土锚杆(土锚)计算

土锚杆（土锚）计算

在土质较好地区，以外拉方式用土锚杆锚固支护结构的围护墙，可便利基坑土方开挖和主体结构地下工程的施工，对尺寸较大的基坑一般也较经济。

土锚一般由锚头、锚头垫座、钻孔、防护套管、拉杆（拉索）、锚固体、锚底板（有时无）等组成（图6-94）。

图6-94 土锚构造

1-锚头；2-锚头垫座；3-围护墙；4-钻孔；

5-防护套管；6-拉杆（拉索）；7-锚固体；8-锚底板

土锚根据潜在滑裂面，分为自由段（非锚固段）l f和锚固段l a（图6-95）。土锚的自由段处于不稳定土层中。要使拉杆与土层脱离，一旦土层滑动，它可以自由伸缩，其作用是将锚头所承受的荷载传递到锚固段。锚固段处于稳定土层中，它通过与土层的紧密接触将锚杆所承受的荷载分布到周围土层中去。锚固段是承载力的主要来源。

图6-95 土锚的自由段与锚固段的划分

l f-自由段（非锚固段）；l a-锚固段

1．土锚布置

根据《建筑基坑支护技术规程》，锚杆的上下排垂直间距不宜小于2m；水平

间距不宜小于1.5m；锚杆锚固体上覆土层厚度不宜小于4m。

锚杆的倾角宜为15°~25°，且不应大于45°。

锚杆自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m。锚杆的锚固段长度不宜小于4m。

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。

锚杆的锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M100。

2．土锚计算

（1）土锚承载力计算：锚杆承载力计算，应符合下式要求：

T d≤N u cosθ（6-99）

式中T d——锚杆水平拉力设计值，由式（6-99）计算；

θ——锚杆与水平面的倾角；

N u——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，锚杆应进行基本试验，N u值取基本试验确定的极限承载力除以受拉抗力分项系数γs（γs＝1.3）；基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，可按式（6-100）计算锚杆轴向受拉承载力设计值，并进行锚杆验收试验：

（6-100）

式中d1——扩孔锚固体直径；

d——非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直孔段锚固体直径；

l i——第i层土中直孔部分的锚固段长度；

l j——第j层土中扩孔部分的锚固段长度；

q sik、q sjk——土体与锚固体的极限摩阻力标准值，应根据当地经验取值；当无经验时可按表6-73取值；

γs——锚杆轴向受拉抗力分项系数，取1.3；

C——扩孔部分土层的抗压强度。

基坑侧壁安全等级为三级时，亦按式（6-99）计算N u值。

对于塑性指数大于17的粘性土层中的锚杆，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：

θ

cos y d s f T A = （6-101） 预应力钢筋的截面面积，按下式计算：

θ

cos py d p f T A = （6-102） 式中 A s 、A p ——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的截面面积；

f y 、f py ——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的抗拉强度设计值。

（3）土锚的整体稳定性验算：进行土层锚杆设计时，不仅要研究土层锚杆的承载能力，而且要研究支护结构与土层锚杆所支护土体的稳定性，以保证在使用期间土体不产生滑动失稳。

土层锚杆的稳定性，分为整体稳定性和深部破裂面稳定性两种，其破坏形式如图6-96所示，需分别予以验算。

图6-96 土层锚杆的失稳

（a ）整体失稳；（b ）深部破裂面破坏

整体失稳时，土层滑动面在支护结构的下面，由于土体的滑动，使支护结构和土层锚杆失效而整体失稳。对于此种情况可按土坡稳定的验算方法进行验算，详见边坡稳定节。

深部破裂面在基坑支护结构的下端处，这种破坏形式是德国的 E.Kranz 于1953年提出的，可利用Kranz 的简易计算法进行验算。

Kranz 简易计算法的计算简图如图6-97所示。通过锚固体的中点c 与基坑支护结构下端的假想支承点b （可近似取底端）连一直线bc ，假定bc 线即为深部滑动线，再通过点c 垂直向上作直线cd ，cd 为假想墙。这样，由假想墙、深部滑动线和支护结构包围的土体abcd 上，除土体自重G 之外，还有作用在假想墙

上的主动土压力E 1，作用于支护结构上的主动土压力的反作用力E a 和作用于be 面上的反力Q 。当土体abcd 处于平衡状态时，即可利用力多边形求得土层锚杆所能承受的最大拉力A 及其水平分力A h ，如果A h 与土层锚杆设计的水平分力A 'h 之比值大于或等于1.5，就认为不会出现上述的深部破裂面破坏。

单根土层锚杆的Kranz 力多边形如图6-97（b ）所示，如果将各力化成其水平分力，则从力多边形中可得出下述计算公式：

图6-97 土层锚杆深部破裂面稳定性计算简图

（a ）作用于abcd 土体上的力；（b ）力多边形

A h ＝E ah －E 1h ＋c

c ＋

d ＝（G ＋E 1h tg δ－E ah tg δ）tg （φ－θ）

而 d ＝A h tg α·tg （φ－θ）

∴ A h ＝E ah －E 1h （G ＋E 1h tg δ－E ah tg δ）tg （φ－θ）－A h tg αtg （φ－θ）

由上式可得出：

安全系数 5.1'≥=h

h A A k 式中 G ——假想墙与深部滑动线范围内的土体重量（N ）；

E a ——作用在基坑支护结构上的主动土压力的反作用力（N ）；

E 1——作用在假想墙上的主动土压力（N ）；

Q ——作用在be 面上反力的合力（N ）；