地下结构4

2 锚杆布置
包括确定锚杆层数，锚杆的间距和锚杆的倾角。 （2）锚杆的间距 锚杆的水平间距取决于支护结构承受的荷载和每 根锚杆所能承受的拉力.在支护结构荷载一定情况下， 水平间距越大，每根锚杆所承受的拉力越大。另外， 锚杆的水平间距过小，还会互相影响，降低单根锚杆 的承载能力，即所谓的群锚效应。一般认为锚杆的水 平间距不宜小于2.0m，竖向间距不宜小于2.5m。
4 锚固段长度计算
圆柱型水泥压浆锚杆的锚固段长度可按下式确定：
kNu la d m
注意：锚固段长度不宜小于4m
5 自由段长度计算
k 1 l f l t sin 45 k / sin 45 2 2
注意：不宜小于5m，对 于倾斜锚杆，自由段长 度应超过潜在破裂面 1.0m.
锚杆的构造和类型： 2 类型：
锚杆按锚固段的形式有圆柱形、扩大段部型及连续 球型。对于拉力不高，临时性挡土结构结构可采用 圆柱形锚固体；锚固于砂质土、硬粘土层并要求较 高承载力的锚杆，可采用端部扩大头型锚固体；锚 固于淤泥质土层并要求较高承载力的锚杆，可采用 连续球型锚固体。
管缝锚杆
玻璃钢锚杆
3.5.1 抗拔受力机理
为使锚杆保持良好的抗拔能力，应同时满足下列 条件：
（1）锚筋（拉杆）本身具有足够的截面面积以承受拉 力。 （2）水泥砂浆锚固体对于锚筋的握裹力需能承受极限 拉力； （3）锚固段土层对于锚固体的摩阻力需能承受极限拉 力； （4）锚固的土体在最不利的条件下应能保持整体稳定 性。
试验和实践证明：
单根锚杆的承载能力，除锚筋必须具有足够的 截面面积以承受极限拉力以外，对于锚杆于岩层中 的锚杆，其抗拔力取决于砂浆与锚筋间的握裹力； 对于锚杆于土层中的锚杆，其抗拔力取决于锚固体 与土层之间的极限摩阻力。
土层锚杆根据主动滑动面分为锚固段和自由段。 如图3-24所示，从图中可知，锚杆受力时，在拉力 作用下，受力状态如图3-25所示。首先，拉力通过 拉杆（钢筋或钢绞线）与锚固段内水泥砂浆锚固体 间的握裹力传递给锚固体，然后锚固体通过与土层 孔壁间摩阻力（也称土体与锚固体间的粘结力）而 传递到整个锚固的土层中。很显然，土层锚杆的承 载力与受拉杆件的强度、拉杆与锚固体之间的握裹 力、锚固体和孔壁间摩阻力等因素有关。
1.挖土深6m时，第一 排锚杆拉力和支护桩最 大弯矩计算，土压力计 算见表3-4，土压力分 布见图3 -27。
图3 -27
2.挖土深7.8m时第二层锚杆拉力和排桩最大弯矩以桩长计算。 此时土压力计算见表3 -5，土压力分布见图3- 26。 （1）第二排锚杆受力 设土压力零点D在坑底下深度y处，则在图3- 26中
3.5.2 锚杆的设计
1 设计步骤
（1）确定基坑支护方案，根据基坑开挖深度和土的参 数，确定锚杆的层数、间距、倾角等。 （2）计算挡墙单位长度所受各层锚杆的水平力。 （3）根据锚杆的倾角、间距，计算锚杆轴力。 （4）计算锚杆锚固段长度。 （5）计算锚杆自由段长度。 （6）计算桩、墙与锚杆的整体稳定。 （7）计算锚杆锚索（粗钢筋或钢绞线）的断面尺寸。 （8）计算锚杆腰梁断面尺寸。 （9）绘制锚施工图。

公式（3-22）
N u [d q sik l i d1 qsjk l j 2c k (d12 d 2 )] s

（3）对于塑性指数大于17的粘性土层中的锚 杆应进行蠕变试验。

（4）锚杆预加力值（锁定值）应根据地层条 件及支护结构变形要求确定，宜取为锚杆轴向 受拉承载力设计值的0.50~0.65倍。
2 锚杆布置
包括确定锚杆层数，锚杆的间距和锚杆的倾角。 （1）锚杆的层数 锚杆层数取决于支护结构的截面和其所承受的荷载， 并要考虑开挖后未施工锚杆时支护结构所能承受的最大 弯矩。为了不致引起坑壁周围土体隆起，最上层锚杆的 上面要有足够的覆土厚度，该厚度要通过计算确定，使 锚杆的向上垂直分力小于上覆土体的重量，一般不宜小 于4m。此外，在可能产生流砂的地区施工锚杆，在布 置锚杆时，要使锚头标高与砂层有一定距离，以防渗透 路径过短造成流砂从钻孔涌出。
D点以上土压力对D点的力矩
MD =9.08×5.8×（5.8/2+2.3）+61.96×5.8/2×（5.8/3+2.3) +38.28×2.322/3=1064kN· m/m
105.4×（2.7+x）=45.72×2.7/2（2.7/3+x）+（374.11171.94)/6.2×x3/3×2+171.94·2/2 x
我国最早用于地铁工程，20世纪80年 代初开始用于高层建筑深基坑支护。在天然 土层中，锚固方法以钻孔灌浆为主，一般称 为灌浆锚杆。受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝 和钢绞线等不同类型，锚杆层数从一层发展 到深坑中的四层锚杆。
锚杆在土木工程中的应用：
锚杆的构造和类型： 1 构造：
锚杆支护体系由挡土结构物与土层锚杆系统两部分 组成。挡土结构物包括地下连续墙、灌注桩、挖孔 桩及各种类型的板状等。灌浆土层锚杆系统由锚拉 杆、锚固体、锚头等部分组成。
（2）稳定性验算
方法：德国学者克兰茨方法。
7 锚杆杆体的截面面积计算
（1）普通钢筋截面面积按式3-20计算
Td As f y cos
（2）预应力钢筋截面面积按式3-21计算
Td Ap f py cos
8 腰梁的设计
腰梁是传力结构，将锚头的轴拉力传到桩 上，分成水平力和垂直力。腰梁设计要充分考 虑支护结构特点、材料、锚杆倾角、锚杆的垂 直分力以及结构形式。当垂直分力较小时用直 梁式腰梁，倾角较大垂直分力大时可以用斜梁 式腰梁。
锚头的作用： 将锚拉杆与挡土结构物连接起来，使墙体所受 荷载可靠地传递到拉杆上去。锚头有螺母锚头和锚具锚头两 种。 锚拉杆的作用：将来自锚杆头部的荷载传递给锚固体。拉杆是 锚杆的主要受力构件。从锚杆头部至锚固体尾端的全长即是 拉杆的长度。根据主动滑动面，可将拉杆的全长分为自由段 （非锚固段）和锚固段两部分。 锚固体的作用：拉杆底端部分在压力下灌有水泥砂浆的圆柱形 锚体。通过锚固体和土体之间的摩擦力作用，将力传至地层。 锚固体能否保证挡土结构物的强度和稳定性要求是锚固技术 成败的关键。
解：挖土和锚杆施工程序为： 第一阶段挖土深2.5m→第一排锚杆施工→第二阶段 挖土深6m→第三阶段挖土至坑底→做垫层。 计算分三步进行。第一步，挖土深6m时，计算第 一排锚杆拉力和支护桩最大弯矩；第二步，挖土至 坑底深度时，计算第二排锚杆拉力和支护桩最大弯 矩及桩长；第三步，计算每排锚杆长度。
图3 -26
3 锚杆抗拔安全验算
锚杆承载力计算应符合下式规定：
Td N u cos
Td 1.25 0Tc
锚杆轴向受拉承载力设计值 Nu 的确定

（1）安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基 坑侧壁，应进行锚杆的基本试验，受拉抗力分 项系数可取1.3。
（2）基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经 验时 ，按式3-22计算并进行锚杆验收试验。基 坑侧壁安全等级为三级时，可按式3-22确定锚 杆轴向拉力承载力设计值。
使用锚杆技术的优点：
1）用锚杆代替内支撑，它设置在维护墙背后，因而在 基坑内有较大的空间，有利于挖土施工。 2）锚杆施工机械及设备的作业空间不大，因此可为各 种地形及场地所选用。
3）锚杆的设计拉力可由抗拔力试验来获得，因此可保 证设计有足够的安全度。 4）锚杆可采用预加拉力，以控制结构的变形量。
5）施工时的噪声和振动均较小。
施工工艺
钻孔—— 插放钢筋或钢绞线—— 锚 杆施工灌浆——养护——安装锚头、预 应力张拉 —— 挖土
［例题 3 3］ 排桩加双层锚杆支护计算实例
上海某地基坑挖土深度 7.8 m（自然地面算起）， 地质情况如图 3 -26，采用 650@ 800钻孔灌注桩 加双层锚杆支护。支护桩压顶梁顶在自然地面下 1 m，第一排锚杆设在地面下 2 m处，水平中距 1 600 mm，第二排锚杆设在地面下 5 m 处，水平中 距 1 600 mm，与第一排锚杆上下错开。地面超载 为条形荷载 20 kN /m2，宽 4 m，距支护桩外侧 2 m。
3.5 土层锚杆
概述：
土层锚杆是在岩石锚杆基础上发展起来的，在50年代 前岩石锚杆就在隧道衬砌结构中应用。1958年德国一个公 司首先在深基坑开挖中用于挡土墙支护，锚杆进入非粘性土 层。 土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，它一端与构 筑物相连，另一端锚固在土层中，通常对其施加预应力，以 承受由土压力、水压力或活荷载产生的拉力，它利用地层的 锚固力维护构筑物的稳定。
2 锚杆布置
包括确定锚杆层数，锚杆的间距和锚杆的倾角。 （3）锚杆的倾角
倾角不同，锚杆在水平和竖直方向的分力大小不同，而且 倾角的大小影响锚杆锚固段与非锚固段的划分。在锚杆的分力 中，水平分力是有效分力，垂直分力不但无效，而且还增加支 护结构底部的压力，当支护结构底部土质不好时很不利。因此 从这点出发倾角是越小越好。但是在确定锚杆倾角时要从多个 方面进行考虑，首先要考虑到土层情况，锚杆的锚固体最好位 于土质较好的土层以提供锚杆的承载能力；其次锚杆还要避开 邻近的构筑物和管线等，而且锚杆最好不与原有的或设计中的 锚杆相交叉；此外，锚杆的倾角还影响到钻孔和灌浆过程是否 方便。因此根据经验，一般不宜小于13°，但不得大于45°。
6 锚杆整体稳定性计算
（1）整体破坏模式
锚杆抗拔力虽已有安全系数，但是挡土桩，墙， 锚杆，土体组成的结构，有可能出现整体破坏。一种 是从桩脚向外推移，整个体系沿着一条假定的滑缝下 滑；另一种是桩，墙，锚杆的共同作用超过土的安全 范围，因而从桩脚处剪力面开始向墙拉结的方向形成 一条深层滑缝，造成倾覆。