土锚杆地基处理文档格式.docx

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在房屋基坑的挡土结构上使用，可以有效地阻止周围土层坍塌、位移和沉降。

在基坑坑壁无法采用横向支护情况下，土层锚杆技术更为有效。

土层锚杆所以能锚固在土层中作为一种受拉杆件,主要是由于锚杆在土层中具有一定的抗拔力。

当锚固段锚杆受力,首先通过拉杆与周边水泥砂浆握裹力传到砂浆中,然后通过砂浆传到周围土体。

传递过程中随着荷载增加，拉杆与水泥砂浆粘结力逐渐发展到锚杆的下端，待锚固段内发挥最大粘结力时，就发生与土体的相对位移，随即发生土与锚杆的摩阻力，直到极限摩阻力。

抗拔试验表明，拉力小时锚杆位移量极小，拉力增大，位移增大，当拉力达到一定时，位移不稳定，甚至不加力时位移仍不停止，此时可认为锚杆已经进入破坏阶段。

3、特点及适用范围

1、土层锚杆系统位于坑外,基坑挖土方便。

2、可施加预应力，对挡墙位移有一定控制作用。

3、基坑周边地层需有足够空间，以利锚杆施工。

4、适用范围广。

5、首层土锚要有一定的覆土厚度，以保证一定的抗拔力，不能直接布于浅层。

6、无坑内立柱与支撑，地下结构施工方便，还可省却拆撑、换撑等工序。

4、结构类型

1.土层锚杆通常是按垂直于地面的方向或者与开挖面呈某一角度来布置的，无论按何种方向布置，从锚固体向地基的传力方式来看，大致可分为摩擦型、支承型和摩擦一支承型三种。

（a）摩擦型锚杆

摩擦型锚杆是通过锚固体对其周围的摩擦阻力将土层锚杆所受的拉拔力传递到稳定土层中的一类锚杆。

设摩阻力为F,支承阻力为Q则当F远大于Q时，此时锚固体的抗拉拔机理为摩擦型方式。

（b）支承型锚杆

支承型锚杆指锚固体通过局部扩孔，主要由作用于锚固体断面上的被动土压力来抵抗锚杆拉拔力的一类锚杆，亦即锚固体的支承机理可考虑为F远小于Q。

（c）摩擦一支承型锚杆

工程中使用的土层锚杆大多为摩擦型锚杆，支承型锚杆较少采用。

但是即使是支承型锚杆，由于扩孔后锚固体表面积变大，其摩擦阻力分担的力也相当大，故在张拉力作用时，大多可考虑摩擦阻力和支承力同时起作用，这类锚杆为摩擦一支承型锚杆。

2.根据土体类型、工程特性与使用要求，土层锚杆锚固体结构可设计为圆柱型、端部扩大头型或连续球体型三类。

锚固于砂质土、硬粘土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用端部扩大头型锚固体；

锚固于淤泥、淤泥质土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用连续球体型锚固体。

5、设计计算

1、Habib公式

2、土体的抗剪强度

普通锚杆

压力灌浆

3、锚杆设计

（1）锚杆的布置

锚杆的布置包括确定锚杆层数、水平间距和锚杆的倾角等。

锚杆的层数取决于支护结构的高度和上部所承受的荷载。

锚杆的水平间距取决于支护结构的荷载和每根锚杆所能承受的拉力，为防止“群桩效应”,一般锚杆水平间距不得小于2m。

锚杆倾角的确定是锚杆设计的重要内容，从受力角度考虑锚杆倾角越小越好；

另一方面锚杆要求锚固在稳定土层上,以提高其承载力，而一般稳定土层较深，这就要求倾角大些好。

（2）拉杆的选择

拉杆材料宜选用高强钢材，一般选用粗钢筋、钢绞线和钢丝。

（3）锚杆结构参数的计算

锚杆自由段与锚固段长度

锚杆自由段长度不宜小于5m，对于倾斜锚杆，自由段长度应超过破裂面1m以上。

a锚固段长度

b自由段长度

、拉杆截面设计

钢筋

钢绞线

（4）锚杆的稳定

两种不同的假定

一种是指锚杆支护体系连同体系内的土体共同沿着土体的某一深层滑裂面向下滑动，造成整体失稳，如左图所示；

对于这一种失稳破坏，可采取土坡整体稳定的验算方法计算，按验算结果要求锚杆长度必须超过最危险滑动面，安全系数不小于1.50；

另一种是指由于锚杆支护体系的共同作用超出了土的承载能力，从而在围护结构底部向其拉结方向形成一条深层滑裂面，造成倾覆破坏，如右图所示。

经常使用的验算方法是德国学者E.Kranz提出的“代替墙法”。

6、施工工艺

1．土层锚杆施工程序为（水作业钻进法）：

土方开挖甘测量、放线定位→钻机就位→接钻杆味校正孔位→调整角度→打开水源→钻孔→提出内钻杆→冲洗→钻至设计深度→反复提内钻杆→插钢筋（或钢绞线）→压力灌浆→养护→裸露主筋防锈→上横梁（或预应力锚件）→焊锚具→张拉（仅用于预应力锚杆）→锚头（锚具）锁定。

土层锚杆干作业施工程序与水作业钻进法基本相同，只是钻孔中不用水冲洗泥渣成孔，而是干法使土体顺螺杆出孔外成孔。

2．钻孔要保证位置正确，要随时注意调整好锚孔位置（上下左右及角度），防止高低参差不齐和相互交错。

3．钻进后要反复提插孔内钻杆，并用水冲洗孔底沉渣直至出清水，再接下节钻杆；

遇有粗砂、沙卵石土层，在钻杆钻至最后一节时，应比要求深度多10～20cm，以防粗砂、碎卵石堵塞管子。

4．钢筋、钢绞线使用前要检查各项性能，检查有无油污、锈蚀、缺股断丝等情况；

如有不合格的，应进行更换或处理。

断好的钢绞线长度要基本一致，偏差不得大于5cm。

端部要用铁丝绑扎牢，不得参差不齐或散架。

干作业要另焊一个锥形导向帽；

钢绞线束外留量应从挡土、结构物连线算起，外留1．5～2．5m。

钢绞线与导向架要绑扎牢固，导向架间距要均匀，一般为2m左右。

注浆管使用前，要检查有无破裂堵塞，接口处要处理牢固，防止压力加大时开裂跑浆。

5．拉杆应由专人制作，要求顺直。

钻孔完毕应尽快地安设拉杆，以防塌孔。

拉杆使用前要除锈，钢绞线要清除油脂。

拉杆接长应采用对焊或帮条焊。

孔附近拉杆钢筋应涂防腐漆。

为将拉杆安置于钻孔的中心，在拉杆上应安设定位器，每隔1．0～2．0m应设一个。

为保证非锚固段拉杆可以自由伸长，可采取在锚固段与非锚固段之间设置堵浆器，或在非锚固段的拉杆上涂以润滑油脂，以保证在该段自由变形。

6．在灌浆前将管口封闭，接上压浆管，即可进行注浆，浇注锚固体。

7．灌浆是土层锚杆施工中的一道关键工序，必须认真进行，并作好记录。

灌浆材料多用纯水泥浆。

水灰比为 

0． 

4～ 

45左右。

为防止泌水、干缩，可掺加 

3％的木质素磺酸钙。

灌浆亦可采用砂浆，灰砂比为1：

1或1：

0．5（重量比），水灰比为0．4～0．5；

砂用中砂，并过筛，如需早强，可掺加水泥用量 

3%的食盐和 

03%的三乙醇胺。

水泥浆液的抗压强度应大于25MPa，塑性流动时间应在22s以下，可用时间应为30～60min。

整个浇注过程须在4min内结束。

8．灌浆压力，一般不得低于0．4MPa，亦不宜大于2MPa，宜采用封闭式压力灌浆和二次压力灌浆，可有效提高锚杆抗拔力（20％左右）。

9．注浆前用水引路、润湿，检查输浆管道；

注浆后及时用水清洗搅浆、压浆设备及灌浆管等。

注浆后自然养护不少于7d，待强度达到设计强度等级的70％以上，始可进行张拉工艺。

在灌浆体硬化之前，不能承受外力或由外力引起的锚杆移动。

10．张拉前要校核千斤顶，检验锚具硬度；

清擦孔内油污、泥砂。

张拉力要根据实际所需的有效张拉力和张拉力的可能松弛程度而定，一般按设计轴向力的75％～ 

85％进行控制。

11．铺杆张拉时，分别在拉杆上、下部位安设两道工字钢或槽钢横梁，与护坡墙（桩）紧贴。

张拉用穿心式千斤顶，当张拉到设计荷载时，拧紧螺母，完成锚定工作。

张拉时宜先用小吨位千斤顶拉，使横梁与托架贴紧，然后再换大千斤顶进行整排锚杆的正式张拉。

宜采用跳拉法或往复式拉法，以保证钢筋或钢绞线与横梁受力均匀。

七、施工设备

1．成孔机具设备 

有螺旋式钻孔机、旋转冲击式钻孔机或YQ-100型潜水钻机，亦可采用普通地质钻孔改装的HGY100型或ZT100型钻机，并带套管和钻头等。

2．灌浆机具设备 

有灰浆泵、灰浆搅拌机等。

3、张拉设备 

用YC-60型穿心式千斤顶，配SY－60型油泵油压表等。

7、质量检验

（一）保证项目 

1．锚杆工程所用原材料、钢材、水泥浆水泥砂浆强度等级，必须符合设计要求，锚具应有出厂合格证和试验报告。

2．锚固体的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。

3．锚杆的组装和安放必须符合《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22:

90）的要求。

4．铺杆的张拉、锁定和防锈处理，必须符合设计和施工规范的要求。

5．土层锚杆的试验和监测，必须符合设计和施工规范的规定。

（二）基本项目 

1．水泥、砂浆必须经过试验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的试验资料。

2．在进行张拉和锁定时，台座的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直。

3．进行基本试验时，所施加最大试验荷载，木应超过钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值的0．8倍。

4．基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的 

80％，且小于自由段长度与1／2锚固段长度之和的理论弹性伸长。

（三）允许偏差项目 

土层锚杆的施工位置、尺寸的允许偏差和检验方法见下表。

8、工程实例

一、工程概况 

该工程，基坑挖土深度H1=12.5m，土质均为砂土，挡土桩采用φ800mm的钻孔灌注桩，桩距为1.5m。

该工程一面临街，两面临住宅楼，施工场地狭窄。

由于环境条件限制，基础不能放坡开挖，需要采用支护桩挡土，进行垂直开挖。

但支护桩不能在地面上进行拉结，如采用悬臂式支护桩，桩的截面尺寸又难以满足要求。

故拟采用一道土层锚杆与护壁桩进行拉结。

二、有关计算参数 

根据地质钻探资料以及现场实际情况，确定有关计算参数如下：

1、土层锚杆设置于地面以下4.0m处，水平间距1.5m，钻孔的孔径为φ140mm，土层锚杆的倾角α=15°

（图1）；

2、地面均布荷载按q=10KN/m2计算；

3、根据现场土层情况，计算主动土压力时，土的平均重力密度

= 

18.5KN/m3，计算被动土压力时，土的平均重力密度

=19.0KN/m3；

主动土压力处土的内摩擦角

=38°

；

被动土压力处土的内摩擦角；

=42°

砂类土，土的内聚力c=0。

三、土层锚杆的计算 

土层锚杆的计算包括六部分的内容：

一是作用在挡土桩上的土压力计算；

二是挡土桩的入土深度和土层锚杆的水平拉力计算；

三是土层锚杆的抗拔计算（以此确定土层锚杆非锚固段的长度和锚固段的长度）；

四是钢拉杆截面的选择计算；

五是土层锚杆深部破裂面的稳定性验算；

六是土层锚杆的整体稳定性验算。

1、作用在挡土桩上的土压力计算 

（1）主动土压力系数Ka和被动土压力系数Kp

（2）作用在挡土桩上的土压力 

设挡土桩的入土深度为t，则 

1）主动土压力EA1

2）由地面均布荷载引起的附加压力EA2

3）被动土压力Ep

2、挡土桩的入土深度计算（图1）

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）的规定：

在计算挡土桩的入土深度时，主动土压力Ea应乘上1.2γ0（γ0为重要性系数，本方案取γ0=1.0）。

将作用在挡土桩上所有各力对B点取力矩，则由ΣMB=0得

将EA1=2.2（12.5+t）2，EA2=2.38×

（12.5+t）,Ep=47.88t2代入上式，并用试算法解得t=2.85m＜0.3H1=0.3×

12.5=3.75m，按《规范》要求t不应小于0.3H1，故取入土深度t=3.75m。

3、计算土层锚杆的水平拉力TB

根据以上计得的挡土桩入土深度t=3.75m，重新计算主动土压力和被动土压力：

由ΣMD=0可求得土层锚杆所承受的拉力T的水平分力TB：

将上述EA1=581.3KN，EA2=38.68KN，Ep=673.3KN代入上式，可求得TB=214KN。

由于土层锚杆的水平间距为1.5m（与挡土桩距相同），所以每根锚杆所承受的拉力的水平分力为：

TB,1.5=1.5×

214=321KN。

4.土层锚杆的抗拔计算（图2）

（1）求土层锚杆的非锚固段的长度BF

土层锚杆锚固段所在的砂土层：

r=18.5KN/m3,φ=36°

。

由图2，在直角三角形BDE中，

BE=（8.5+3.75）

tg（45°

—36°

）=6.24m。

在△BEF中，由正弦定理可得

所以

由上述计算得非锚固段的长度BF为5.68m.

（2）求土层锚杆锚固段的长度FG

土层锚杆拉力T的水平分力TB，1.5=321KN，其倾角α=15°

，故土层锚杆的轴向拉力

由于该土层锚杆是采用非高压灌浆锚杆，土体的抗剪强度τz可按下式进行计算：

τZ=c+k0rhtgφ

（1）

式中c——钻孔壁周边土的内聚力；

φ——钻孔壁周边土的内摩擦角；

r——土体的重力密度；

h——锚固段上部土层的厚度；

k0——锚固段孔壁的土压系数，其值取决于土层的性质，k0=0.5—1.0（砂土取k0=1，粘土取k0=0.5）。

假设锚固段长度FG为14m，在图2中，O点为锚固段的中点，则BO=BF+FO=5.68+7.0=12.68m.

锚固段中点O至地面的距离h为

h=4.0+BOsin15°

=4.0+12.68sin15°

=7.28m

将上述有关数据代入公式

（1）得

τz=c+k0rhtgφ=0+1.0×

18.5×

7.28tg36°

=97.85KN/m2.

取安全系数K=1.5，则锚固段FG的长度为

因此，原假设锚固长度FG为14m应该进行修正。

重新计算锚固段中点至地面的距离h:

∴τz=c+k0rhtgφ=0+1.0×

6.97tg36°

=93.68KN/m2

锚固长度

最后确定取锚固段的长度l=12.5m.

5.选择钢拉杆的截面尺寸

选用1φ40钢筋（AS=1256.6mm2），其强度设计值为fy=300N/mm2,故其抗拉设计强度为：

Asfy=1256.6×

300=376980N=376.98KN＞T=332.3KN（满足要求）

6.土层锚杆的深部破裂面稳定性验算

在图3a中，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连一直线bc，并假定bc线即为深部滑动线，再通过c垂直向上作直线cd，cd即为假想墙。

从图中可以看出，由假想墙、深部滑动线和支护结构包围的土体abcd上，除了土体自重G之外，还有作用在假想墙上的主动土压力E1、作用于支护结构上的主动土压力的反作用力Ea和作用于bc面上的反力Q。

当土体abcd处于平衡状态时，即可利用力的多边形法则求得土层锚杆所能承受的最大拉力A及其水平分力Ah。

如果Ah与土层锚杆设计的水平分力Ah′之比大于或等于1.5，则认为不会出现上述的深部破裂面。

即安全系数

（2）

式中Ah′——土层锚杆的设计的水平分力；

Ah按下述方法进行计算：

图3b为单根土层锚杆的力多边形，如将各力化成其水平分力，则从力的多边形分力的几何关系可以得到下面的计算公式：

（3）

式中G——假想墙与深部滑动线范围内的土体重量；

Ea——作用在基坑支护结构上的主动土压力的反作用力；

E1——作用在假想墙上的主动土压力；

Q——作用在bc面上反力的合力；

φ——土的内摩擦角；

δ——基坑支护结构与土之间的摩擦角；

θ——深部滑动面与水平面间的夹角；

a——土层锚杆的倾角；

Elh、Eah——分另为E1、Ea。

在本方案中，具体验算如下（图4）。

每根土层锚杆的水平分力由上述计得

TB，1.5=312KN

土体重设基坑支护结构与土之间的摩擦角δ=0，则作用在支护结构上主动土压力的反作用力（考虑地面荷载）为

作用在假想墙OO′上的主动±

压力为

设土层锚杆所能承受的最大拉力为A，其水平分力为Ah,由公式（3）得

土层锚杆设计的水平分力Ah′为

Ah′=TB,1.5=321KN

按公式

（2）计算土层锚杆的深部破裂面稳定的安全系数K；

（满足要求）。

7.土层锚杆的整体稳定性验算

土层锚杆整体失稳时，土层滑动面在支护结构的下面，其验算方法可按土坡稳定的计算方法进行，此处从略。