h深基坑与边坡工程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4 土层锚杆,4.1 锚杆的发展与应用,锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，它是利用地层的锚固力来达到维持结构物稳定的。,4.1.1,锚杆在土木工程中的应用,4.1.2 土层锚杆的发展,土层锚杆是在岩石锚杆的基础上发展起来的。用于隧道支护的岩石锚杆历史悠久，但直到1958年德国一个公司才首先在深基坑开挖中将其用于挡土墙支护。,土层锚杆具有以下一系列优点：,1）与内支撑相比，挖土施工空间大。,2）锚杆施工机械设备作业空间不大，适用于各种场地条件。,3）锚杆的设计拉力可由抗拔试验获得，从而可以保证可靠的设计安全度。,4）可以对锚杆施加预拉力，基坑变形容易控制。,5）施工时的噪声很小。,锚杆支护在我国也是首先用于地铁隧道的，,80,年代初开始用于高层建筑基坑支护。土层锚杆以普通压力灌浆的居多，也有二次灌浆及高压灌浆的，受拉杆件（锚筋）有粗钢筋、高强度钢丝束、钢绞线等，层数从一层发展到了四层，并已制定了多个行业规范。目前土层锚杆的应用已相当普遍，并且都为预应力锚杆。,当然，任何技术的发展都是永恒的。锚杆技术的工艺材料、施工机具和理论研究等还在不断发展之中。,4.2,锚杆的构造及类型,锚杆由锚头、锚筋和锚固体三部分组成。见图,4-2,至图,4-7,。,锚头是锚杆体的外露部分。,锚固体通常位于钻孔的深部。,锚头与锚固体间一般还有一段自由段。,锚筋是锚杆的主要部分。贯穿锚杆全长。,图,4-2,锚杆联结挡土桩、墙并锚固于土中的示意图,图,4-3,钢筋锚杆,锚头装置,图,4-4,多根钢束锚,杆锚头装置,图,4-5,钢绞线及钢丝索锚夹具示意,图,4-6,定位分隔器,图,4-7,腰梁,图,4-8,锚固体的基本类型,4.3,锚杆的抗拔作用,4.3.1,锚杆抗拔原理,当锚固段锚杆受力后，首先通过锚杆(索)与周边水泥砂浆间的握裹力传到砂浆中，然后通过砂浆传到周围土体。随着荷载增加，锚索与水泥砂浆之间的粘结力（握裹力）逐渐从锚固体的上部向锚固体的下,部和外部发展，当应力传到锚固体的外侧时，就会在锚固体与土体间产生摩擦力，随着摩擦力的增大，锚固体与土体间可能发生相对位移，摩擦力又进一步增大，直到极限摩阻力。,锚杆的,承,承载能,力,力,锚杆承,载,载力的,确,确定是,锚,锚杆支,护,护设计,的,的重要,内,内容。,普通灌,浆,浆锚杆,（,（注浆,压,压力0.30.5MPa,）,）的承,载,载能力,（,（抗拔,力,力）可,以,以用下,式,式确定,：,：,N,t,=,L,m,D,(4-2),式中,N,t,锚,杆,杆承载,能,能力（,轴,轴力）,；,；,L,m,锚,固,固段长,度,度；,D,锚,杆,杆孔径,（,（或锚,固,固体直,径,径）；,土,的,的抗剪,强,强度。,显然：,锚,锚杆的,承,承载力,是,是锚固,体,体的直,径,径、长,度,度及土,的,的抗剪,强,强度的,函,函数。,在设计,时,时对锚,杆,杆承载,力,力一般,是,是有要,求,求的，,而,而锚固,体,体的直,径,径(钻,孔直径,),主要决,定,定于钻,孔,孔设备,。,。因此,，,，只要,能,能够确,定,定土体,的,的抗剪,强,强度，,就,就能容,易,易的确,定,定锚杆,的,的长度,了,了。由,此,此看来,，,，土的,抗,抗剪强,度,度在确,定,定土层,锚,锚杆的,承,承载能,力,力或在,土,土层锚,杆,杆的设,计,计中都,至,至关重,要,要。,=,tan,+,c,=K,h,K,土层系数,，,，通常砂,土,土,K=1,，粘土,K=0.5,；,h,覆盖土层,的,的高度，,一,一般取锚,固,固段中心,到,到地面的,高,高度（,m,）。,影响锚杆,抗,抗拔力的,因,因素,如前所述,，,，锚杆的,抗,抗拔力显,然,然与锚固,体,体的直径,和,和长度密,切,切相关。,但,但除了锚,固,固体的这,两,两个几何,参,参数外，,还,还有土层,性,性质，注,浆,浆压力以,及,及锚杆的,形,形式三个,因,因素。即,：,：,一、土层,性,性质的影,响,响,土层的强,度,度一般低,于,于砂浆强,度,度，如果,施,施工灌浆,的,的工艺良,好,好，土层,锚,锚杆的抗,拔,拔力将主,要,要决定于,锚,锚固体外,围,围的土层,抗,抗剪强度,。,。土体的,抗,抗剪强度,变,变化很大,，,，所以相,同,同参数和,施,施工质量,的,的锚杆，,抗,抗拔力可,以,以有很大,的,的不同。,倾,倾角与长,度,度是锚杆,能,能否伸入,优,优良土层,的,的决定因,素,素，设计,时,时应给予,重,重视。,二、注浆,压,压力的影,响,响,灌浆压力,对,对锚杆的,抗,抗拔力有,很,很大影响,。,。注浆压,力,力越大，,水,水泥浆颗,粒,粒越能够,渗,渗入到周,围,围深部的,土,土层中去,，,，改善了,原,原状土体,的,的力学性,能,能，增加,锚,锚固体与,土,土层的摩,擦,擦力，也,就,就增加了,锚,锚杆的抗,拔,拔力。曾,有,有人做过,试,试验，同,一,一粉砂层,中,中的相同,长,长度的锚,杆,杆，当施,工,工用的灌,浆,浆压力为,1Mpa,时其极限,抗,抗拔力为,300kN,，当灌浆,压,压力增加,到,到,2.5Mpa,时，其极,限,限抗拔力,达,达,900kN,。,试验也已,证,证明：虽,然,然锚杆的,承,承载力随,灌,灌浆压力,的,的增大而,增,增大，但,并,并不是无,止,止尽的增,加,加。英国,ATC,有限公司,的,的试验结,论,论是：当,注,注浆压力,超,超过,4Mpa,后，抗拔,力,力增长就,很,很小了。,三、锚杆形式的影响,无论是带,单,单个扩大,头,头的锚固,体,体锚杆，,还,还是有多,截,截头圆锥,形,形的异形,锚,锚固体锚,杆,杆，它们,的,的抗拔力,都,都比普通,锚,锚杆大得,多,多。,4.5,锚杆设计,设计步骤,1.,调查基坑,及,及周边场,地,地状况，,确,确定工程,的,的重要性,等,等级，选,取,取锚杆支,护,护结构的,安,安全系数,。,。,作为锚杆,支,支护设计,的,的第一步,，,，必须详,细,细调查了,解,解基坑及,其,其周边的,场,场地状况,，,，如：地,形,形、地貌,，,，既有建,筑,筑物、构,筑,筑物、道,路,路、管线,、,、地下埋,设,设物与建,筑,筑红线等,，,，以及它,们,们与基坑,的,的相对位,置,置。据此,确,确定要重,点,点保护的,对,对象，工,程,程的安全,等,等级，锚,杆,杆支护结,构,构的安全,系,系数等。,2.,进行工程,地,地质与水,文,文地质勘,察,察，,确定地层,参,参数,地下水位,、,、上层滞,水,水，场地,附,附近有无,渗,渗水源头,，,，工程施,工,工是否在,雨,雨季或冬,季,季，土层,类,类型、级,配,配、强度,等,等。,3.设,计,计计算,（1）计,算,算单位长,度,度挡墙的,土,土压力。,（2）根,据,据土压力,，,，计算锚,杆,杆的轴力,（,（考虑倾,角,角及间距,）,）。,（3）计,算,算锚杆的,锚,锚固体长,度,度。,（4）计,算,算锚杆的,自,自由段长,度,度。,（5）计,算,算锚杆（,锚,锚索）的,断,断面尺寸,。,。,（6）计,算,算连接锚,杆,杆锚头的,腰,腰梁断面,尺,尺寸。,4.,核算桩、,墙,墙与锚杆,的,的整体稳,定,定。,5.,绘制锚杆,施,施工图。,4.5.2 锚杆,布,布置,一、锚杆,层,层数,一般在基,坑,坑施工中,，,，需先挖,土,土到锚杆,位,位置，然,后,后进行锚,杆,杆施工，,待,待锚杆预,应,应力张拉,后,后，方可,挖,挖下一步,土,土。因此,，,，多一层,锚,锚杆，就,要,要增加一,次,次施工循,环,环。,在可能情,况,况下，应,尽,尽量减少,布,布置锚杆,的,的层数。,如在粘土,、,、砂土地,区,区，1213m,深,深的基坑,，,，一般用,一,一层锚杆,即,即可（即,使,使挡土桩,悬,悬臂56m）。,二、锚杆,间,间距,锚杆间距,过,过大，必,然,然要增大,单,单根锚杆,的,的承载力,，,，要么增,加,加锚杆长,度,度，要么,增,增加锚杆,直,直径，要,么,么采用特,殊,殊的施工,机,机械加工,异,异型锚杆,，,，而这些,措,措施往往,不,不如多加,几,几根锚杆,容,容易。,如果间距,过,过小，由,于,于锚杆之,间,间土体的,相,相互影响,，,，单个锚,杆,杆的抗拉,力,力往往不,能,能很好发,挥,挥，容易,产,产生所谓,的,的“群锚,效,效应”。,三、锚杆,倾,倾角,锚杆倾角,是,是锚杆与,水,水平方向,的,的夹角，,它,它与施工,机,机械性能,有,有关，与,地,地层土质,有,有关系。,但,但是，从,理,理论上讲,，,，锚杆的,抗,抗拉力只,有,有水平分,力,力是有效,的,的，而垂,直,直分力非,但,但无效，,相,相反增加,了,了支护桩,对,对桩底土,层,层的压力,，,，因此，,水,水平布置,的,的锚杆（,倾,倾角,=0,0,）效果最,好,好。不过,水,水平钻孔,成,成孔困难,，,，同时为,了,了放置锚,杆,杆及注浆,的,的方便，,一,一般设计,成,成斜土锚,，,，,倾角在,15,0,35,0,之间,。有时使,用,用较大的,倾,倾角是为,了,了将锚固,段,段安设到,较,较深的优,质,质土层中,，,，或者是,为,为了将锚,头,头安设在,地,地下水位,以,以上，防,止,止孔口涌,砂,砂。,四、规程,对,对锚杆间,排,排距等参,数,数的规定,1.锚,杆,杆上覆土,层,层厚度不,宜,宜小于4.0m。,有,有的资料,认,认为不宜,小,小于56m。,2.锚,杆,杆的水平,和,和垂直间,距,距一般不,宜,宜大于4.0m。,最,最小的垂,直,直距离不,宜,宜小于2.5m，,最,最小的水,平,平距离不,宜,宜小于1.5m，,以,以避免群,锚,锚效应而,降,降低锚固,力,力。,3.锚,杆,杆倾角一,般,般不应小,于,于10,0,，不应大,于,于45,0,，以15,0,35,0,为好。,锚杆抗拔,安,安全系数,一、国外,对,对锚杆抗,拔,拔安全系,数,数的规定,土层锚杆,的,的抗拔安,全,全系数是,指,指土层锚,杆,杆的极限,抗,抗拔力与,锚,锚杆的设,计,计容许抗,拔,拔力比值,。,。现将有,关,关国家和,地,地区的规,定,定列入表4-7。,表4-7,国,国外,的,的土层锚,杆,杆的抗拔,力,力安全系,数,数,国,名,临时性土层锚杆,永久性土层锚杆,德国(,DIN4125),1.33,1.50,日,本(,JSFD-77,),1.50,2.50,法,国,1.33,2.00,英,国,2.00,2.003.00,二、我国工,程,程建设标准,化,化协会行业,规,规范的规定,我国工程建,设,设标准化协,会,会行业规范,土层锚杆,设,设计与施工,规,规范（,CECS22-90,）的规定如,表,表,4-8,。,表,4-8,中国的土层,锚,锚杆的抗拔,力,力安全系数,锚杆破坏后危害程度,安全系数,K,临时性锚杆,永久性锚杆,危害轻微，不构成公共安全,1.4,1.8,危害较大，但公共安全无问题,1.6,2.0,危害大，会出现公共安全问题,1.8,2.2,锚,锚固段长,度,度计算,根据公式,N,t,=,L,m,D,，并考虑抗,拔,拔力安全系,数,数,K,，容易得到,锚,锚固段长度,L,m,：,（4-4）,其中：,D,为锚固体的,直,直径，可取,钻,钻头直径的1.2倍；,h,应取锚固段,中,中心到地面,的,的高度，且,不,不少于4m,；,；,K,的取值如前,所,所述，一般,工,工程可取1.5，特别,重,重要的工程,或,或永久性工,程,程可取2.0。,实际工程中,锚,锚固段长度,L,m,也不应小于4m。,自由段长度,计,计算,在图,4-11,中，,O,点为土压力,零,零点，,OE,为假想滑裂面，锚杆,AD,与水平线,AC,的夹角为,，欲求自由,段,段,AB,