土锚设计与施工

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1、第七节土锚设计与施工一、土锚概述土层锚杆，亦称土锚，它的一端与支护结构联结，另一端锚固在土体中，将支护结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）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。二、土锚应用和发展临时支护到永久性建筑工程11种类型的土层锚杆，见教材图3-2非粘性土层到粘性土层粘土中最大锚固力1000kN，非黏土中2500kN在高含水量、高压缩性的松散黏土层中尚无应用三、锚杆的类型第一种类型锚杆为圆柱形由圆柱形注浆体和钢筋或钢索构成，孔内注水泥浆、水泥砂浆或其他化学注液。适用于拉力不高，临

2、时性锚杆及岩石性锚杆第二种类型为扩大圆柱形注入压力灌浆液，通过压力灌浆形成扩大区。适用于黏性土和无黏性土，要求较大拉力是采用较高压力注浆第三种类型为圆锥形扩大采用特殊扩孔装置在孔眼内长度方向扩一个或几个扩孔型圆柱体。要求特性机械扩孔装置，在黏性土和砂土中都适用，可获得较高拉拢力四、土锚构造土层锚杆一般由钢拉杆（钢索）、锚头、自由段保护套管、定位分隔器（钢绞线用）和锚固体等组成。如下图所示。土锚根据潜在滑裂面，分为自由段（非锚固段）lf和锚固段la（图3-71）锚固段是承载力的主要来源。五、土锚设计设计钢材、水泥和土体三种材料，其承载能力与施工因素密切有关，按弹塑性理论和

3、土力学原理精确设计计算十分复杂，且与实际情况有出入。故一般多根据经验数据进行设计，然后通过现场试验进行检验土层锚杆设计要考虑的问题包括：锚杆布置、锚杆承载能力、锚杆的整体稳定性、锚杆尺寸确定等。锚杆的埋置深度根据《建筑基坑支护技术规程》，土锚的上下排垂直间距不宜小于2m；水平间距不宜小于1.5m；土锚锚固体上覆土层厚度不宜小于4m。锚杆的层数层数通过计算确定，上下间距2~5m,水平间距1~4.5m，或锚固体直径的10倍左右锚杆的倾角土锚的倾角宜为15º～25º，不宜小于12.5º且不应大于45º。锚杆的长度一般要求锚固体置于滑动土体以外的好土层内，通常长度为15~25m

4、，单根锚杆的最大长度不超过30m，土锚自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m。土锚的锚固段长度不宜小于4m，一般为5~7m。拉杆（拉索）下料长度，应为自由段、锚固段及外露长度之和。外露长度需满足锚固及张拉作业的要求。（一）锚杆布置（二）土锚的承载能力锚杆的承载能力即极限抗拔力，取决拉杆的极限抗拉强度、拉杆与锚固体之间的极限握裹力、锚固体与土体间的极限侧阻力。由于拉杆与锚固体之间的极限握裹力远大于锚固体与土体之间的极限侧阻力，所以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。极限抗拔力计算见教材P54，公式3-11.土锚承载力计算：锚杆承载力计算，应符

5、合下式要求：（3-18）式中Td——锚杆水平拉力设计值，由式（3-18）计算；θ——锚杆与水平面的倾角；Nu——锚杆轴向受拉承载力设计值。规程规定，对安全等级为一级和缺乏地区经验的二级基坑侧壁，土锚应进行基本试验（极限抗拔力试验如图3-72），Nu值取基本试验确定的极限承载力Pug除以受拉抗力分项系数；基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，可按式（3-19）计算土锚轴向受拉承载力设计值，并进行锚杆验收试验式中d1——扩孔锚固体直径（cm）；d——非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直孔段锚固体直径（cm）；l1——直孔部分的锚固段长度（cm）；l2——土中扩孔部分的锚固段长度（c

6、m）；——土体与锚固体的极限摩阻力标准值，应根据当地经验取值（MPa）。γs——锚杆轴向受拉抗力分项系数，取1.3；q——扩孔部分土层的抗压强度（MPa）。Pug——土层锚杆的极限抗拔力设计值（kN）基坑侧壁安全等级为三级时，亦按式（3-19）计算Nu值。对于塑性指数大于17的黏性土层中的土锚，应进行徐变试验。2.拉杆（拉索）截面计算：普通钢筋的截面面积，按下式计算（3-20）预应力钢筋的截面面积，按下式计算：（3-21）式中As、Ap——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的截面面积；fy、fpy——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的抗拉强度设计值。稳定性考虑两种情况：整体稳定性和深部破

7、裂面稳定性。破换形式见教材P56图3-9（三）锚杆的整体稳定性土层锚杆的蠕变用于锚固支护结构的土层锚杆，始终承受接近恒载的拉力，土层锚杆的变形一直在发展，这就是土层锚杆的蠕变。主要由四部分组成：①自由段钢拉杆的伸长，一般为弹性变形②锚固体的伸长，荷载较小时表现为弹性变形，当荷载较大时，锚固体产生细微裂缝，即为塑限变形③锚固体周围土体在一定范围内的剪切变形，荷载很小是为弹性变形，荷载较大时为塑性变形并伴随有黏性流变④锚固体与土体之间的相对滑动，只有当锚杆接近破坏时菜产生，塑性变形，这种变形不允许产生（三）锚杆的蠕变和松弛土层锚杆的松弛对于需