土层锚杆工程计算实例

1、土层锚杆工程计算实例摘 要： 土层锚杆已广泛应用于深基坑土方开挖的临时支护结构工程中。实践证明，采用土层锚杆的支护形式，对于简化支撑设计，改善施工条件，加快施工进度都起到很好的作用。关键词：土层锚杆 锚杆的计算 稳定性验算在高层建筑工程施工中，由于基础埋置较深，当基坑邻近又有原建筑物等障碍时，基础土方难以进行放坡开挖，这时可采用土层锚杆的形式支承支护结构。下面是某工程土层锚杆设计计算实例。一、工程概况该工程，基坑挖土深度h1=12.5m，土质均为砂土，挡土桩采用800mm的钻孔灌注桩，桩距为1.5m。该工程一面临街，两面临住宅楼，施工场地狭窄。由于环境条件限制，基础不能放坡开挖，需要采用支护桩

2、挡土，进行垂直开挖。但支护桩不能在地面上进行拉结，如采用悬臂式支护桩，桩的截面尺寸又难以满足要求。故拟采用一道土层锚杆与护壁桩进行拉结。二、有关计算参数根据地质钻探资料以及现场实际情况，确定有关计算参数如下：1、土层锚杆设置于地面以下4.0m处，水平间距1.5m，钻孔的孔径为140mm，土层锚杆的倾角=15°（图1）；2、地面均布荷载按q=10kn/m2计算；3、根据现场土层情况，计算主动土压力时，土的平均重力密度a= 18.5kn/m3，计算被动土压力时，土的平均重力密度p=19.0kn/m3；主动土压力处土的内摩擦角 a=38°；被动土压力处土的内摩擦角 p=42

3、76;；砂类土，土的内聚力c=0。aa三、土层锚杆的计算土层锚杆的计算包括六部分的内容：一是作用在挡土桩上的土压力计算；二是挡土桩的入土深度和土层锚杆的水平拉力计算；三是土层锚杆的抗拔计算（以此确定土层锚杆非锚固段的长度和锚固段的长度）；四是钢拉杆截面的选择计算；五是土层锚杆深部破裂面的稳定性验算；六是土层锚杆的整体稳定性验算。1、作用在挡土桩上的土压力计算（1）主动土压力系数ka和被动土压力系数kp（2）作用在挡土桩上的土压力设挡土桩的入土深度为t，则1）主动土压力ea12）由地面均布荷载引起的附加压力ea23）被动土压力ep2、挡土桩的入土深度计算（图1）根据建筑基坑支护技术规程（jgj1

4、20-99）的规定：在计算挡土桩的入土深度时，主动土压力ea应乘上1.20（0为重要性系数，本方案取0=1.0）。将作用在挡土桩上所有各力对b点取力矩，则由mb=0得将ea1=2.2(12.5+t)2，ea2=2.38×(12.5+t),ep=47.88t2代入上式，并用试算法解得t=2.85m0.3h1=0.3×12.5=3.75m，按规范要求t不应小于0.3h1，故取入土深度t=3.75m。3、计算土层锚杆的水平拉力tb根据以上计得的挡土桩入土深度t=3.75m，重新计算主动土压力和被动土压力：由md=0可求得土层锚杆所承受的拉力t的水平分力tb：将上述ea1=581.

5、3kn，ea2=38.68kn，ep=673.3kn代入上式，可求得tb=214kn。由于土层锚杆的水平间距为1.5m（与挡土桩距相同），所以每根锚杆所承受的拉力的水平分力为：tb ,1.5=1.5×214=321kn。4.土层锚杆的抗拔计算（图2）（1）求土层锚杆的非锚固段的长度bf土层锚杆锚固段所在的砂土层：r=18.5kn/ m3,=36°。由图2，在直角三角形bde中，36°22be=（8.5+3.75）tg(45°- )=12.25tg(45°- )=6.24m。在bef中，由正弦定理可得所以由上述计算得非锚固段的长度bf为5.68m

6、.（2）求土层锚杆锚固段的长度fg土层锚杆拉力t的水平分力tb，1.5=321kn，其倾角=15°，故土层锚杆的轴向拉力由于该土层锚杆是采用非高压灌浆锚杆，土体的抗剪强度z可按下式进行计算：z=c+k0rhtg （1）式中c钻孔壁周边土的内聚力；钻孔壁周边土的内摩擦角；r土体的重力密度；h锚固段上部土层的厚度；k0锚固段孔壁的土压系数，其值取决于土层的性质，k0=0.51.0（砂土取k0=1，粘土取k0=0.5）。假设锚固段长度fg为14m，在图2中，o点为锚固段的中点，则bo=bf+fo=5.68+7.0=12.68m.锚固段中点o至地面的距离h为h=4.0+bosin15

7、6;=4.0+12.68sin15°=7.28m将上述有关数据代入公式（1）得z = c+k0rhtg=0+1.0×18.5×7.28tg36°=97.85kn/m2.取安全系数k =1.5，则锚固段fg的长度为因此，原假设锚固长度fg为14m应该进行修正。重新计算锚固段中点至地面的距离h:z= c+k0rhtg=0+1.0×18.5×6.97tg36°=93.68kn/m2锚固长度最后确定取锚固段的长度l=12.5m.5.选择钢拉杆的截面尺寸选用140钢筋（as=1256.6mm2），其强度设计值为fy=300n/mm2,

8、故其抗拉设计强度为：asfy=1256.6×300=376980n=376.98knt=332.3kn（满足要求）6.土层锚杆的深部破裂面稳定性验算在图3a中，通过锚固体的中点c与基坑支护结构下端的假想支承点b连一直线bc，并假定bc线即为深部滑动线，再通过c垂直向上作直线cd，cd即为假想墙。从图中可以看出，由假想墙、深部滑动线和支护结构包围的土体abcd上，除了土体自重g之外，还有作用在假想墙上的主动土压力e1、作用于支护结构上的主动土压力的反作用力ea和作用于bc面上的反力q。当土体abcd处于平衡状态时，即可利用力的多边形法则求得土层锚杆所能承受的最大拉力a及其水平分力ah。

9、如果ah与土层锚杆设计的水平分力ah之比大于或等于1.5，则认为不会出现上述的深部破裂面。即安全系数 (2)式中ah土层锚杆的设计的水平分力；ah按下述方法进行计算：图3b为单根土层锚杆的力多边形，如将各力化成其水平分力，则从力的多边形分力的几何关系可以得到下面的计算公式： (3)式中g假想墙与深部滑动线范围内的土体重量；ea作用在基坑支护结构上的主动土压力的反作用力；e1作用在假想墙上的主动土压力；q作用在bc面上反力的合力；土的内摩擦角；基坑支护结构与土之间的摩擦角；深部滑动面与水平面间的夹角；a土层锚杆的倾角；elh、eah分另为e1、ea。在本方案中，具体验算如下（图4）。每根土层锚杆的水平分力由上述计得tb，1.5=312kn土体重设基坑支护结构与土之间的摩擦角=0，则作用在支护结构上主动土压力的反作用力（考虑地面荷载）为作用在假想墙oo上的主动±压力为设土层锚杆所能承受的最大拉