8th深基坑与边坡工程.ppt

4 土层锚杆 4.1 锚杆的发展与应用 锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程结构物或挡土桩墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、拉拔力、倾侧力或挡土墙的土压力、水压力，它是利用地层的锚固力来达到维持结构物稳定的。 4.1.1 锚杆在土木工程中的应用 4.1.2 土层锚杆的发展 土层锚杆是在岩石锚杆的基础上发展起来的。用于隧道支护的岩石锚杆历史悠久，但直到1958年德国一个公司才首先在深基坑开挖中将其用于挡土墙支护。 土层锚杆具有以下一系列优点： 1）与内支撑相比，挖土施工空间大。 2）锚杆施工机械设备作业空间不大，适用于各种场地条件。 3）锚杆的设计拉力可由抗拔试验获得，从而可以保证可靠的设计安全度。 4）可以对锚杆施加预拉力，基坑变形容易控制。 5）施工时的噪声很小。 锚杆支护在我国也是首先用于地铁隧道的，80年代初开始用于高层建筑基坑支护。土层锚杆以普通压力灌浆的居多，也有二次灌浆及高压灌浆的，受拉杆件（锚筋）有粗钢筋、高强度钢丝束、钢绞线等，层数从一层发展到了四层，并已制定了多个行业规范。目前土层锚杆的应用已相当普遍，并且都为预应力锚杆。 当然，任何技术的发展都是永恒的。锚杆技术的工艺材料、施工机具和理论研究等还在不断发展之中。 4.2 锚杆的构造及类型 锚杆由锚头、锚筋和锚固体三部分组成。见图4-2至图4-7。 锚头是锚杆体的外露部分。 锚固体通常位于钻孔的深部。 锚头与锚固体间一般还有一段自由段。 锚筋是锚杆的主要部分。贯穿锚杆全长。 4.3 锚杆的抗拔作用4.3.1 锚杆抗拔原理 当锚固段锚杆受力后，首先通过锚杆(索)与周边水泥砂浆间的握裹力传到砂浆中，然后通过砂浆传到周围土体。随着荷载增加，锚索与水泥砂浆之间的粘结力（握裹力）逐渐从锚固体的上部向锚固体的下 4.3.2 锚杆的承载能力 锚杆承载力的确定是锚杆支护设计的重要内容。 普通灌浆锚杆（注浆压力0.3~0.5MPa）的承载能力（抗拔力）可以用下式确定： Nt = LmπDτ (4-2) 式中 Nt — 锚杆承载能力（轴力）； Lm — 锚固段长度； D — 锚杆孔径（或锚固体直径）； τ — 土的抗剪强度。 显然：锚杆的承载力是锚固体的直径、长度及土的抗剪强度的函数。 在设计时对锚杆承载力一般是有要求的，而锚固体的直径(钻孔直径)主要决定于钻孔设备。因此，只要能够确定土体的抗剪强度，就能容易的确定锚杆的长度了。由此看来，土的抗剪强度在确定土层锚杆的承载能力或在土层锚杆的设计中都至关重要。 ? = ? tan? + c ? = K? h K— 土层系数，通常砂土K = 1，粘土K = 0.5； h — 覆盖土层的高度，一般取锚固段中心到地面的高度（m）。 4.3.3 影响锚杆抗拔力的因素 如前所述，锚杆的抗拔力显然与锚固体的直径和长度密切相关。但除了锚固体的这两个几何参数外，还有土层性质，注浆压力以及锚杆的形式三个因素。即： 一、土层性质的影响 土层的强度一般低于砂浆强度，如果施工灌浆的工艺良好，土层锚杆的抗拔力将主要决定于锚固体外围的土层抗剪强度。土体的抗剪强度变化很大，所以相同参数和施工质量的锚杆，抗拔力可以有很大的不同。倾角与长度是锚杆能否伸入优良土层的决定因素，设计时应给予重视。 二、注浆压力的影响 灌浆压力对锚杆的抗拔力有很大影响。注浆压力越大，水泥浆颗粒越能够渗入到周围深部的土层中去，改善了原状土体的力学性能，增加锚固体与土层的摩擦力，也就增加了锚杆的抗拔力。曾有人做过试验，同一粉砂层中的相同长度的锚杆，当施工用的灌浆压力为1Mpa时其极限抗拔力为300kN，当灌浆压力增加到2.5Mpa时，其极限抗拔力达900kN。 试验也已证明：虽然锚杆的承载力随灌浆压力的增大而增大，但并不是无止尽的增加。英国ATC有限公司的试验结论是：当注浆压力超过4Mpa后，抗拔力增长就很小了。 三、锚杆形式的影响 无论是带单个扩大头的锚固体锚杆，还是有多截头圆锥形的异形锚固体锚杆，它们的抗拔力都比普通锚杆大得多。 4.5 锚杆设计4.5.1 设计步骤 1. 调查基坑及周边场地状况，确定工程的重要性等级，选取锚杆支护结构的安全系数。 作为锚杆支护设计的第一步，必须详细调查了解基坑及其周边的场地状况，如：地形、地貌，既有建筑物、构筑物、道路、管线、地下埋设物与建筑红线等，以及它们与基坑的相对位置。据此确定要重点保护的对象，工程的安全等级，锚杆支护结构的安全系数等。 2. 进行工程地质与水文地质勘察，确定地层参数 地下水位、上层滞水，场地附近有无渗水源头，工程施工是否在雨季或冬季，土层类型、级配、强度等。 3. 设计计算 （1）计算单位长度挡墙的