1200 12.707 164.949 12.981
3 -2.5 12 1200 28.200 214.800 7.533
4 -4.0 12 1200 48.672 199.402 4.097
5 -5.5 12 1200 72.684 184.004 2.532
表15为护坡开挖到各个阶段时的土钉墙整体稳定性分析结果，由表15可知，分层开挖至各高程时的整体稳定安全系数均能满足《规程》要求。
表15 各施工阶段土钉墙整体稳定性分析（超载15kPa）
施工工况 土钉未施工 第1道土钉施工 第2道土钉施工 第3道土钉施工 第4道土钉施工 第5道土钉施工
基底高程（m） 0.2 -1.3 -2.8 -4.3 -5.8 -6.5
开挖深度（m） 1.8 3.3 4.8 6.3 7.8 8.5
稳定安全系数 1.643 1.824 1.601 1.519 1.331 1.390
4.6 F—F剖面
4.6.1 工程地质条件
根据工程地质勘察报告，该剖面区域的场地土的物理力学性指标列于表16。
表16场地主要土层的物理力学性指标
土层编号 土层名称 层厚(m) 含水量（%） 重度(kN/m3) 孔隙比e 抗剪强度指标 极限锚固力
C(kPa) (0) (kPa)
(1) 淤泥 2.8 68.5 15.74 1.952 10.6 12.8 16
(4) 粉质粘土 5.4 29.3 19.10 0.852 21.1 15.4 60
(3) 砾砂 1.2 19.5 8 35.0 60
4.6.2土钉护坡支护结构设计
图6为F—F剖面土钉墙结构剖面图，土钉墙由上下4层土钉组成，均采用482.5的钢管击入土钉，其与水平面的向下倾角为200，各层土钉的长度及布置如图3所示。喷射混凝土面层厚度为150mm，强度为C20，内配置6#200的钢筋网片两层，并延伸至地表与锚固钢筋相连，土钉与面层之间通过Φ14螺纹钢筋进行焊接，以增强其稳定性。各层土钉的受拉荷载及抗拉承载力验算列于表17。
表17 各层土钉的受拉荷载及抗拉验算（超载15kPa）
编号 位置(高程)（m) 长度（m） 水平间距(mm) 所受拉力（kN） 极限抗拉力(kN) 安全系数
1 0.5 9 1200 12.044 52.402 4.351
2 -0.5 6&n [1] [2] 下一页
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