土层锚杆工程计算实例

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=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；

φφ

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γa= 18.5KN/m3，计算被动土压力时，土的平均重力密度γp=19.0KN/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：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E A1

2）由地面均布荷载引起的附加压力E A2

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（γ

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Σ

M B=0得

将E A1=2.2(12.5+t)2，E A2=2.38×(12.5+t),E p=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T B

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ΣM D=0可求得土层锚杆所承受的拉力T的水平分力T B：

将上述E A1=581.3KN，E A2=38.68KN，E p=673.3KN代入上式，可求得T B=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：

T B ,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/ m 3

,φ=36°。由图2，在直角三角形BDE 中，

BE =（8.5+3.75

）tg (45

°-

— )=12.25tg (45°- — )=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T B ，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+k 0rhtg φ （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；

φ

2 2

36°

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+1.0×18.5×6.97tg36°=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（A S=1256.6mm2），其强度设计值为f y=300N/mm2,故其抗拉设计强度为：

A s f y=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