預(yù)應(yīng)力錨索+排樁支護(hù)技術(shù)理論

1、預(yù)應(yīng)力錨索+排樁支護(hù)技術(shù)理論結(jié)構(gòu)構(gòu)成在基坑支護(hù)中，預(yù)應(yīng)力錨索+排樁支護(hù)模式應(yīng)用比較廣泛，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)主 要包括的構(gòu)件有：排樁、錨索、冠梁、腰梁等，它們之間相互聯(lián)系，相互作用， 相互影響，形成一個(gè)有機(jī)的整體。（圖2.1）/府777777777/圖2.1樁錨結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖結(jié)構(gòu)受力基坑周圍樁體受到土壓力、水壓力及周圍建筑物等荷載的作用， 樁體有 著向基坑傾斜的趨勢(shì)并產(chǎn)生了側(cè)向位移。由于受到樁體側(cè)向位移的影響，基坑底面樁嵌固深度范圍內(nèi)的土體就會(huì)產(chǎn)生被動(dòng)土壓力來抵抗樁體承受的部分主動(dòng)土 壓力，而錨索由于預(yù)應(yīng)力的作用，也會(huì)抵抗部分主動(dòng)土壓力。樁體所受的土壓力 有：主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力及錨索的錨固力。如果錨索錨

2、固力與被動(dòng)土壓力之 和大于主動(dòng)土壓力，樁體就不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移，這時(shí)支護(hù)體系是有效的；如果錨 索錨固力與被動(dòng)土壓力之和小于等于主動(dòng)土壓力，樁體就會(huì)產(chǎn)生側(cè)向的位移，如果位移較小，在允許的范圍內(nèi)，我們認(rèn)為支護(hù)是安全的，若超出了允許的范圍， 則認(rèn)為支護(hù)體系失效。另外樁體本身還應(yīng)具有足夠剛度和強(qiáng)度， 避免在最大彎矩 處變形過大，在最大剪應(yīng)力處發(fā)生剪切破壞 21,22 0錨索受力情況復(fù)雜。由于拉桿、漿體、土體等部分的相互影響和作用，錨索 體系的工作機(jī)理難以分析清楚，再加上各部分材料性能差異也很大， 更增加其復(fù) 雜性。工作機(jī)理：錨索的錨固力傳到錨固段，當(dāng)錨固段錨索受力后，通過錨索和 砂漿間的黏結(jié)力傳到錨固體

3、中，再通過錨固體與土體之間的摩擦力傳到土體深處。 單根錨索的承載力主要受以下兩個(gè)因素的控制：錨固段膠結(jié)材料與孔壁的黏結(jié)力以及膠結(jié)材料與鋼絲或鋼絞線之間的握裹力。錨索必須具有足夠的強(qiáng)度以承受極 限拉力。鋼材同膠結(jié)材料之間的握裹力比膠結(jié)材料同孔壁的粘結(jié)力大將近一倍， 不會(huì)發(fā)生破壞。因此，設(shè)計(jì)中可不考慮鋼材與膠結(jié)材料的握裹力。 重要工程需進(jìn) 行鋼材與膠結(jié)材料握裹力及錨固長(zhǎng)度校核。許多研究和試驗(yàn)證明，錨固體與土層的摩擦力分布不均勻，錨周段剪應(yīng)力的 分布沿孔壁呈倒三角形，沿錨固段長(zhǎng)度迅速遞減。當(dāng)錨周段長(zhǎng)到一定程度，錨固 力提高并不顯著。并不是錨固段越長(zhǎng)，其錨固力越大。所以增加錨固段長(zhǎng)度的作 用是有限的2

4、3 0計(jì)算理論土壓力計(jì)算根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移方向和大小的不同， 可以將士壓力分為三種基本類型： 靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力 1。(1)靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力是墻體無側(cè)向變位或者側(cè)向變位微小時(shí)，土體作用于墻面上的 土壓力。其基本假定為：地表面水平，墻背豎直且光滑。Po z q Ko(2.1)Eo 1 H2Ko2(2.2)土的重度z計(jì)算點(diǎn)深度q 地面均布荷載Ko 計(jì)算點(diǎn)處土的靜止土壓力系數(shù)Po 該深度的側(cè)向土壓力Eo靜止土壓力(合力)(2)主動(dòng)土壓力計(jì)算朗肯土壓力的基本假定有：地表面水平，墻背豎直、光滑。在無粘性土中，主動(dòng)土壓力計(jì)算如下：Pa ZKaaa(2.3)KatanPa ZKaaa

5、(2.3)Katan2 45 一 2Ea(2.5)Ka 計(jì)算點(diǎn)處土的主動(dòng)土壓力系數(shù)土的內(nèi)摩擦角在粘性土中，主動(dòng)土壓力計(jì)算如下：Pa2c . KaEa2Z0Pa2c . KaEa2Z0KaZo2c_:KaC土的粘聚力(3)被動(dòng)土壓力計(jì)算在無粘性土中，被動(dòng)土壓力計(jì)算如下:PpzKpKptan2 PpzKpKptan2 45 一 2Ep2 H2KpK P 計(jì)算點(diǎn)處土的被動(dòng)土壓力系數(shù) 在粘性土中，被動(dòng)土壓力計(jì)算如下：PpEpzKPpEpzKp 2c Kp12-H Kp 2cH , Kp2.3.2結(jié)構(gòu)分析錨拉式支擋結(jié)構(gòu), 冠梁)分別進(jìn)行分析；2.3.2結(jié)構(gòu)分析錨拉式支擋結(jié)構(gòu), 冠梁)分別進(jìn)行分析；可將整

6、個(gè)結(jié)構(gòu)分解為擋土結(jié)構(gòu)、錨拉結(jié)構(gòu)(錨桿及腰梁、 擋土結(jié)構(gòu)宜采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法進(jìn)行分析；作用在錨拉結(jié)構(gòu)上的荷載應(yīng)取擋土結(jié)構(gòu)分析時(shí)得出的支點(diǎn)力15在錨拉結(jié)構(gòu)上的荷載應(yīng)取擋土結(jié)構(gòu)分析時(shí)得出的支點(diǎn)力15采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法時(shí)，宜采用圖2.2所示的結(jié)構(gòu)分析模型圖2.2錨拉式支擋結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法計(jì)算簡(jiǎn)圖1一擋土構(gòu)件；2由錨桿簡(jiǎn)化而成的彈性支座；3一計(jì)算土反力的彈性支座作用在擋土構(gòu)件上的分布土反力可按下列公式計(jì)算:Ps ksV Ps0擋土構(gòu)件嵌固段上的基坑內(nèi)側(cè)分布土反力應(yīng)符合下列條件:Ps Ep當(dāng)不符合公式（2.15）的計(jì)算條件時(shí)，應(yīng)增加擋土構(gòu)件的嵌固長(zhǎng)度或取Ps =Ep時(shí)的分布土反力。式中：Ps

7、分布土反力（kPa）；ks土的水平反力系數(shù)（kN/m3）;v 擋土構(gòu)件在分布土反力計(jì)算點(diǎn)的水平位移值（m）;Pso初始土反力強(qiáng)度（kPa）；(kN)；Ps作用在擋土構(gòu)件嵌固段上的基坑內(nèi)側(cè)土反力合力(kN)；Ep作用在擋土構(gòu)件嵌固段上的被動(dòng)土壓力合力（kN）(2.16)擋土構(gòu)件內(nèi)側(cè)嵌固段上土的水平反力系數(shù)可按下列公式計(jì)算: ks m z h(2.16)式中：m土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（kN/m4）；z計(jì)算點(diǎn)距地面的深度（m）;h 計(jì)算工況下白基坑開挖深度（m）。土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（m）宜按樁的水平荷載試驗(yàn)及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值, 缺少試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：(2.(2. )Nkba

8、 cosNkba cos式中：Nk錨桿的軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）;Fh擋土構(gòu)件計(jì)算寬度內(nèi)的彈性支點(diǎn)水平反力 （kN）;s錨桿水平間距（m）;ba 結(jié)構(gòu)計(jì)算寬度（m）;錨才f傾角（ ）。4）錨桿極限抗拔承載力的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）錨桿極限抗拔承載力應(yīng)通過抗拔試驗(yàn)確定。（2）錨桿極限抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值也可按下式估算，但應(yīng)按抗拔試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證：Rkd qRkd qsiJ(2.26)式中：d錨桿的錨固體直徑（m）；li錨桿的錨固段在第i 土層中的長(zhǎng)度（m）;錨固段長(zhǎng)度（la）為錨桿在理 論直線滑動(dòng)面以外的長(zhǎng)度；qsik錨固體與第i土層之間的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）。（3）當(dāng)錨桿錨固段主要位于粘土層

9、、淤泥質(zhì)土層、填土層時(shí)，應(yīng)考慮土的 蠕變對(duì)錨桿預(yù)應(yīng)力損失的影響，并應(yīng)根據(jù)蠕變?cè)囼?yàn)確定錨桿的極限抗拔承載力。 5）錨桿的自由段長(zhǎng)度應(yīng)按下式確定（圖2.3）:(& a2 dtan )sin(452m(& a2 dtan )sin(452m)sin(45 -y )d cos1.5(2.27)式中：lf錨桿自由段長(zhǎng)度（m）；錨桿的傾角（ ）;a1錨桿的錨頭中點(diǎn)至基坑底面的距離（m）；a2基坑底面至擋土構(gòu)件嵌固段上基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力強(qiáng)度與基坑內(nèi)側(cè) 被動(dòng)土壓力強(qiáng)度等值點(diǎn)O的距離（m）；對(duì)多層土地層，當(dāng)存在多個(gè)等值點(diǎn)時(shí)應(yīng)按 其中最深處的等值點(diǎn)計(jì)算；擋土構(gòu)件的水平尺寸（m）；-O點(diǎn)以上各土層按厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦

10、角平均值（0 ）圖2.3錨桿計(jì)算簡(jiǎn)圖錨桿自由段長(zhǎng)度除應(yīng)符合公式(圖2.3錨桿計(jì)算簡(jiǎn)圖錨桿自由段長(zhǎng)度除應(yīng)符合公式(2.27)的規(guī)定外，尚不應(yīng)小于5.0m。6)錨桿桿體的受拉承載力應(yīng)符合下式規(guī)定：(2.28)N fpyAp(2.28)式中：N錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值(kN);fpy預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa);當(dāng)錨桿桿體采用普通鋼筋時(shí), 取普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(fy)；Ap預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積(m2)。7)錨桿鎖定值直取錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值的 0.750.9倍。8)錨桿的布置應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)錨桿的水平間距不宜小于1.5m；多層錨桿，其豎向間距不宜小于2.0m； 當(dāng)錨桿的間距小于1.5m時(shí)，應(yīng)根據(jù)

11、群錨效應(yīng)對(duì)錨桿抗拔承載力進(jìn)行折減或相鄰錨 桿應(yīng)取不同的傾角；(2)錨桿錨固段的上覆土層厚度不宜小于 4.0m；(3)錨桿傾角宜取1525 ,且不應(yīng)大于45 ,不應(yīng)小于10 ;錨桿的 錨固段宜設(shè)置在土的粘結(jié)強(qiáng)度高的土層內(nèi)；(4)當(dāng)錨桿穿過的地層上方存在天然地基的建筑物或地下構(gòu)筑物時(shí)，宜避 開易塌孔、變形的地層。9)鋼絞線錨桿、普通鋼筋錨桿的構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)錨桿成孔直徑直取100mm150mm；(2)錨桿自由段的長(zhǎng)度不應(yīng)小于5m,且穿過潛在滑動(dòng)面進(jìn)入穩(wěn)定土層的長(zhǎng) 度不應(yīng)小于1.5m；鋼絞線、鋼筋桿體在自由段應(yīng)設(shè)置隔離套管；土層中的錨桿錨固段長(zhǎng)度不宜小于6m；(4)錨桿桿體的外露長(zhǎng)度應(yīng)滿足

12、腰梁、臺(tái)座尺寸及張拉鎖定的要求；（ 5）錨桿桿體用鋼絞線應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線GB/T5224的有關(guān)規(guī)定；（6）普通鋼筋錨桿的桿體宜選用HRB335、HRB400級(jí)螺紋鋼筋；（ 7）應(yīng)沿錨桿桿體全長(zhǎng)設(shè)置定位支架；定位支架應(yīng)能使相鄰定位支架中點(diǎn)處錨桿桿體的注漿固結(jié)體保護(hù)層厚度不小于 10mm,定位支架的間距宜根據(jù)錨桿 桿體的組裝剛度確定，對(duì)自由段宜取1.5m2.0m；對(duì)錨固段宜取1.0m1.5m；定 位支架應(yīng)能使各根鋼絞線相互分離；（ 8） 鋼絞線用錨具應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器GB/T14370 的規(guī)定；（ 9）普通鋼筋錨桿采用千斤頂張拉后對(duì)螺栓進(jìn)行緊固的鎖

13、定方法，螺栓與桿體鋼筋的連接、螺母的規(guī)格應(yīng)滿足錨桿拉力的要求；（ 10） 錨桿注漿應(yīng)采用水泥漿或水泥砂漿，注漿固結(jié)體強(qiáng)度不宜低于20MPa。10） 錨桿腰梁可采用型鋼組合梁或混凝土梁。錨桿腰梁應(yīng)按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。錨桿腰梁的正截面、斜截面承載力，對(duì)混凝土腰梁，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范BG50010的規(guī)定；對(duì)型鋼組合腰梁，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017的規(guī)定。當(dāng)錨桿錨固在混凝土冠梁上時(shí)，冠梁應(yīng)接受彎構(gòu)件 設(shè)計(jì)，其截面承載力應(yīng)符合上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。11）錨桿腰梁應(yīng)根據(jù)實(shí)際約束條件按連續(xù)梁或簡(jiǎn)支梁計(jì)算。計(jì)算腰梁的內(nèi)力時(shí)，腰梁的荷載應(yīng)取結(jié)構(gòu)分析時(shí)得出的支點(diǎn)力設(shè)計(jì)值。型鋼組合

14、腰梁可選用雙槽鋼或雙工字鋼，槽鋼之間或工字鋼之間應(yīng)用綴板焊接為整體構(gòu)件，焊縫連接應(yīng)采用貼角焊。雙槽鋼或雙工字鋼之間的凈間距應(yīng)滿足錨桿桿體平直穿過的要求。采用型鋼組合腰梁時(shí)，腰梁應(yīng)滿足在錨桿集中荷載作用下的局部受壓穩(wěn)定與受扭穩(wěn)定的構(gòu)造要求。當(dāng)需要增加局部受壓和受扭穩(wěn)定性時(shí)，可在型鋼翼緣端口處配置加勁肋板。14）錨桿的混凝土腰梁、冠梁宜采用斜面與錨桿軸線垂直的梯形截面；腰梁、冠梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25。采用梯形截面時(shí)，截面的上邊水平尺寸不宜小于250mm。15） 采用楔形鋼墊塊時(shí)，楔形鋼墊塊與擋土構(gòu)件、腰梁的連接應(yīng)滿足受壓穩(wěn)定性和錨桿垂直分力作用下的受剪承載力要求。采用楔形混凝土墊塊時(shí)，混

15、凝土墊塊應(yīng)滿足抗壓強(qiáng)度和錨桿垂直分力作用下的受剪承載力要求，且其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于 C25。2.3.4 基坑穩(wěn)定性分析基坑穩(wěn)定性分析是指分析基坑周圍土體或土體與圍護(hù)體系一起保持穩(wěn)定性 的能力1 0(1)整體穩(wěn)定性分析基坑支護(hù)體系整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的目的就是要防止基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍土體 整體滑動(dòng)失穩(wěn)破壞，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中是需要經(jīng)?？紤]的一項(xiàng)驗(yàn)算內(nèi)容。在條分法中，瑞典條分法是最簡(jiǎn)單也是最古老的一種。 這個(gè)方法把滑動(dòng)面假 定為一個(gè)圓弧面，并且認(rèn)為可以將條塊間的作用力忽略不計(jì)，或者說，假定每一個(gè)土條兩側(cè)的條間力合力方向都與這個(gè)土條底面相互平行，而且大小相等、方向相反并且都作用在同一條直線上，所以在考慮力和力

16、矩平衡條件時(shí)可以相互抵消。 但是，在兩個(gè)土條之間，這種假定并不滿足，對(duì)安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，這樣所造 成的誤差有時(shí)會(huì)高達(dá)60%以上。在均質(zhì)土坡中任取一土條i, 土條寬度為bi,叫是它的自重，Ni及Ti分別是 作用在土條底部的總法向反力和切向阻力，土條底部的坡腳為i0,滑弧的長(zhǎng)度是li , R是滑動(dòng)面圓弧的半徑，Bishop等提出關(guān)于安全系數(shù)定義的改變，對(duì)條 分法的發(fā)展起了非常重要的作用。Bishop等將土坡穩(wěn)定安全系數(shù)Ks定義為整個(gè) 滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度f(wàn)和實(shí)際產(chǎn)生的剪應(yīng)力 之比。這樣不僅使得安全系數(shù)的物理 意義更加的明確，而且它使用范圍變得更加廣泛了，同時(shí)也給非圓弧滑動(dòng)分析和 土條分界面上條間力的

17、各種分析方法提供了有利條件。假設(shè)整個(gè)滑動(dòng)面上的平均安全系數(shù)為 Ks,按照安全系數(shù)的定義，土條底部 的切向阻力i為：fCili Ni tan ii liliKsKs由于不考慮條間的作用力，根據(jù)土條底部法向力的平衡條件，可得： Ni Wi cos i Ti Wi sin i現(xiàn)將整個(gè)滑動(dòng)土體內(nèi)各土條對(duì)圓心取力矩平衡，可得：TR iR“ Mrcili Wcos i tan iK s故得：MsWisini瑞典條分法式忽略土條間力影響的一種簡(jiǎn)化方法，它只滿足土體整體力矩平 衡條件而不滿足土條的靜力平衡條件，這是它區(qū)別于后面將要講述的其它條分法的主要特點(diǎn)。此法應(yīng)用的時(shí)間很長(zhǎng)，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，一般得到的

18、安全系 數(shù)偏低(即偏于安全)，故目前仍然是工程中常用的方法。(2)抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算其計(jì)算公式為:KqMRkMskEaZaEwZwMRkEpZ其計(jì)算公式為:KqMRkMskEaZaEwZwMRkEpZp GkB/2式中MRk 坑外側(cè)土壓力、水壓力以及墻后地面荷載所產(chǎn)生的側(cè)壓力對(duì)墻底前 趾的傾覆力矩標(biāo)準(zhǔn)值；MSk 水泥土圍護(hù)墻自重以及坑內(nèi)墻前被動(dòng)側(cè)壓力對(duì)墻底前趾的穩(wěn)定力 矩標(biāo)準(zhǔn)值；水泥土圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)的自重標(biāo)準(zhǔn)值;Za 主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)到樁底的距離;Z p 被動(dòng)土壓力作用點(diǎn)到樁底的距離;Zw水壓力作用點(diǎn)到樁底的距離。(3)抗隆起驗(yàn)算目前我國(guó)基坑工程實(shí)踐中，同時(shí)考慮 模式的抗隆起穩(wěn)定分析。c、的抗隆起分

19、析模式有地基承載力地基承載力模式的抗隆起分析方法是以驗(yàn)算支護(hù)墻體底面的地基承載力作為抗隆起分析依據(jù)。根據(jù)Terzaghi(1943建議的淺基礎(chǔ)地基極限承載力計(jì)算模式,日TH上體粘聚力、土重以及地面超載三項(xiàng)貢獻(xiàn)的疊加。但是在此處的基坑抗隆起穩(wěn)定分析中，基礎(chǔ)寬度是不能明確界定的, 分析由下式來考慮：為簡(jiǎn)化分析，地基承載力模式的抗隆起定分析中，基礎(chǔ)寬度是不能明確界定的, 分析由下式來考慮：為簡(jiǎn)化分析，地基承載力模式的抗隆起KWZ2DN CNKWZ(2.37)1 h D q(2.37)式中KWZ 圍護(hù)墻底地基承載力安全系數(shù);1坑外地表至圍護(hù)墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值;1坑外地表至圍護(hù)墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值;2坑內(nèi)開挖面以下至圍護(hù)墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值;d 圍護(hù)墻體在基坑開挖面以下的入土深度;Nc、Np 根據(jù)圍護(hù)墻底的地基土特性計(jì)算的地基承載力系數(shù);hoho基坑開挖深度;(2.38)如果按基底粗糙情況處理,那么地基承載力系數(shù)由Terz