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1、土层锚杆工程计算实例 摘 要：土层锚杆已广泛应用于深基坑土方开挖的临时支护结构工程中。实践证明，采用土层锚杆的支护形式，对于简化支撑设计，改善施工条件，加快施工进度都起到很好的作用。关键词：土层锚杆 锚杆的计算 稳定性验算 在高层建筑工程施工中，由于基础埋置较深，当基坑邻近又有原建筑物等障碍时，基础土方难以进行放坡开挖，这时可采用土层锚杆的形式支承支护结构。下面是某工程土层锚杆设计计算实例。一、工程概况 该工程，基坑挖土深度 H1=，土质均为砂土，挡土桩采用800mm 的钻孔灌注桩，桩距为。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
2、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处，水平间距，钻孔的孔径为140mm，土层锚杆的倾角=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a=m3，计算被动土压力时，土的平均重力密度p=m3；主动土压力处土的内摩擦角 a=38；被动土压力处土的内摩擦角 p=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
3、：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
4、Ea 应乘上0（0为重要性系数，本方案取0=）。将作用在挡土桩上所有各力对 B 点取力矩，则由MB=0得 将 EA1=+t)2，EA2=+t),Ep=代入上式，并用试算法解得 t=，按规范要求 t 不应小于，故取入土深度 t=。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=，重新计算主动土压力和被动土压力：由MD=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=，EA2=，Ep=代入上式，可求得 TB=214KN。由于土层锚杆的水平间距为（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,=214=321KN。4.土层锚杆的抗拔计算（图
5、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=m3,=36。由图 2，在直角三角形 BDE 中，BE=（+）tg(45-)=(45-)=。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.（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，=321KN，其倾角=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z可按下式进行计算：Z=c+k0rhtg （1）2 2 36 式中 c钻孔壁周边土的内聚力；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
6、值取决于土层的性质，k0=（砂土取 k0=1，粘土取 k0=）。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=+=.锚固段中点 O 至地面的距离 h 为 h=+BOsin15=+=将上述有关数据代入公式（1）得 z=c+k0rhtg=0+=m2.取安全系数 K=，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:z=c+k0rhtg=0+=m2 锚固长度 最后确定取锚固段的长度 l=.5.选择钢拉杆的截面尺寸 选用 140 钢筋（AS=），其强度设计值为 fy=300N/mm2,故其
7、抗拉设计强度为：Asfy=300=376980N=T=（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
8、 Ah 与土层锚杆设计的水平分力Ah之比大于或等于，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；土的内摩擦角；基坑支护结构与土之间的摩擦角；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，=312KN 土体重 设基坑支护结构与土之间的摩擦角=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,=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。