第二章 s土层锚杆.

1、第三节 支护结构施工设计四、土层锚杆（一）锚杆构造（一）锚杆构造50%Lw 0.3D 245可行性可行性 土层锚杆的施工长度可达到土层锚杆的施工长度可达到30m30m； 通常采用预应力锚杆，粘性土中最通常采用预应力锚杆，粘性土中最大锚固力可达大锚固力可达1000kN1000kN； 根据工程地质、水文条件判断是根据工程地质、水文条件判断是 否采用锚杆；否采用锚杆； 防止锚杆对临近建筑物及后期工防止锚杆对临近建筑物及后期工 程的影响；程的影响； 宜在好土质条件下使用；宜在好土质条件下使用； 下列土层未经处理不得采用锚杆：下列土层未经处理不得采用锚杆： 有机质土；有机质土； 液限液限 的土层；的土层

2、； 相对密实度相对密实度 的土层。的土层。eaik挡土桩、墙锚杆的布置：锚杆的布置：（1 1）锚固体的上覆土层）锚固体的上覆土层的厚度不宜小于的厚度不宜小于4m4m，锚，锚固区离现有建筑物的距固区离现有建筑物的距离不小于离不小于5 56m6m。（2 2）锚杆锚固体上下排）锚杆锚固体上下排间距不宜小于间距不宜小于2.5 m2.5 m，水，水平方向间距不宜小于平方向间距不宜小于2m2m，以避免以避免“群锚效应群锚效应”。(3) (3) 锚杆倾角锚杆倾角宜宜 10103535。 4m（二）锚杆的抗拔承载力（二）锚杆的抗拔承载力n当锚固段锚杆受力时，首先通过锚杆与当锚固段锚杆受力时，首先通过锚杆与周边

3、的水泥砂浆的握裹力传到砂浆中，周边的水泥砂浆的握裹力传到砂浆中，然后再通过砂浆与周围土体的摩阻力传然后再通过砂浆与周围土体的摩阻力传递到整个锚固段。递到整个锚固段。n抗拔试验表明：抗拔试验表明： 当拔力不大时，锚杆位移量极小；当拔力不大时，锚杆位移量极小； 拔力增加到一定量时，变形不能稳定，拔力增加到一定量时，变形不能稳定，此时认为锚杆已经达到抗拔破坏。此时认为锚杆已经达到抗拔破坏。 这种破坏是砂浆与土层间抗剪强度的这种破坏是砂浆与土层间抗剪强度的破坏。破坏。1、锚杆孔壁土的抗剪强度（摩擦系数）、锚杆孔壁土的抗剪强度（摩擦系数）（由抗剪强度的库伦定律推演出）（由抗剪强度的库伦定律推演出）0Kh

4、tanc：土的抗剪强度取决于土的性质，：土的抗剪强度取决于土的性质，ch、 、0K：土压系数，砂层：土压系数，砂层取取1，粘土取，粘土取0.5；h：土的覆盖厚度；取锚固段中心至地面的垂直距离；：土的覆盖厚度；取锚固段中心至地面的垂直距离；010 35h抗剪强度指标010 35h2、增大单根锚杆承载力的措施（参见挂图）、增大单根锚杆承载力的措施（参见挂图）（1 1）适当增加锚固体的长度，在）适当增加锚固体的长度，在410m410m之间；（但过长作用小）之间；（但过长作用小）（2 2）锚固体做成扩体；【英】）锚固体做成扩体；【英】（3 3）采用二次压力灌浆；【德】）采用二次压力灌浆；【德】（4 4

5、）锚固体尽量埋入砂，卵石层；）锚固体尽量埋入砂，卵石层；（此时倾角可偏小，但（此时倾角可偏小，但12.512.5）（5 5）同类土层条件下，锚杆应有较）同类土层条件下，锚杆应有较大的埋深；大的埋深；（6 6）淤泥质亚粘土，轻亚粘土不宜）淤泥质亚粘土，轻亚粘土不宜做锚杆的抗拔土层。做锚杆的抗拔土层。( (同学记录、同学记录、弄懂弄懂) )1、锚杆设计步骤、锚杆设计步骤（三）锚杆设计（三）锚杆设计（1 1）调研，作出可行性判断；）调研，作出可行性判断；（2 2）确定锚杆轴向力；安全系数取）确定锚杆轴向力；安全系数取1.51.5；（3 3）确定锚杆布置和）确定锚杆布置和倾倾角；角；（4 4）确定锚杆

6、施工工艺并进行锚固体设计）确定锚杆施工工艺并进行锚固体设计( (长度、直径、形状长度、直径、形状等等) )，确定锚杆，确定锚杆杆体用钢杆体用钢和和截面大小截面大小；（5 5）计算自由段）计算自由段（非锚固段）（非锚固段）长度和锚固段长度；长度和锚固段长度；（6 6）外锚头及腰梁设计，确定锚杆锁定荷载值、张拉荷载值；）外锚头及腰梁设计，确定锚杆锁定荷载值、张拉荷载值；（7 7） 必要时应进行整体稳定性验算；必要时应进行整体稳定性验算；（8 8） 浆体强度设计并提出施工技术要求。浆体强度设计并提出施工技术要求。（9 9） 对试验和监测的要求。对试验和监测的要求。 锚杆锚杆ABDABD被潜在的滑裂被

7、潜在的滑裂面分割成锚固段面分割成锚固段BDBD和非和非锚固段（自由段）锚固段（自由段）ABAB。已知：已知： 2、非锚固段长度、非锚固段长度设计设计（lf）aACBDAOO在在ABC中中:sinsinACABABCACB00000tan90(45)2sin180(45)sin(45)22AOAB0452lf=lf土工性质加正弦定理la00000tan90(45)sin(45)22sin180(45)2fAOlAB非锚固段长度非锚固段长度lf ACBDO0452库伦法lffl3、锚固段长度设计（、锚固段长度设计（la）TTalD1.5cosTT临时锚杆安全系数临时锚杆安全系数1.51.5aTDl

8、1.5cosaTlD前面的设计前面的设计已求出锚杆已求出锚杆水平力水平力T T(Haik)(Haik)标准值相当于临时分项系数库伦法aflll锚杆总长：rbf规规范范推荐推荐（3434页）页）：（确定锚固长度的下限）：（确定锚固长度的下限） tk1rb( )cosaHTlDf0a3baNlnd f锚固体砂浆锚固体砂浆表面表面与土的摩阻力与土的摩阻力来确定锚固长度来确定锚固长度钢筋与锚固体砂浆的粘聚力钢筋与锚固体砂浆的粘聚力QaTN()tkT Hal()rbfD：土层土层与锚固体黏结强度特征值；与锚固体黏结强度特征值；：钢筋与锚固：钢筋与锚固体体砂浆的黏结强度特征值；砂浆的黏结强度特征值；bfb

9、f土与锚杆工作条件系数 1.33钢筋与砂浆粘结工作条件系数 0.72La取二者中的较大者作为下限。规范法0：边坡重要性系数，取边坡重要性系数，取1 1；标准值设计值4、钢筋拉杆的设计、钢筋拉杆的设计TTalDcosTTcossyTA fT1.5cossyTAf临时锚杆的安全系数临时锚杆的安全系数1.5库伦法规规范法范法：00221.42coscosQtkatksyyyHNHAfff alD()tkT HQaTNQ荷载分项系数 1.32 - 钢筋抗拉工作条件系数0.925、锚杆稳定性验算、锚杆稳定性验算 锚杆的稳定性验算包括整体稳定性验算、锚杆深部破裂稳锚杆的稳定性验算包括整体稳定性验算、锚杆深

10、部破裂稳定性验算。定性验算。整体稳定性验算：整体失稳时，土层滑动面在基坑支护的下整体稳定性验算：整体失稳时，土层滑动面在基坑支护的下面，可以用土坡稳定的计算方法进行验算；面，可以用土坡稳定的计算方法进行验算；深部破裂稳定性验算采用深部破裂稳定性验算采用KranzKranz法法( (德国德国19531953年年) )。KranzKranz法法（克兰茨法）（克兰茨法）：QaE1E 通过锚固通过锚固段段的中心的中心c c点与支护点与支护桩底连线桩底连线bcbc，并假定，并假定bcbc线为深部线为深部滑动滑动面（深层滑缝面（深层滑缝-克氏缝）克氏缝）；再由再由c c点向上作垂直线点向上作垂直线cdcd

11、，以此，以此作为假想的代替墙作为假想的代替墙（克氏墙）（克氏墙）；将将梯形梯形土体土体abcdabcd作为滑动体，作为滑动体，称为克氏块体。称为克氏块体。cbdaq,要考虑均载q对克块的推力（主动土压力）当克氏块体的作用力有（克氏块体的作用力有（5 5力）：力）：G G：克氏块体的自重，方向垂直：克氏块体的自重，方向垂直向下；向下；E Ea a：桩背对块体推力的反作用力，：桩背对块体推力的反作用力，方向与桩背法向成方向与桩背法向成 角；角；Q Q：克氏滑缝有错动趋势时，在：克氏滑缝有错动趋势时，在错缝（滑缝）处产生的上下土体错缝（滑缝）处产生的上下土体间的错动力，方向向下，克缝法间的错动力，方

12、向向下，克缝法向成向成角；角；E E1 1：作用在代替墙（克氏墙）上：作用在代替墙（克氏墙）上的主动土压力。与墙背法向成的主动土压力。与墙背法向成 角角R Rtmaxtmax: :极限平衡条件下锚杆最大锚极限平衡条件下锚杆最大锚固力，与水平方向成固力，与水平方向成 角；角；QaE1EGmaxtRqc求解以上求解以上5 5力使克氏块达到极限平衡时，锚杆最大力使克氏块达到极限平衡时，锚杆最大锚固力。即破坏的前一刻的锚固力锚固力。即破坏的前一刻的锚固力Rtmax。按平面任意力系平衡条件，有：按平面任意力系平衡条件，有：00XY解出极限平衡条件下锚杆最大锚固力解出极限平衡条件下锚杆最大锚固力R Rtm

13、axtmax。得到安全系数：得到安全系数：max1.5tstRKN1.5tHsRKT1EQaE1EGGaEmaxtRmaxtRQ时，考虑q的作用（即均载产生的主动土压力作用于桩墙背）1EGaEmaxtRQ0X 11-ahhhthhhahthEQERQEER0Y 1tantantan()(tan )0hahthhQERGEahE1hEthRhQ(1)(1)(2)(2)（1 1）式得到）式得到 带入带入(2)(2)式中求式中求 ；hQthR 得到：得到：11()tan tan()1tantan()ahhahhthEEGEER1.5thsRKT 安全系数：安全系数：Rth克氏块体达到极限平衡时，锚杆

14、最大拉力的水平分力锚杆正常工作时，其工作拉力的水平分力T应小于Rth。1、确定锚杆力、确定锚杆力2、非锚固段长度计算（、非锚固段长度计算（lf）3、锚固段长度设计（、锚固段长度设计（la）4、钢筋拉杆的设计、钢筋拉杆的设计5、锚杆稳定性验算（、锚杆稳定性验算（Kranz）工程基本情况：工程基本情况： 沈阳中山大厦系合资兴沈阳中山大厦系合资兴建的综合性大楼，总面积建的综合性大楼，总面积3200032000，主楼地面以上，主楼地面以上2424层，裙房层，裙房5 56 6层，全部层，全部2 23 3层地下室、主楼及裙房基础层地下室、主楼及裙房基础挖土深挖土深13m13m。 图图1 1：地质剖面图：地

15、质剖面图 除外说明：本例桩的埋深求解是把桩埋深看成铰结，直接假定成简支梁，把埋深段看成支座，即直接用静力平衡法求解，不寻找反弯点。也不寻找旋转点。看成静定的，13m1 1方案选择方案选择 该工程场地狭窄，两面临街，该工程场地狭窄，两面临街，一面紧靠民房，基础为箱基，土一面紧靠民房，基础为箱基，土方不能大开挖，研究结果采用锚方不能大开挖，研究结果采用锚杆最为合适。图杆最为合适。图1 1为工程地质剖面为工程地质剖面1 1号柱状图，根据地面下号柱状图，根据地面下3m3m有砂层，有砂层，6m6m下是卵石，钢柱无法打入，机下是卵石，钢柱无法打入，机械钻孔卵石易塌孔，因此确定用械钻孔卵石易塌孔，因此确定用

16、大直径人工挖孔，大直径人工挖孔， 桩。根据桩。根据计算，锚杆做在地面下计算，锚杆做在地面下4.5m4.5m处的处的砂层内，一道锚杆即可，桩距选砂层内，一道锚杆即可，桩距选1.5m1.5m，钻孔孔径为，钻孔孔径为 ，倾角，倾角1313，在砂及粗砾砂层内，锚固，在砂及粗砾砂层内，锚固力较好。力较好。图图1 1：地质剖面图：地质剖面图 8001404.5均为非粘性土（1 1）参数：锚杆设在地面）参数：锚杆设在地面下下4.5m4.5m，桩间距，桩间距1.5m1.5m，地面，地面均布荷载均布荷载10kN/10kN/。根据土。根据土层情况，层情况，计算主动土压力时，计算主动土压力时，计算被动土压力时，计算

17、被动土压力时， 主动土压力的内摩擦角主动土压力的内摩擦角 被动土压力的内摩擦角被动土压力的内摩擦角 土的粘聚力土的粘聚力 C=0C=0。入土深度经计算为入土深度经计算为2.3m2.3m。2.锚杆水平力计算锚杆水平力计算4.5mq=10kN/319/akN m319.5/pkN m40a45p土压力系数：土压力系数：240tan (45)0.2172aiK245tan (45)5.832piK2.3mTAaqKxKp)(xhKa0c21119 0.217 (13 2.3)482.5/;2EkN m210 0.217 15.333.2/;EkN ma=4.5q = 10kN/1E2EpE（2 2）

18、求）求T TA A ; ;AToh=13x=2.3122.3(132.34.5)315.315.3032ApTEEE229.9/ATkN m桩间距桩间距1.5m 1.5m 1.5229.9/344.8ATmkn mkN0oM 2119.5 5.83 2.3301/.2pEkN m3 . 283. 55 .19217. 010) 3 . 213(217. 0197 .51521EEEah锚杆轴拉力水平分力013hACBO04523.锚杆长度计算锚杆长度计算锚固段所在砂层锚固段所在砂层0374.5132.3（1 1）非锚固段长度计算（）非锚固段长度计算（lf）sinsinACABABCACB000

19、0037(132.34.5)tan90(45)()23737sin180(45)sin(45)22fABl13库伦法非锚固段长度：非锚固段长度：000000000373710.8tan90(45)sin(45)2237sin18013(45)2flAB4.95fl 实际可实际可取取5m5m。库伦法TTalD1.5cosaTlD（2 2）锚固段长度设计）锚固段长度设计库伦法013hACBO04524.5132.3按公式：按公式： 0tanKhC式中式中 砂层砂层C=0 01K 初设锚固长度为初设锚固长度为10m10m，图中，图中M M点为锚固段的中心，则点为锚固段的中心，则5,5510 ( )B

20、MmAMmM4.5sin134.5 10sin136.74 .hAMm21 19 6.74tan3796.5/kN m 土层对锚固段砂浆柱体土层对锚固段砂浆柱体表面产生的摩擦阻力表面产生的摩擦阻力每每m2为为96.5kn.（抗剪强度）（抗剪强度）013hACBO04524.5132.3M1.51.5cosAaTTlDD通过试算得到的通过试算得到的 ，求实际，求实际锚固长度。锚固长度。1.5353.8 1.512.5 ( )0.1496.50.1496.5aTlm已求得在桩间距为已求得在桩间距为1.5m1.5m时，时，水平力水平力为为344.8 344.8 （kNkN）则锚杆轴力为：则锚杆轴力为

21、： 344.8353.8 ()cos13TkN 代入：代入： TA=344.8T将水平力变成轴力可以看出，锚固长度比原假设10m长，应修正。h013hACBO04524.5132.3M4.5sin137.03 ( )hAMm02tan1 19 7.03 tan37100.5/KhCkN m 1.5353.8 1.512 ( )0.14100.5aTlDm修正后的锚杆锚固长度为修正后的锚杆锚固长度为12m12m，锚杆总长度为，锚杆总长度为5+12=17m5+12=17m。(5+12.5/2)MTA=344.8T每每极限摩阻力：极限摩阻力：2100.5/kN m锚杆抗拔力：锚杆抗拔力：每每m m长

22、锚杆的极限摩阻力应为：长锚杆的极限摩阻力应为：2100.5/0.14144.2N/kn mmmkm4. 4. 使用钢筋计算：使用钢筋计算：采用采用2 2根直径根直径3636的的级钢筋。级钢筋。2035mm2035mm2 21769.3mm1769.3mm2 2实际沈阳中山大厦采用的是：实际沈阳中山大厦采用的是： 1 1根直径根直径4040的的级钢筋，直径级钢筋，直径4040，其截面积，其截面积1256mm1256mm2 2, ,它应该是经过了抗拔试验合格了它应该是经过了抗拔试验合格了, ,满足要求。满足要求。201.5344.8 1.51769.3cos300 cos13AsyTAmmf已求得在桩间距为已求得在桩间距为1.5m1.5m时，水平力时，水平力为为T TA A=344.8 =344.8 （kNkN）5. 5. 锚杆整体稳定性验算锚杆整体稳定性验算用克兰茨方法计算：用克兰茨方法计算：3344.8,37 ,19/ATkNkN m0 ,13 ,5,6,5611,7ABm BMmAMmhm QaE1EGmaxtRATAMB4.515.3锚杆间距锚杆间距1.5m1.5m7h q=10kN/ahEhKaQahE1hEGmaxtRA