土錨設(shè)計(jì)與施工.ppt

1、第七節(jié) 土錨設(shè)計(jì)與施工,一、土錨概述 土層錨桿，亦稱土錨，它的一端與支護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)，另一端錨固在土體中，將支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載（側(cè)向的土壓力、水壓力以及水上浮力和風(fēng)力帶來(lái)的傾覆力等）通過(guò)拉桿傳遞到處于穩(wěn)定土層中的錨固體上，再由錨固體將傳來(lái)的荷載分散到周圍穩(wěn)定的土層中去。,二、土錨應(yīng)用和發(fā)展 臨時(shí)支護(hù)到永久性建筑工程 11種類型的土層錨桿，見教材圖3-2 非粘性土層到粘性土層 粘土中最大錨固力1000kN，非黏土中2500kN 在高含水量、高壓縮性的松散黏土層中尚無(wú)應(yīng)用,三、錨桿的類型 第一種類型錨桿為圓柱形 由圓柱形注漿體和鋼筋或鋼索構(gòu)成，孔內(nèi)注水泥漿、水泥砂漿或其他化學(xué)注液。 適用于拉力不高，

2、臨時(shí)性錨桿及巖石性錨桿 第二種類型為擴(kuò)大圓柱形 注入壓力灌漿液，通過(guò)壓力灌漿形成擴(kuò)大區(qū)。 適用于黏性土和無(wú)黏性土，要求較大拉力是采用較高壓力注漿 第三種類型為圓錐形擴(kuò)大 采用特殊擴(kuò)孔裝置在孔眼內(nèi)長(zhǎng)度方向擴(kuò)一個(gè)或幾個(gè)擴(kuò)孔型圓柱體。 要求特性機(jī)械擴(kuò)孔裝置，在黏性土和砂土中都適用，可獲得較高拉攏力,四、土錨構(gòu)造 土層錨桿一般由鋼拉桿（鋼索）、錨頭、自由段保護(hù)套管、定位分隔器（鋼絞線用）和錨固體等組成。如下圖所示。,土錨根據(jù)潛在滑裂面，分為自由段（非錨固段）lf和錨固段la （圖3-71） 錨固段是承載力的主要來(lái)源。,五、土錨設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)鋼材、水泥和土體三種材料，其承載能力與施工因素密切有關(guān)，按彈塑性理

3、論和土力學(xué)原理精確設(shè)計(jì)計(jì)算十分復(fù)雜，且與實(shí)際情況有出入。故一般多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn) 土層錨桿設(shè)計(jì)要考慮的問(wèn)題包括：錨桿布置、錨桿承載能力、錨桿的整體穩(wěn)定性、錨桿尺寸確定等。,錨桿的埋置深度 根據(jù)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程，土錨的上下排垂直間距不宜小于2m；水平間距不宜小于1.5m；土錨錨固體上覆土層厚度不宜小于4m。 錨桿的層數(shù) 層數(shù)通過(guò)計(jì)算確定，上下間距25m,水平間距14.5m，或錨固體直徑的10倍左右 錨桿的傾角 土錨的傾角宜為1525，不宜小于12.5且不應(yīng)大于45。 錨桿的長(zhǎng)度 一般要求錨固體置于滑動(dòng)土體以外的好土層內(nèi)，通常長(zhǎng)度為1525m，單根錨桿的最大長(zhǎng)度不

4、超過(guò)30m，土錨自由段長(zhǎng)度不宜小于5m，并應(yīng)超過(guò)潛在滑裂面1.5m。土錨的錨固段長(zhǎng)度不宜小于4m，一般為57m。 拉桿（拉索）下料長(zhǎng)度，應(yīng)為自由段、錨固段及外露長(zhǎng)度之和。外露長(zhǎng)度需滿足錨固及張拉作業(yè)的要求。,（一）錨桿布置,（二）土錨的承載能力,錨桿的承載能力即極限抗拔力，取決拉桿的極限抗拉強(qiáng)度、拉桿與錨固體之間的極限握裹力、錨固體與土體間的極限側(cè)阻力。 由于拉桿與錨固體之間的極限握裹力遠(yuǎn)大于錨固體與土體之間的極限側(cè)阻力，所以在拉桿選擇適當(dāng)?shù)那疤嵯?，錨桿的承載能力主要取決于后者。 極限抗拔力計(jì)算見教材P54，公式3-1,1.土錨承載力計(jì)算：錨桿承載力計(jì)算，應(yīng)符合下式要求： （3-18） 式中

5、Td錨桿水平拉力設(shè)計(jì)值，由式（3-18）計(jì)算； 錨桿與水平面的傾角； Nu錨桿軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值。 規(guī)程規(guī)定，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)和缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的二級(jí)基坑側(cè)壁，土錨應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)（極限抗拔力試驗(yàn)如圖3-72），Nu值取基本試驗(yàn)確定的極限承載力Pug除以受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)； 基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)且有鄰近工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按式（3-19）計(jì)算土錨軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值，并進(jìn)行錨桿驗(yàn)收試驗(yàn),式中 d1擴(kuò)孔錨固體直徑（cm）； d非擴(kuò)孔錨桿或擴(kuò)孔錨桿的直孔段錨固體直徑（cm）； l1直孔部分的錨固段長(zhǎng)度（cm）； l2土中擴(kuò)孔部分的錨固段長(zhǎng)度（cm）； 土體與錨固體的極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值（MP

6、a）。 s錨桿軸向受拉抗力分項(xiàng)系數(shù)，取1.3； q 擴(kuò)孔部分土層的抗壓強(qiáng)度（MPa）。 Pug土層錨桿的極限抗拔力設(shè)計(jì)值（kN） 基坑側(cè)壁安全等級(jí)為三級(jí)時(shí)，亦按式（3-19）計(jì)算Nu值。 對(duì)于塑性指數(shù)大于17的黏性土層中的土錨，應(yīng)進(jìn)行徐變?cè)囼?yàn)。,2.拉桿（拉索）截面計(jì)算：普通鋼筋的截面面積，按下式計(jì)算 （3-20） 預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積，按下式計(jì)算： （3-21） 式中 As、Ap普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋拉桿的截面面積； fy、fpy普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋拉桿的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,穩(wěn)定性考慮兩種情況：整體穩(wěn)定性和深部破裂面穩(wěn)定性。 破換形式見教材P56 圖 3-9,（三）錨桿的整體穩(wěn)定性,土層錨桿的蠕

7、變 用于錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)的土層錨桿，始終承受接近恒載的拉力，土層錨桿的變形一直在發(fā)展，這就是土層錨桿的蠕變。 主要由四部分組成： 自由段鋼拉桿的伸長(zhǎng)，一般為彈性變形 錨固體的伸長(zhǎng)，荷載較小時(shí)表現(xiàn)為彈性變形，當(dāng)荷載較大時(shí)，錨固體產(chǎn)生細(xì)微裂縫，即為塑限變形 錨固體周圍土體在一定范圍內(nèi)的剪切變形，荷載很小是為彈性變形，荷載較大時(shí)為塑性變形并伴隨有黏性流變 錨固體與土體之間的相對(duì)滑動(dòng)，只有當(dāng)錨桿接近破壞時(shí)菜產(chǎn)生，塑性變形，這種變形不允許產(chǎn)生,（三）錨桿的蠕變和松弛,土層錨桿的松弛 對(duì)于需要施加預(yù)應(yīng)力的土層錨桿，當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力張拉到一定荷載后將其錨固，隨著時(shí)間的推移，土層錨桿錨頭的變形保持不變，而錨桿內(nèi)的內(nèi)力

8、卻隨著時(shí)間而遞減 施加預(yù)應(yīng)力的目的： 使自由段鋼拉桿彈性伸長(zhǎng)，對(duì)錨固體產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，以限制錨固土層的變形 通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力對(duì)錨桿進(jìn)行試驗(yàn)，可以解釋設(shè)計(jì)和施工中的差錯(cuò)，證實(shí)土層錨桿的適應(yīng)性，預(yù)測(cè)其工作狀況 檢驗(yàn)土層錨桿與板樁等支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的情況,（三）錨桿的蠕變和松弛,六、土層錨桿施工 土層錨桿施工，包括鉆孔、安放拉桿、灌漿和張拉錨固。在正式開工之前還需進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作。 （一）施工準(zhǔn)備工作 在土層錨桿正式施工之前，一般需進(jìn)行下列準(zhǔn)備工作： 1.土層錨桿施工必須清楚施工地區(qū)的土層分布和各土層的物理力學(xué)特性（天然重度、含水量、孔隙比、滲透系數(shù)、壓縮模量、凝聚力、內(nèi)摩擦角等）。這對(duì)于確定土層錨桿的

9、布置和選擇鉆孔方法等都十分重要； 還需了解地下水位及其隨時(shí)間的變化情況，以及地下水中化學(xué)物質(zhì)的成分和含量，以便研究對(duì)土層錨桿腐蝕的可能性和應(yīng)采取的防腐措施； 2.要查明土層錨桿施工地區(qū)的地下管線、構(gòu)筑物等的位置和情況，慎重研究土層錨桿施工對(duì)它們產(chǎn)生的影響；,3.要研究土層錨桿施工對(duì)鄰近建筑物等的影響，如土層錨桿的長(zhǎng)度超出建筑紅線、還應(yīng)得到有關(guān)部門和單位的批準(zhǔn)或許可； 同時(shí)也應(yīng)研究附近的施工（如打樁、降低地下水位、巖石爆破等）對(duì)土層錨桿施工帶來(lái)的影響； 4.要編制土層錨桿施工組織設(shè)計(jì)，確定土層錨桿的施工順序；保證供水、排水和動(dòng)力的需要；制訂鉆孔機(jī)械的進(jìn)場(chǎng)、正常使用和保養(yǎng)維修制度；安排好施工進(jìn)度和

10、勞動(dòng)組織；在施工之前還應(yīng)安排設(shè)計(jì)單位進(jìn)行技術(shù)交底，以全面了解設(shè)計(jì)的意圖。,（二）鉆孔 土層錨桿的鉆孔工藝，直接影響土層錨桿的承載能力、施工效率和整個(gè)支護(hù)工程的成本。鉆孔的費(fèi)用一般占成本的30以上，有時(shí)甚至超過(guò)50。鉆孔時(shí)注意盡量不要擾動(dòng)土體，盡量減少土的液化，要減少原來(lái)應(yīng)力場(chǎng)的變化，盡量不使自重應(yīng)力釋放。 土層錨桿的成孔設(shè)備，國(guó)外一般采用履帶行走全液壓萬(wàn)能鉆孔機(jī)，孔徑范圍50320mm，具有體積小，使用方便，適應(yīng)多種土層，成孔效率高等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)使用的有螺旋式鉆孔機(jī)、沖擊式鉆孔機(jī)和旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機(jī)，亦有的采用改裝的普通地質(zhì)鉆機(jī)成孔。在黃土地區(qū)亦可采用洛陽(yáng)鏟形成錨桿孔穴，孔徑7080mm。,對(duì)土層

11、錨桿鉆孔用鉆機(jī)的具體要求有以下幾方面： 通過(guò)回轉(zhuǎn)、沖擊鉆具等鉆進(jìn)方式將動(dòng)力傳給鉆頭，是鉆頭具有適宜的轉(zhuǎn)速（或沖擊頻率）及一定的調(diào)節(jié)范圍，以便有效地破碎土體或巖石； 能通過(guò)鉆具向鉆頭傳遞足夠的軸向壓力，并有相當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)范圍，是鉆頭能有效的切入或壓碎土體或巖石； 能調(diào)整和控制鉆頭的給進(jìn)速度，保證連續(xù)鉆進(jìn)； 能變換鉆進(jìn)角度和按一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)鉆出設(shè)計(jì)規(guī)定的直徑和深度的鉆孔，這一點(diǎn)對(duì)用工程地質(zhì)鉆機(jī)改裝的錨桿鉆機(jī)尤為重要； 能完成升降鉆具的工作，具備完成糾斜、處理孔內(nèi)事故等的技術(shù)性能,鉆孔方法的選擇主要取決于土質(zhì)和鉆孔機(jī)械。 常用的土層錨桿鉆孔方法有螺旋鉆孔干作業(yè)法、壓水鉆進(jìn)成孔法、潛鉆成孔法等，應(yīng)用較

12、多的為壓水鉆進(jìn)法，可把成孔過(guò)程中的鉆進(jìn)，出渣，清孔等工序一次完成，可防止塌孔，不留殘土，能適用于各種軟硬土層，但施工現(xiàn)場(chǎng)積水較多。當(dāng)土層無(wú)地下水時(shí)，亦可用螺旋鉆孔干作業(yè)法來(lái)成孔，一般是先成孔，清除廢土，然后插入拉桿，施工時(shí)采取多個(gè)平行作業(yè)。鉆出的孔洞用空氣壓縮機(jī)風(fēng)管沖洗孔穴；將孔內(nèi)孔壁殘留廢土清除干凈。 擴(kuò)孔的方法有4種：機(jī)械擴(kuò)孔、爆炸擴(kuò)孔、水力擴(kuò)孔和壓漿擴(kuò)孔。壓漿擴(kuò)孔在國(guó)外廣泛采用，但需用堵漿設(shè)施。我國(guó)多用二次灌漿法來(lái)達(dá)到擴(kuò)大錨固段直徑的目的。,（三）安放拉桿 土層錨桿用的拉桿，常用的有鋼管（鉆桿用作拉桿）、粗鋼筋、鋼絲束和鋼絞線。主要根據(jù)土層錨桿的承載能力和現(xiàn)有材料的情況來(lái)選擇。承載能力較

13、小時(shí)，多用粗鋼筋：承載能力較大時(shí)，我國(guó)多用鋼絞線。 鋼筋拉桿使用前要除銹。錨固段的鋼絞線要仔細(xì)清除其表面的油脂，以保證與錨固體砂漿有良好的粘結(jié)。 為了將拉桿安置在鉆孔的中心，防止自由段產(chǎn)生過(guò)大的撓度和插入鉆孔時(shí)不攪動(dòng)土壁；對(duì)錨固段，還為了增加拉桿與錨固體的握裹力，所以在拉桿表面需設(shè)置定位器（或撐筋環(huán)），如圖3-76所示。鋼筋拉桿的定位器用細(xì)鋼筋制作，在鋼筋拉桿軸心按120夾角布置，間距一般2-2.5m。為保證非錨固段拉桿可以自由伸長(zhǎng)，可在錨固段和非錨固段之間設(shè)置堵漿器。,（四）壓力灌漿 壓力灌漿是土錨施工中的一個(gè)重要工序。施工時(shí)，應(yīng)將有關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，以備將來(lái)查用。 灌漿的作用是： 形成錨固段

14、，將錨桿錨固在土層中； 防止鋼拉桿腐蝕； 充填土層中的孔隙和裂縫。,灌漿方法有一次灌漿法和二次灌漿法兩種。二次灌漿法可以顯著提高土錨的承載能力。 一次灌漿法只用一根灌漿管，利用泥漿泵進(jìn)行灌漿，灌漿管端距孔底10cm20cm，待漿液流出孔口時(shí)，用水泥袋紙等搗塞入孔口，并用濕粘土封堵孔口，嚴(yán)密搗實(shí)，再以24MPa的壓力進(jìn)行補(bǔ)灌，要穩(wěn)壓數(shù)分鐘灌漿才告結(jié)束。 二次灌漿法要用兩根灌漿管，第一次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端50cm左右（圖3-78），管底出口處用黑膠布等封住，以防沉放時(shí)土進(jìn)入管口。第二次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端100cm左右，管底出口處亦用黑膠布封位，且從管端50cm處開始向上每隔

15、2m左右作出lm長(zhǎng)的花管，花管的孔眼為 8mm，花管做幾段視錨固段長(zhǎng)度而定。,（五）張拉和錨固 土錨灌漿后，待錨固體強(qiáng)度大于15MPa并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75以上，便可對(duì)土錨進(jìn)行張拉和錨固。張拉前先在支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝圍檁。張拉用設(shè)備與預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉所用者相同。 從我國(guó)目前情況看，張拉端鋼拉桿為變形鋼筋者，其端部加焊一螺母端桿，用螺母錨固。鋼拉桿為光圓鋼筋者，可直接在其端部攻絲，用螺母錨固。如用精軋鋼紋鋼筋，可直接用螺母錨固。張拉粗鋼筋用一般單作用千斤頂。,七、土錨試驗(yàn) 土層錨桿的承載力尚無(wú)完善的計(jì)算方法，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)試驗(yàn)確定，試驗(yàn)項(xiàng)目包括極限抗拔試驗(yàn)，性能試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)。 1.極限抗拔力試驗(yàn) 試驗(yàn)應(yīng)在有代表性的土層中進(jìn)行，所用錨桿的材料、幾何尺寸、施工工藝、土的條件應(yīng)與工程實(shí)際相同。 試驗(yàn)步驟如下。 （1）安裝支架及千斤頂；（2）試驗(yàn)開始時(shí)按事先預(yù)計(jì)極限荷載的1/10施加荷載，最終每級(jí)按預(yù)計(jì)極限荷載的1/15施加荷載直至破壞；（3）加荷后每隔510min測(cè)讀一次變位數(shù)值，每級(jí)加載階段內(nèi)記錄不少于三次；（4）在某級(jí)荷載作用下，連續(xù)三次變位值不