土層錨桿工程計(jì)算實(shí)例

1、土層錨桿工程計(jì)算實(shí)例摘 要： 土層錨桿已廣泛應(yīng)用于深基坑土方開挖的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)工程中。實(shí)踐證明，采用土層錨桿的支護(hù)形式，對(duì)于簡(jiǎn)化支撐設(shè)計(jì)，改善施工條件，加快施工進(jìn)度都起到很好的作用。關(guān)鍵詞：土層錨桿 錨桿的計(jì)算 穩(wěn)定性驗(yàn)算在高層建筑工程施工中，由于基礎(chǔ)埋置較深，當(dāng)基坑鄰近又有原建筑物等障礙時(shí)，基礎(chǔ)土方難以進(jìn)行放坡開挖，這時(shí)可采用土層錨桿的形式支承支護(hù)結(jié)構(gòu)。下面是某工程土層錨桿設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例。一、工程概況該工程，基坑挖土深度H1=12.5m，土質(zhì)均為砂土，擋土樁采用800mm的鉆孔灌注樁，樁距為1.5m。該工程一面臨街，兩面臨住宅樓，施工場(chǎng)地狹窄。由于環(huán)境條件限制，基礎(chǔ)不能放坡開挖，需要采用支護(hù)樁

2、擋土，進(jìn)行垂直開挖。但支護(hù)樁不能在地面上進(jìn)行拉結(jié)，如采用懸臂式支護(hù)樁，樁的截面尺寸又難以滿足要求。故擬采用一道土層錨桿與護(hù)壁樁進(jìn)行拉結(jié)。二、有關(guān)計(jì)算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定有關(guān)計(jì)算參數(shù)如下：1、土層錨桿設(shè)置于地面以下4.0m處，水平間距1.5m，鉆孔的孔徑為140mm，土層錨桿的傾角=15°（圖1）；2、地面均布荷載按q=10KN/m2計(jì)算；3、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層情況，計(jì)算主動(dòng)土壓力時(shí)，土的平均重力密度a= 18.5KN/m3，計(jì)算被動(dòng)土壓力時(shí)，土的平均重力密度p=19.0KN/m3；主動(dòng)土壓力處土的內(nèi)摩擦角 a=38°；被動(dòng)土壓力處土的內(nèi)摩擦角 p=42

3、76;；砂類土，土的內(nèi)聚力c=0。aa三、土層錨桿的計(jì)算土層錨桿的計(jì)算包括六部分的內(nèi)容：一是作用在擋土樁上的土壓力計(jì)算；二是擋土樁的入土深度和土層錨桿的水平拉力計(jì)算；三是土層錨桿的抗拔計(jì)算（以此確定土層錨桿非錨固段的長(zhǎng)度和錨固段的長(zhǎng)度）；四是鋼拉桿截面的選擇計(jì)算；五是土層錨桿深部破裂面的穩(wěn)定性驗(yàn)算；六是土層錨桿的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。1、作用在擋土樁上的土壓力計(jì)算（1）主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka和被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp（2）作用在擋土樁上的土壓力設(shè)擋土樁的入土深度為t，則1）主動(dòng)土壓力EA12）由地面均布荷載引起的附加壓力EA23）被動(dòng)土壓力Ep2、擋土樁的入土深度計(jì)算（圖1）根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ1

4、20-99）的規(guī)定：在計(jì)算擋土樁的入土深度時(shí)，主動(dòng)土壓力Ea應(yīng)乘上1.20（0為重要性系數(shù)，本方案取0=1.0）。將作用在擋土樁上所有各力對(duì)B點(diǎn)取力矩，則由MB=0得將EA1=2.2(12.5+t)2，EA2=2.38×(12.5+t),Ep=47.88t2代入上式，并用試算法解得t=2.85m0.3H1=0.3×12.5=3.75m，按規(guī)范要求t不應(yīng)小于0.3H1，故取入土深度t=3.75m。3、計(jì)算土層錨桿的水平拉力TB根據(jù)以上計(jì)得的擋土樁入土深度t=3.75m，重新計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力：由MD=0可求得土層錨桿所承受的拉力T的水平分力TB：將上述EA1=581.

5、3KN，EA2=38.68KN，Ep=673.3KN代入上式，可求得TB=214KN。由于土層錨桿的水平間距為1.5m（與擋土樁距相同），所以每根錨桿所承受的拉力的水平分力為：TB ,1.5=1.5×214=321KN。4.土層錨桿的抗拔計(jì)算（圖2）（1）求土層錨桿的非錨固段的長(zhǎng)度BF土層錨桿錨固段所在的砂土層：r=18.5KN/ m3,=36°。由圖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計(jì)算得非錨固段的長(zhǎng)度BF為5.68m

6、.（2）求土層錨桿錨固段的長(zhǎng)度FG土層錨桿拉力T的水平分力TB，1.5=321KN，其傾角=15°，故土層錨桿的軸向拉力由于該土層錨桿是采用非高壓灌漿錨桿，土體的抗剪強(qiáng)度z可按下式進(jìn)行計(jì)算：Z=c+k0rhtg （1）式中c鉆孔壁周邊土的內(nèi)聚力；鉆孔壁周邊土的內(nèi)摩擦角；r土體的重力密度；h錨固段上部土層的厚度；k0錨固段孔壁的土壓系數(shù)，其值取決于土層的性質(zhì)，k0=0.51.0（砂土取k0=1，粘土取k0=0.5）。假設(shè)錨固段長(zhǎng)度FG為14m，在圖2中，O點(diǎn)為錨固段的中點(diǎn)，則BO=BF+FO=5.68+7.0=12.68m.錨固段中點(diǎn)O至地面的距離h為h=4.0+BOsin15

7、6;=4.0+12.68sin15°=7.28m將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（1）得z = c+k0rhtg=0+1.0×18.5×7.28tg36°=97.85KN/m2.取安全系數(shù)K =1.5，則錨固段FG的長(zhǎng)度為因此，原假設(shè)錨固長(zhǎng)度FG為14m應(yīng)該進(jìn)行修正。重新計(jì)算錨固段中點(diǎn)至地面的距離h:z= c+k0rhtg=0+1.0×18.5×6.97tg36°=93.68KN/m2錨固長(zhǎng)度最后確定取錨固段的長(zhǎng)度l=12.5m.5.選擇鋼拉桿的截面尺寸選用140鋼筋（AS=1256.6mm2），其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fy=300N/mm2,

8、故其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度為：Asfy=1256.6×300=376980N=376.98KNT=332.3KN（滿足要求）6.土層錨桿的深部破裂面穩(wěn)定性驗(yàn)算在圖3a中，通過錨固體的中點(diǎn)C與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)下端的假想支承點(diǎn)b連一直線bc，并假定bc線即為深部滑動(dòng)線，再通過c垂直向上作直線cd，cd即為假想墻。從圖中可以看出，由假想墻、深部滑動(dòng)線和支護(hù)結(jié)構(gòu)包圍的土體abcd上，除了土體自重G之外，還有作用在假想墻上的主動(dòng)土壓力E1、作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)土壓力的反作用力Ea和作用于bc面上的反力Q。當(dāng)土體abcd處于平衡狀態(tài)時(shí)，即可利用力的多邊形法則求得土層錨桿所能承受的最大拉力A及其水平分力Ah。

9、如果Ah與土層錨桿設(shè)計(jì)的水平分力Ah之比大于或等于1.5，則認(rèn)為不會(huì)出現(xiàn)上述的深部破裂面。即安全系數(shù) (2)式中Ah土層錨桿的設(shè)計(jì)的水平分力；Ah按下述方法進(jìn)行計(jì)算：圖3b為單根土層錨桿的力多邊形，如將各力化成其水平分力，則從力的多邊形分力的幾何關(guān)系可以得到下面的計(jì)算公式： (3)式中G假想墻與深部滑動(dòng)線范圍內(nèi)的土體重量；Ea作用在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)土壓力的反作用力；E1作用在假想墻上的主動(dòng)土壓力；Q作用在bc面上反力的合力；土的內(nèi)摩擦角；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與土之間的摩擦角；深部滑動(dòng)面與水平面間的夾角；a土層錨桿的傾角；Elh、Eah分另為E1、Ea。在本方案中，具體驗(yàn)算如下（圖4）。每根土層錨桿的水平分力由上述計(jì)得TB，1.5=312KN土體重設(shè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與土之間的摩擦角=0，則作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上主動(dòng)土壓力的反作用力（考慮地面荷載）為作用在假想墻OO上的主動(dòng)±壓力為設(shè)土層錨桿所能承受的最大