第二章 s土层锚杆

2.3
450
O
37 (13 2.3 4.5) tan[900 (450 )] AB( l f ) 2 37 37 sin[1800 (450 )] sin(450 ) 13◦ 2 2
非锚固段长度：
370 370 库伦法 10.8 tan[900 (450 )]sin(450 ) 2 2 l f AB 370 sin[1800 130 (450 )] 2
第三节 支护结构施工设计
四、土层锚杆
（一）锚杆构造
可行性
土层锚杆的施工长度可达到30m； 通常采用预应力锚杆，粘性土中最 大锚固力可达1000kN； 根据工程地质、水文条件判断是 否采用锚杆； 防止锚杆对临近建筑物及后期工 程的影响； 宜在好土质条件下使用； 下列土层未经处理不得采用锚杆： 有机质土； 液限wL 50% 的土层； 相对密实度 D 0.3 的土层。

时，考虑q的作用（即均载产生的主动土压力作用于桩墙背）


G


E1
E1
Rt max
Ea

Rt max
G

Q



Ea

Q
X 0
E1h
Eah Qh E1h -Rth Qh E1h Eah Rth (1)


Rth
E1
Rt max

Y 0
Qh Eah tan Rth tan tan( ) (2) (G E1h tan ) 0
45 K pi tan 2 (45 ) 5.83 2
q = 10kN/㎡
（2）求TA ;
1 E1 19 0.217 (13 2.3) 2 482.5kN / m; 2
a=4.5
TA
h=13
c 0 E2 10 0.217 15.3 33.2kN / m;
10 ~ 350
h
（4）锚固体尽量埋入砂，卵石层； （此时倾角可偏小，但≥12.5°）
（5）同类土层条件下，锚杆应有较 大的埋深； （6）淤泥质亚粘土，轻亚粘土不宜 做锚杆的抗拔土层。(同学记录、 弄懂)
（三）锚杆设计
1、锚杆设计步骤
（1）调研，作出可行性判断；
（2）确定锚杆轴向力；安全系数取1.5； （3）确定锚杆布置和倾角；
G

Q
Ea

Qh
Eah
（1）式得到 Q h 带入(2)式中求
R ；th
得到： Rth Eah E1h [G ( Eah E1h ) tan ]tan( ) 1 tan tan( )
Rth 1.5 安全系数： K s T
Rth克氏块体达到极限平衡时，锚杆最大拉力的水平分力
q=10kN/㎡
2.锚杆水平力计算
（1）参数：锚杆设在地面 4.5m 下4.5m，桩间距1.5m，地面 TA 均布荷载10kN/㎡。根据土 层情况， 计算主动土压力时， a 19 kN / m3 计算被动土压力时， p 19.5 kN / m3 2.3m 主动土压力的内摩擦角 a 40 被动土压力的内摩擦角 p 45 土的粘聚力 C=0。 土压力系数： 40 2 K ai tan (45 ) 0.217 入土深度经计算为2.3m。 2

O
D
土工性质加正弦定理
非锚固段长度lf
A
lf

B
C
450

2
库伦法
O
AO tan[90 (45
0 0 0
D
)

2
l f AB
)]sin(45
0 0

2
sin[180 (45

2
)]
3、锚固段长度设计（la） 前面的设计已求出锚杆 水平力T (H ) T ' 标准值
E2
1 E p 19.5 5.83 2.32 301kN / m. 2
E1
x=2.3
Mo 0
Eah E1 E2 515.7
Ep
o
qK a
19.5 5.83 2.3
K p x
K a (h x)
19 0.217 (13 2.3)
2.3 TA (13 2.3 4.5) E p 3 15.3 15.3 E1 E2 0 3 2
（4）确定锚杆施工工艺并进行锚固体设计(长度、直径、形状 等)，确定锚杆杆体用钢和截面大小；
（5）计算自由段（非锚固段）长度和锚固段长度；
（6）外锚头及腰梁设计，确定锚杆锁定荷载值、张拉荷载值；
（7） 必要时应进行整体稳定性验算； （8） 浆体强度设计并提出施工技术要求。 （9） 对试验和监测的要求。
B
2.3
450

M
h 4.5 AM sin13 4.5 10sin13 6.74m.

2
O

土层对锚固段砂浆柱体 表面产生的摩擦阻力每m2为 96.5kn.（抗剪强度）
119 6.74tan37 96.5 kN / m2
通过试算得到的 ，求实际 将水平力 锚固长度。 变成轴力
eaik
挡土桩、墙
45


2
锚杆的布置：
（1）锚固体的上覆土层 的厚度不宜小于4m，锚 固区离现有建筑物的距 离不小于5～6m。
≥4m
α
（2）锚杆锚固体上下排 间距不宜小于2.5 m，水 平方向间距不宜小于2m， 以避免“群锚效应”。 (3) 锚杆倾角α宜 10°～35°。
（二）锚杆的抗拔承载力
l f 4.95 实际可取5m。
（2）锚固段长度设计
T'
库伦法
T
T 1.5 la D cos


la
D
按公式： K0 h tan C 式中 K 0 1 砂层C=0
4.5
A
13
130
C h
初设锚固长度为10m，图中 M点为锚固段的中心，则
BM 5 m, AM 5 5 10 (m)
Q
荷载分项系数 1.3


0 Q Htk 0 Na Htk 1.42 la As 2 f y 2 f y cos f y cos
ξ2 - 钢筋抗拉工作条件系数0.92
D
5、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 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 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Kranz法(德国1953年)。
q
E1

G

c
Rt max
Ea



Q
求解以上5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Rtmax。
按平面任意力系平衡条件，有：
X 0 Y 0
解出极限平衡条件下锚杆最大锚固力Rtmax。
Rt max 1.5 得到安全系数： K s Nt Rt H Ks 1.5 T
4.5
T'
A
13 T =344.8 A
130
C h
TA 1.5 T 1.5 la D cos D
已求得在桩间距为1.5m时， 水平力为344.8 （kN） 则锚杆轴力为：
B
2.3
450

2
M
O
344.8 T 353.8 ( kN ) cos13
2、非锚固段长度设计（lf）
锚杆ABD被潜在的滑裂 面分割成锚固段BD和非 锚固段（自由段）AB。 已知： AO 在△ABC中:
AC AB sin ABC sin ACB
0 0
a

A
lf

B
C


2
450
la
AO tan[90 (45 )] AB =lf 2 0 0 0 sin[180 (45 )] sin(45 ) 2 2
T 1.5 353.8 1.5 12.5 (m) 0.14 96.5 0.14 96.5
可以看出，锚固长度比原假设10m长，应修正。
锚杆正常工作时，其工作拉力的水平分力T应小于Rth。
总结：
1、确定锚杆力
2、非锚固段长度计算（lf） 3、锚固段长度设计（la） 4、钢筋拉杆的设计 5、锚杆稳定性验算（Kranz）
中山大厦锚杆护 桩施工设计案例
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，

当锚固段锚杆受力时，首先通过锚杆与 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 递到整个锚固段。 抗拔试验表明：

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， 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 破坏。
1、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）
10 0.217
TA 229.9 kN / m
锚杆轴拉力水平分力
桩间距1.5m
TA 1.5m 229.9kn / m 344.8kN
3.锚杆长度计算
370 锚固段所在砂层
4.5
130
13
C h
（1）非锚固段长度计算（lf）
库伦法