中国矿业大学深基坑课件8.pdf

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。 图4-2 锚杆联结挡土桩、墙并锚固于土中的示意图 图4-3 钢筋锚杆 锚头装置 图4-4 多根钢束锚 杆锚头装置 图4-5 钢绞线及钢丝索锚夹具示意 图4-6 定位分隔器 图4-7 腰梁 图4-8 锚固体的基本类型 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 部和外部发展，当应力传到锚固体的外侧时，就会在 锚固体与土体间产生摩擦力，随着摩擦力的增大，锚 固体与土体间可能发生相对位移，摩擦力又进一步增 大，直到极限摩阻力。 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：锚杆的承载力与锚固体的直径、长度及土的抗 剪强度成正比。 ? 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