新土层锚杆课件.ppt

1、第四章第四章 土层锚杆土层锚杆第四章第四章 土层锚杆土层锚杆土层锚杆（也称土锚）是一种新型的受拉杆件，其一端与支护结构联结，另一端锚固在土体中，将支护结构和其它结构所承受的荷载通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。土层锚杆不仅用于临时支护结构，而且在永久性建筑工程中也得到广泛的应用。土层锚杆土层锚杆土层锚杆是从岩石锚杆的基础上发展起来的。由于土层锚杆具一系列优点，在世界各国广泛应用，数量迅速增加，施工工艺日趋完善，并已形成成套的施工专用机具，各国从70年代开始先后制定了土层锚杆的设计和施工规程，进一步促进了土层锚杆技术的发展。土层锚杆施工顺序土

2、层锚杆施工顺序当深基坑邻近已有建筑物和构筑物、交通管线或地下管线时，深基坑难以放坡开挖，或基坑宽度过大、过深，对支护结构采用内支撑的方法不经济或不可能。在这种情况下，采用土层锚杆支承支护结构（钢板桩、地下连续墙、灌注桩等），维护基坑稳定，对简化支撑，改善施工条件和加快施工进度能起很大作用。土层锚杆应用土层锚杆应用水坝、电视塔、悬索桥、水池、栈桥、房屋建筑、高架电缆铁塔、烟囱、飞机库大跨度结构、隧道孔壁、公路一侧等。 3.2.2 土层锚杆的构造土层锚杆的构造1. 土层锚杆的组成土层锚杆是由锚头钢拉杆（钢索）、塑料套管、定位分割器和水泥砂浆锚头钢拉杆（钢索）、塑料套管、定位分割器和水泥砂浆组成。2

3、. 锚杆的锚头、钢材及附件锚杆的钢材分粗钢筋、钢管及钢绞线，通称钢索，一般要求材料强度高。沿钢索全长分自由段和锚固段。自由段的钢索塑料套管保证张拉时自由伸长；锚固段内要求灌浆或压力灌浆密实，与钢索有足够的握裹力。混凝土墙承载板垫圈螺母钢筋钢筋锚杆头装置3.2.13.2.1 土层锚杆的类型土层锚杆的类型 锚固体n土层锚杆的锚固体可有土层锚杆的锚固体可有圆柱型、扩大圆柱型或圆锥形扩大类圆柱型、扩大圆柱型或圆锥形扩大类三种基本类型。n圆柱体类型锚杆由圆柱体类型锚杆由圆柱形注浆体和钢筋或钢索构成。n扩大圆柱型锚杆扩大圆柱型锚杆经注入压力浆液而形成，适用于粘性土或无粘性土。n圆锥形扩大型圆锥形扩大型是采

4、用特殊的扩孔装置在孔长度方向扩1个或数个括孔圆柱体。粘性土和砂土均适用。lAlf锚具台座承压板支护结构拉杆圆柱型lflA锚具承压板台座支护结构端部扩大体锚固体扩大圆柱型第一节第一节 土层锚杆的构造土层锚杆的构造土层锚杆土层锚杆根据主动主动滑动面，分为自由滑动面，分为自由段段lf和锚固段和锚固段lA。自由段自由段处于不稳定土层中，与土层尽量分离，其作用是作用是将锚头所承受的荷将锚头所承受的荷载传递到锚固段去载传递到锚固段去。锚固段锚固段处于稳定土层中，是承载力的是承载力的主要来源。主要来源。锚杆锚头的位移主要取决取决于自由段于自由段。主动滑动面245lflAl第一节第一节 土层锚杆的构造土层锚杆

5、的构造土层锚杆的承载能力取决于 拉杆强度拉杆强度拉杆与锚固体之间的握裹力拉杆与锚固体之间的握裹力锚固体与土壁之间的摩阻力锚固体与土壁之间的摩阻力等因素。但主要取决于后者主要取决于后者。第一节第一节 土层锚杆的构造土层锚杆的构造要增大单根土层锚杆的承载能力，不能依靠不能依靠增大锚固体的直径增大锚固体的直径，主要依靠增加，主要依靠增加锚固体的锚固体的长度，长度，或采取技术措施或采取技术措施把锚固段作成扩体把锚固段作成扩体、及采用及采用二次灌浆二次灌浆。3.3 3.3 土层锚杆设计土层锚杆设计土层锚杆涉及钢材、水泥和土体，其承载能力与施工因素有关按弹塑性理论设计计算较复杂，一般多根据经验数据进行设计

6、，再通过现场进行试验。设计要考虑的问题是： 锚杆布置锚杆布置 锚杆承载能力锚杆承载能力 锚杆的整体稳定性锚杆的整体稳定性 锚杆尺寸的确定锚杆尺寸的确定土层锚杆设计土层锚杆设计 一一 锚杆布置锚杆布置 包括确定锚杆埋置深度锚杆埋置深度、锚杆层数锚杆的垂直锚杆层数锚杆的垂直间距和水平间距、锚杆的倾角以及锚杆的长度间距和水平间距、锚杆的倾角以及锚杆的长度等。锚杆埋置深度：最上层锚杆要有足够的覆土厚度，足够的覆土厚度，即锚杆的垂直分力应小于上面的覆土重量。最上层锚杆上面需不小于4m的覆土厚度锚杆层数锚杆层数取决于支护结构的截面和其所承受的荷载取决于支护结构的截面和其所承受的荷载。上下层间距为25m，水

7、平间距多为14.5m，或控制在锚固体直径的10倍。锚杆的倾角锚杆的倾角12.5（规程规定锚杆的倾角在1525间，并45）锚杆的长度锚杆的长度一般要求锚固体置于滑动土体之外的好土层中，通常长度为1525m，锚固体长度57m。（规程规定：锚杆自由段长5m，超潜在滑裂面（或者主动滑动面）1.5m。锚杆设计应注意的问题：锚杆的锚固体尽量设置在良好的土层中。锚杆的锚固体尽量设置在良好的土层中。允许情况下尽量采用群锚。允许情况下尽量采用群锚。各部分锚杆不得密接或不得交叉设置。各部分锚杆不得密接或不得交叉设置。锚杆要避开邻近构筑物和管道。锚杆要避开邻近构筑物和管道。锚杆的自由段不与土体粘结。锚杆的自由段不与

8、土体粘结。有腐蚀介质的土层内，锚杆需防腐有腐蚀介质的土层内，锚杆需防腐。土层锚杆设计土层锚杆设计技术规程技术规程规定：规定：锚杆自由段长度5m，应超过潜在滑裂面1.5m；土层锚杆锚固段长度4m；锚杆杆件下料长度应为锚杆自由段、锚下料长度应为锚杆自由段、锚固段及外露长度之和。固段及外露长度之和。土层锚杆设计土层锚杆设计技术规程技术规程规定规定：锚杆布置锚杆布置应符合：锚杆上下垂直距离上下垂直距离2.0m，水平距离水平距离1.5m；锚固体上覆土层厚度覆土层厚度4.0m；锚杆倾角宜为倾角宜为1525，且不大于，且不大于45。土层锚杆设计土层锚杆设计锚杆的承载能力 因拉杆与锚固体间的极限握裹力远大于锚

9、固体与土体间的极限侧阻力，故在拉杆选择适当的前提下，锚杆的承载能力主要取决于锚固体与土体间的极限侧阻力。锚杆承载能力的计算理论计算理论本书就列出7种种之多。3.3.2锚杆的承载能力锚杆的承载能力 二锚杆的承载能力即极限抗拔力承载能力即极限抗拔力，锚杆的承载能力通常取决于拉杆的极限抗拉杆的极限抗拉强度、拉杆与锚固体直径的极限握裹力、锚固体与土体间的极限侧拉强度、拉杆与锚固体直径的极限握裹力、锚固体与土体间的极限侧阻力阻力。因拉杆与锚固体间的极限握裹力远大于锚固体与土体间的极限侧阻力，故在拉杆选择适当的前提下，锚杆的承载能力主要取决于锚固体与土体间主要取决于锚固体与土体间的极限侧阻力的极限侧阻力。

10、故在拉杆选择适当的前提下，锚杆的承载能力主要取决于后者。锚杆的极限抗拔力可按下式计算：上述计算式理论上虽反映出土层锚杆的受力特性，但具体应用存在一些问题： 构成土层锚杆承载能力的侧阻力F和端阻力Q 不是同步增长的，不能简单叠加； 土体的抗剪强度 值难以精确确定； 土体侧阻力分布不均匀。综上所述，Tu 除以安全系数除以安全系数1.5，即为锚杆的允许，即为锚杆的允许承载力。承载力。主动滑动面245lflAl322121yyyyyyuqAdyDdyDQFT 3.3.3 锚杆的整体稳定性锚杆的整体稳定性土层锚杆的整体稳定性分为整体稳定性和深部破裂面稳定性两种。整体失稳时，土层滑动面在支护结构的下面，由

11、于土体的滑动，使支护结支护结构和土层锚杆失构和土层锚杆失效而整体失稳。效而整体失稳。对于此种情况，可按土坡稳定的验算方法进行验算。整体失稳整体失稳 深部破裂面在基坑支护结构的下端处。德克瑞斯简易计算法的计算简图是通过锚固体的中点与基坑支护结构下端的假想支承点b连一直线bc，假定bc线即为深部滑动线，再通过点c垂直向上作直线cd，cd为假想墙，。故假想墙、深部滑动线与支护结构包围的土体abcd上，除土体自重G外，还有作用在假想墙上的主动土压力Ea1、作用在支护结构上的主动土压力的反作用力Ea2，和作用在bc面上的反力Q。当土体abcd处于平衡状态时，即可利用力多边形求得土层锚杆所能承受的最大拉力

12、A及其水平分力Ah。深层破裂面破坏深层破裂面破坏2.3m8.5m4.5mq=10MPahbc深层破裂面稳定性验算GQEah1Eah2adA3.3.4 土层锚杆的蠕变与松弛土层锚杆的蠕变与松弛1.土层锚杆的蠕变由于锚固支护结构的土层锚杆，始终承受着接近恒载的拉力，锚固支护结构的土层锚杆，始终承受着接近恒载的拉力，土层锚杆的变形一直在发展，这就是土层锚杆的蠕变土层锚杆的变形一直在发展，这就是土层锚杆的蠕变。对于软土地基，土的蠕变大，土层锚杆的蠕变就成为突出的问题。土层锚杆的蠕变主要由四个部分组成。 自由段的伸长自由段的伸长S（一般为弹性变形） 锚固体的伸长锚固体的伸长a(荷载较小为弹性变形，荷载较

13、大，出现裂缝，即为塑性变形） 锚固体周围土体在一定范围内的剪切变形锚固体周围土体在一定范围内的剪切变形（荷载较小为弹性变形，荷载较大时即为塑性变形，并伴随粘性流变） 锚固体与土体的相对滑动锚固体与土体的相对滑动S（这种变形一般不允许产生）故土层锚杆的蠕变，表现为弹性、塑性和粘性流变之和，是一个较为复杂的问题。为控制土层锚杆在粘土中的蠕变，可采用以下方法： 通过土层锚杆的极限承载力，以便在锁定荷载不变的情况下保持较小的K值。 采用重复张拉，使锚杆的大部分塑性变形在锁定前发生。 采用适当的Ko值。（对于塑性指数大于17的淤泥质土，应进行蠕变试验，以确定适当的Ko值。土层锚杆的安全系数是指单根土层锚

14、杆抗拔力的安全系数，至于土层锚杆的各个部件的安全系数，可根据有关的设计规范确定。2. 土层锚杆的松弛 对于需要施加预应力的土层锚杆，当施加预应力张拉到一定荷载后将其锚固，随着时间的推移，土层锚杆的锚头部下保持不变，而锚杆内力随时间而递减。 通过张拉使自由段的钢拉杆产生弹性伸长，对锚固体产生预应力，以限制锚固土层的变形； 通过施加预应力对土层锚杆进行试验，可揭示设计与施工的差错，证实土层锚杆的适用性，预测其工作情况； 检验土层锚杆与板桩等支护结构协同工作的情况。施加预应力值越高，松弛引起的荷载损失越大。施加预应力值越高，松弛引起的荷载损失越大。土层锚杆例题 ex3某大厦高24层，地下室23层，基

15、坑挖深13m，土质为砂土和卵石。桩基采用直径800的人工挖孔灌注桩，桩距1.5m，采用一道土层锚杆拉结。土层锚杆在地下4.5m ,水平间距1.5m，钻孔直径140，倾角13，地面均布荷载按10KPa计，a a=19KN/m=19KN/m3 3 P P=19.5KN/m=19.5KN/m3 3 a=40 , P=45,C=0,Y=100.5KPaEat13.0004500Ea1Ea2EP=19KN/m3a=40C=0=19.5KN/m3P=45C=0q解：主动土压力系数被动土压力系数1.入土深度计算217.0)24045()245(22tgtgKa83.5)24545()245(22tgtgKP

16、222222184.5683.55 .192121217.0)13(10)(217.0)13(1921)(21ttKtEtKthqEtKthEPPPaaaaamtmttttttttttttttttttttttMB2.304.36,3 . 2033.4198.1298. 1021.150906.47475.43752.36014.48389.3734. 442.5409. 111.1479.145261.4553 .4437. 10) 5 . 41332(94.565 . 4)13(21)21.2817. 2(5 . 4)13(32)39.34856.5306. 2(023232322322取，

17、故大于原式令2.计算锚杆的 水平拉力根据t=2.3mKNTKNTEEETMKNKtEKNKthqEKNKthEaaPaaaDPPPaaaaa8 .3449 .2295 .19 .2298 .1077.07 .30065.702.331 .55 .48233 .223 .21333 .213)5 .43 .213(070.30083.53 .25 .19212102.33217.0)3 .213(10)(23.482217.0)3 .213(1921)(215 .1212222212.3m8.5m4.5m=19KN/m3a=37C=0q=10MPa245245hBEFCDO锚固段长度计算简图二）

18、抗拔计算（土层锚杆锚固段在砂土层中）由图mBFBFEBEFBFEBEFBEBFmtgBE95. 45 .103sin5 .63sin38. 55 .1035 .631805 .63)23745(90sinsin38. 5)23745()5 . 43 .15(故5 . 1aThtgKCKNTTKNTazaa05 .15 .18 .35313cos8 .34413cos138 .344土的抗剪强度轴向力假定锚固段长10m，其中点为O， 则 BO=BF+FO=4.95+5.00=9.95m中点O距地面之距mhmmdKTlKmKNtgmBOhzz02.7)25 .1295.4(5 .4105 .125

19、 .9614.014.35 .18 .353, 5 .1/5 .963774.6190 .1074.613sin95.95 .413sin5 .42故须修正锚固段长则锚固段长若取安全系数满足大于，则抗拉强度若取其为三）钢拉杆截面选择确定锚固段长为锚固段长KNTKNfAFmmdKTlmKNtghtgKCytzz8 .35324.364290125640112125 .10014. 014. 35 . 18 .353/5 .1003702. 7190 . 1020四)深层破裂面稳定性验算每杆水平分力满足大于，则抗拉强度若取其为三）钢拉杆截面选择确定锚固段长为锚固段长KNTKNfAFmmdKTlmK

20、NtghtgKCytzz8 .35324.364290125640112125 .10014. 014. 35 . 18 .353/5 .1003702. 7190 . 10202.3m8.5m4.5mq=10MPahBE= 13FCDO深层破裂面稳定性验算GQEah1Eah210.37m(四）深层破裂面稳定性验算KNtgtgqHKKHEKNbHlhGarctgKNTaaaha2 .8845 .1 )23745(3 .15105 .1 )23745(3 .1519215 .15 .121(,07 .3393195 .167.1023 .1502.728 .3713cos)21295.4(02.

21、7)3 .213(8 .344222215 .1考虑地面荷载）为：主动土压力的反作用力则作用在支护结构上的设土体重力每杆水平分力作用在假想墙上的主动土压力为：)(1)()()()()()()()(A3 .200249.002.75 .1 )1002.71921(5 .1)21(122112211221h2tgtgtgtgEtgEGEEAtgtgAtgtgEtgEGEEAtgtgAdtgtgEtgEGdCCEEAAKKNhKqhEahahahahhhahahahahhhahahahahhhaah设计分力平分力作用在土层锚杆上的水力可得下式图若将各力化成水平分由克瑞思的力多边形的故稳定性可以保证该

22、土层锚杆深层破裂面大于1.585. 18 .3444 .6384 .638997. 051.636)8 .3737(131)8 .3737()007 .3393(3 .2002 .884hhhAAKKNtgtgtgA3.4 土层锚杆施工土层锚杆施工包括钻孔、安放拉杆、灌浆、张拉锚杆钻孔、安放拉杆、灌浆、张拉锚杆。开工前进行必要的准备工作。3.4.1 施工准备工作 必须清楚施工地区的土层法不合格土层的物理力学特征必须清楚施工地区的土层法不合格土层的物理力学特征（他任重度、含水率、孔隙笔、渗透系数、压缩系数、凝聚力、内摩擦角等） 要表明土层锚杆施工地区的地下管线、构筑物等的布置要表明土层锚杆施工地

23、区的地下管线、构筑物等的布置 要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响 要编制土层锚杆施工组织设计要编制土层锚杆施工组织设计3.4.2 钻孔钻孔工艺 影响土层锚杆的承载能力、施工效率和整个支护结构的成本。钻孔费用占成本的30%以上，甚至超过50%。土层锚杆的成孔设备国外一般采用国外一般采用履带行走全液压万能钻孔机履带行走全液压万能钻孔机 国内采用螺旋式钻孔机、冲击式钻孔机、国内采用螺旋式钻孔机、冲击式钻孔机、 旋转冲击式钻孔机旋转冲击式钻孔机，在黄土地区亦可采用，在黄土地区亦可采用 洛阳铲洛阳铲形成锚杆孔穴形成锚杆孔穴对土层锚杆钻孔用钻机的具体要求有： 通过

24、回转、冲击钻具等钻进方式传动里给钻头通过回转、冲击钻具等钻进方式传动里给钻头 能通过钻具向钻头传递足够的轴向压力能通过钻具向钻头传递足够的轴向压力 能调整和控制钻头的给进速度，保证连续钻进能调整和控制钻头的给进速度，保证连续钻进 能变换角度和按一定技术经济指标钻出设计规定的直径和深度的能变换角度和按一定技术经济指标钻出设计规定的直径和深度的钻孔钻孔 能完成升降钻具的工作能完成升降钻具的工作土层锚杆的钻孔具有的特点和应达到的要求： 孔壁平直，便于安放拉杆和灌浆 孔壁不得坍塌和松动 钻孔时不得使用膨润土循环泥浆护壁 土层锚杆的钻孔多数有一定倾角，稳定性差 土层锚杆长细比大，孔洞长，保证钻孔的准确方

25、向和直线性困难，易偏斜和弯曲我国对于钻孔的容许偏差尚无统一规定，上海特种基础工程研究所在操作规程中，规定土层锚杆水平误差 25，标高误差 10。扩孔的方法有四种：即机械扩孔、爆破扩孔、水力扩孔和压浆扩孔压浆扩孔在国外广泛使用，但需堵浆设施。我国多用二次灌浆法达到扩大锚固段直径的目的。3.4.3 安放拉杆土层锚杆常用的拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线。承载力小时，用粗钢筋粗钢筋；承载力大时，用钢绞线钢绞线。拉杆使用前应除锈。钢绞线的油脂应仔细清除。成孔后可将制好的通长的中间无节点的钢拉杆插入管尖的锥形孔内。拉杆表面设置定位器。在灌浆前将钻管口封闭，接上压浆关，即可灌

26、浆，浇筑锚固体。定位器作用：保证拉杆居钻孔的中心，防止非锚固段过大的挠度，避免插入时搅动孔壁，保证拉杆有足够的保护层。232钢筋353钢带38钢管内插32拉杆灌浆胶管65钢管支承滑架半圆环档土板定位器3.4.4 压力灌浆压力灌浆是其施工中的重要工序。 灌浆的作用是：1形成锚固段；形成锚固段；2防止钢拉杆腐蚀；防止钢拉杆腐蚀；3填充土层中的孔隙和裂缝。填充土层中的孔隙和裂缝。 灌浆的浆液为 水泥砂浆（细砂）或水泥浆 水泥一般不宜用高铝水泥，由于水泥水化时会生成SO3,故硫酸盐含量不应超过水泥重的4%，我国多用普通硅酸盐水泥。即普通硅酸盐水泥。即PO灌浆方法有一次灌浆法一次灌浆法和二次灌浆法二次灌

27、浆法两种。一次灌浆法只要一根灌浆管，利用泥浆泵灌浆，灌浆管距孔底一次灌浆法只要一根灌浆管，利用泥浆泵灌浆，灌浆管距孔底2020左左右右。二次灌浆法二次灌浆法应用两根灌浆管两根灌浆管，第一次灌浆灌浆管的管端距锚杆末端第一次灌浆灌浆管的管端距锚杆末端50左右，左右，管底出口处用黑胶布封住，以免土进入管口；第二次灌浆用第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端灌浆管的管端距离锚杆末端100左右左右，管底出口处也用黑胶布封住，且从管端从管端50处开始向上每隔处开始向上每隔2m左右作出左右作出1m长的花管。长的花管。3.4.5 张拉与锚固土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%后，即可对锚杆进行张拉与锚固。锚杆

28、张拉控制应力控制应力不应超过锚杆杆体强度标准值的强度标准值的75%。钢拉杆钢拉杆为钢筋者，钢拉杆多为带肋钢筋，其端部加焊一个螺丝钢筋者，钢拉杆多为带肋钢筋，其端部加焊一个螺丝端杆，用螺母固定，即螺丝端杆锚具，采用单作用千斤顶（拉杆端杆，用螺母固定，即螺丝端杆锚具，采用单作用千斤顶（拉杆式）；式）；钢拉杆钢拉杆为钢丝束者，锚具多为镦头锚具，采用拉杆式千斤顶张拉。钢丝束者，锚具多为镦头锚具，采用拉杆式千斤顶张拉。我国多用的钢绞线采用夹片式锚具，穿心式千斤顶多用的钢绞线采用夹片式锚具，穿心式千斤顶。导致预应力损失的因素为：导致预应力损失的因素为：摩擦造成的损失；摩擦造成的损失；锚具滑移造成的损失；锚具滑移造成的损失；