钢筋混凝土桩式地锚构造及计算理论Word文件下载.doc
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Piles-supportedGroundAnchor
HAOXian-wu1,ZHOUQian2，GUOMei1
（1.CollegeofHighwayEngineering,Xi'
anHighwayUniversity,Xi'
an710064；
2.HighwayManagementDepartmentofLiaoningProvince,Shenyang110005）
Abstract:
Thispaperanalyzedtheforceandconstructionofthegroundanchorofsuspensioncablecraneequitmentusedforbuildingbridge.Atypeofstructureandtheorycalculationmethodoftheanchorispresentedontheconditionofheavyloadsharpangleofthecableforceandground.
Keywords:
reinforcedconcrete;
piles-supported;
groundanchor
缆索架桥设备由于具有跨越能力大，水平和垂直运输机动灵活、适应性广、施工也比较稳妥方便等优点，因而在修建公路拱桥时较多采用这种施工方法。
缆索地锚是用于锚固各种主索、缆风、起重索、绞车及卷扬机等重要部件。
地锚的可靠性对缆索吊装的安全性具有决定作用。
近年来随着中国经济建设的需要，各种大跨度拱桥的建设，要求起吊的重量相应增大，使缆索地锚承受荷载相应提高。
尤其在地理位置受到限制时，索力倾角相应增大，使常规的地锚（立式或卧式）[1]均不能满足其受力和使用的要求。
本文通过结构受力、施工等方面分析，提出新型地锚结构形式，即桩式钢筋混凝土地锚，并给出其设计计算理论，供有关设计人员参考。
1 钢筋混凝土桩式地锚的构造型式
众所周知，地锚承受通过塔架的各种索力，如图1所示。
其索力可分解为垂直竖向上拔力和水平拉力。
当索力较小时，可采用图1所示立式地锚来承受。
这种地锚受力明确，构造简单，主索安装调整方便。
但竖向上拔力主要依靠立柱与横挡的摩阻力抵抗，且上横挡反力较大，当土质较差时，可增大横挡尺寸、整体受力分布不均匀，没有充分利用土体与柱的摩阻作用，横挡的自重不参与平衡上拔力。
从而增大了工程材料用量，施工开挖量较大，增大了施工费用。
图1 立式地锚构造及受力图式
卧式地锚构造和受力图式如图2所示。
该种地锚的索的垂直分力由地垅上覆土体有效土重、地垅自重和地垅与挡板间的摩阻力来平衡，抗拔能力较立式地锚好。
当地形受限时，锚索的水平倾角增大。
为避免索的垂直分力引起较大的土体固结变位，要求回填土夯实。
水平分力由坑壁土体的侧向抗压承载力抵抗。
当土质较差时需增大挡板面积，挡板重力不参与抵抗上拔力。
当索力较大时，需增大开挖量。
施工过程中，工序复杂，调索困难。
增大了工程费用。
图2 卧式地锚构造及受力图式
钢筋混凝土桩式地锚，是为分析上述两种地锚的特点而提出的。
索的垂直分力主要由自重及挖孔灌注桩与土体间的摩阻力平衡。
索的水平分力由桩与横梁上作用的土体侧向抗力平衡。
水平分力的作用产生的偏转力矩，由横梁的抗扭力矩和桩侧部分抗力与横梁侧抗力组成的力矩平衡。
横梁上设置羊角用于锚固各种索绳，便于索力调整。
其构造形式如图3所示。
图3 钢筋混凝土桩式地锚构造
2 钢筋混凝土桩式地锚设计计算理论
钢筋混凝土桩式地锚受力图式如图3所示。
地锚作用的索力T可分解为垂直力T2和水平力T1。
2.1 垂直力抗力的计算及验算
当受索的垂直分力T2作用时，地锚上作用有拔力，从而地锚与土体之间产生摩阻力，合力用F表示，同时地锚自重也可平衡一部分上拔力，受力图式如图4所示。
则抵抗力的计算公式为
（1）
图4 垂直分力作用时地锚的受力图式
式中：
V为地锚抗拔力；
n为桩数量；
f1、f2分别为桩、横梁与土体之间的摩阻系数[2]；
r为钢筋混凝土的容重；
B、h、b分别为横梁的长、宽、高；
d、d1分别为桩经和羊角直径；
H为地锚自面至桩底高度；
B、l1为羊角高度。
因而垂直力验算公式可表示为
K=V/T2
（2）
K为安全系数（取K=2）；
T2为索的垂直分力。
2.2 水平抗力的计算及验算
通常地锚基桩埋深较浅，当水平力作用时，桩柱与地基土的刚度比较大，可按刚性桩计算。
即水平力作用时，桩柱轴线绕某点A偏转角θ，其变形图式如图5（a）所示。
这时沿竖向任一点z处的水平位移为
图5 水平分力作用时地锚受力图式
Δx=（z0-z）tgθ （3）
则桩侧土应力为
（4）
cZ、cH分别为相应深度z和H处桩侧面土的地基系数。
桩底由轴线偏转θ角时，基底应力σ0=c0δ0，由于基底桩截面惯矩较横梁惯矩小略去不计，这里仅考虑横底由轴线偏转θ时的基底应力,即
（5）
ch为横梁底土的地基系数；
b为横梁底的宽度；
δ1为横梁边缘偏转位移。
由以上分析，根据力的平衡条件可得
（6）
（7）
b1为桩基计算宽度；
W为横梁底面抵抗惯矩；
其它符号意义同前。
联立式（6）和式（7）可求得
（8）
（9）
为基底处侧面土的地基系与横梁底面土地基系数之比。
2.3 地基应力验算
（10）
（11）
[σz]为桩侧土体的允许应力[3]；
[σ]为横梁底面土体允许应力。
2.4 基桩的最大弯矩计算
（12）
由，可求得最大弯矩所对应的z1值，即
（13）
则
（14）
由此，可按《规范》计算基桩的配筋。
2.5 横梁内力计算
横梁可按具体结构形式，可简化成土压力作用下的悬臂梁或连续梁进行内力计算，在此不再赘述。
3 结 语
本文仅对钢筋混凝土桩式地锚的构造形式及受力状况作出分析。
限于目前尚未见到这种变截面（或考虑横梁）刚性桩基础的计算理论，故系统地推导了设计计算公式及验算、配筋的计算方法。
虽然计算公式较为繁难，但对于这种地锚而言横梁抗力是不可忽略的。
通过前述分析，这种新型地锚与立式地锚相比较，吸收其易调索的优点，改善了立式地锚受力不均匀的不足，较大地发挥了地锚的抗拔力及抗水平推力，且开挖量较小，施工简便。
而与卧式地锚相比较，该地锚较其调索容易，开挖工程量更小，且无需设置挡板及盖板等构造，受力较卧式地锚合理，尤其地形受限时，不会受埋深而改变索力的倾角。
由此可见，本文所提出的地锚结构与常用地锚相比具有下述特点：
（1）受力合理，施工方便；
（2）综合工程造价较低（限于篇幅不能对此进行实例经济比较），但由上述分析可见，降低工程造价是毫无疑问的；
（3）与前述两种地锚相比，设计计算工作量较大，计算难度也大些。
但对计算机普及的今天，不会造成多大的因难。
作者单位：
郝宪武 郭 梅（西安公路交通大学 公路工程学院，西安 710064，第1作者副教授）
周 谦（辽宁省公路管理局，沈阳 110005）
参考文献:
[1]段良策.简易架空缆索吊[M].北京：
人民交通出版社，1986.
[2]杨克已，韩安理.桩基工程[M].北京：
人民交通出版社，1990.
[3]公路设计手册.墩台和基础[M].北京：
人民交通出版社，1987.
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