錨桿擋土墻設(shè)計與計算

1、大竹林車輛段錨桿擋土墻計算分析報告鐵道第一勘察設(shè)計院2008年 10月目錄第一章概述1第二章錨桿擋土墻計算理論1第三章錨桿擋土墻計算12第一章 概述錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土墻面和鋼錨桿組成的支擋建筑物， 它 是靠錨桿錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)， 能承受水平拉力來維持墻的平衡， 因此 地基承載力一般不受控制， 從而能克服不良地基的困難。 在高邊坡的 情況下， 且可采用自上而下逐級開挖和施工的辦法， 可以避免邊坡坍 塌，有利于施工安全。錨桿使用灌漿錨桿，采用鉆機鉆孔，毛孔直徑一般為 100150mm,錨桿材料為 HRB335鋼筋和由7根鋼絲構(gòu)成© 12.7mm 的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。 錨桿鋼筋以一根或數(shù)

2、根鋼筋組成； 錨桿錨索以一束 或數(shù)束鋼絞線組成。 錨桿插入錨孔內(nèi)后再灌注水泥砂漿。 灌漿錨桿亦 可用于土層， 但由于土層與錨桿間的握固能力較差， 尚需要加壓灌漿 或內(nèi)部擴孔的方法以提高其抗拔能力。錨桿擋土墻的墻面，一般用肋柱和擋土板組成，其結(jié)構(gòu)布置應(yīng)根 據(jù)工點的地形和地質(zhì)條件、 墻高及施工條件等因素， 考慮擋土墻是否 分級和每級擋土墻的高度來決定。 當(dāng)布置為兩級或兩級以上時， 級間 可留 1 2米的平臺，如圖 1。肋柱的間距應(yīng)考慮工地的起吊能力及錨桿的抗拔能力等因素， 一 般可選用 2.03.5 米。每根肋柱根據(jù)其高度可布置多根錨桿。錨桿的 位置應(yīng)盡可能使肋柱所受彎矩均勻分布。肋柱視為支承于錨

3、桿 （或支承于錨桿和地基） 的簡支梁或連續(xù)梁。 肋柱的底端視地基的強度及埋置深度， 一般設(shè)計時假定為自由或鉸支 端，如基礎(chǔ)埋置較深且為堅硬的巖石時，也可以作為固定端。當(dāng)?shù)锥?固定時，應(yīng)考慮地基對肋柱基礎(chǔ)的固著作用而產(chǎn)生的負(fù)彎矩。圖1229第二章錨桿擋土墻計算理論錨桿擋土墻計算的主要內(nèi)容有：肋柱、錨桿和擋土板的內(nèi)力計算; 肋柱底端的支承應(yīng)力檢算；肋柱、擋土板、錨桿和錨頭的設(shè)計等。a) 肋柱和錨桿的內(nèi)力計算假定肋柱與錨桿聯(lián)結(jié)處為一鉸支點，把肋柱視為簡支梁或連續(xù) 梁。錨桿為軸心受拉構(gòu)件。i. 當(dāng)肋柱僅有兩根錨桿，且底端為自由端時，可假定按兩端 懸臂的簡支梁計算，如圖2所示。圖2假定肋柱為簡支梁的計算

4、草圖(1) 肋柱的支點反力P（Z -打）1 2Rb 二 P 一 Ra式中 P作用于每根肋柱上的土壓力的合力1p 匕(q。7h)l；q0 - ；0l cos、；qH - ； Hlcos、;6、匚H 錨桿擋土墻墻頂及底端的單位土壓力;一墻背摩擦角；I肋柱間距；L 肋柱全長，Lcosot:肋柱豎向傾角。Z土壓力合力的作用點至肋柱底端的長度,=丄 2q。 qH'3 qo qH(2) 肋柱的彎矩1 2 1 2 Ma q°h (qA -q°)li2 61 I 213M b = 13 qB I - 3 (務(wù)-qB)I32 3令x為任意截面至肋柱頂?shù)拈L度，則心計炸2qH _ q03

5、x6LdM ABdx=Ra _q°x如蟲x2=02L由上式求得x值，代入Mab即得AB間Mmax值。(3) 肋柱剪力Qa上1一孑皿7a)Qa下=ra Qa上h +l2Qb 上=Ra 一 (qo qB)2Q b Rb Q b上ii. 視肋柱為連續(xù)梁(包括底端固定)時的內(nèi)力計算(1) 求肋柱的支點彎矩在求支點彎矩時，可采用彎矩分配法進行計算。(2) 解肋柱力矩、剪力、反力的一般公式算得連續(xù)梁(即肋柱)各支點彎矩之后，即可用靜力平衡的條件算出各截面的彎矩、剪力以及各支點的反力。截取連續(xù)梁的第n及n+1跨作為簡支梁，如圖3所示，其支點反力為:在距左支點x處的截面內(nèi)，其彎矩及剪力為:Mx 二

6、M0 Mn -Mn'x Mn41 nQx 二 Q0M n M n jInAnBnAn+iBiz+i圖3連續(xù)梁某一節(jié)點的內(nèi)力計算在以上各式中，a0、Bn及M；、qo系指由于測向土壓力所引起的簡支梁支點反力及任意截面的彎矩、剪力。連續(xù)梁第n支點反力等于來自該支點左右兩端的剪力之差：Rn 二Q右-Q左Q右等于ln 1跨度內(nèi)的左端反力An -1 °Q左等于In跨度內(nèi)的右端反力Bn的負(fù)值。故第n個支點反力又可用下式表示：R0Mn 卅一MnoMnj Mn= An 1 B A0 1丁 n B0 T n1 n +1 niii.錨桿的內(nèi)力計算截取肋柱某一支點n，如圖4所示錨桿n）柱圖4錨桿拉力

7、與支點反力的關(guān)系由連續(xù)梁求得n支點反力為Rn。令錨桿軸向力為Nn，則-肋柱的豎向傾角；1 錨桿對水平向的傾角口：，則Nn = Rnb）肋柱底端支承應(yīng)力檢算i. 基底應(yīng)力檢算（1）支點反力沿平行于肋柱的分力為:' Rntgj - ：）（2）肋柱自重Wa 二 abH式中 a、b肋柱的寬度及厚度H 墻咼鋼筋混凝土容重(3) 作用在肋柱基底上的諸力之和為:' N' = RntgC -) abH(4) 基底應(yīng)力為：2 Nab十式中門一一基底的容許應(yīng)力ii. 基腳側(cè)向應(yīng)力為簡化計算，令鉸支端的反力Ro作用點在基腳埋深h的中心。肋柱底端視為鉸支時，故要求：R0 COSG h -0-a

8、jJ二心匚Kv視地基的堅硬程度取0.51.0。c) 擋土板內(nèi)力計算擋土板是以肋柱為支座的簡支梁，其計算跨度Ip為擋土板兩支座中心的距離，如圖5。其荷載(q)取擋土板所在位置土壓力的平 均值，即1q h(；匚)2式中二'、二'' 為擋土板高h上下二邊緣垂直擋土板方向的單位土 壓力跨中最大彎矩Mmaxql2，支座處的剪力Q Jqlp8 21 11 1;1n1 1f 1101圖5擋土板彎矩剪力圖d）肋柱、擋土板的配筋計算肋柱、擋土板是受彎構(gòu)件，在各項內(nèi)力（彎矩、剪力）求得后， 即可進行配筋計算。d）灌注錨桿的設(shè)計一般錨桿設(shè)計的主要內(nèi)容可分為錨桿截面、錨桿長度和錨頭（聯(lián) 結(jié)）設(shè)

9、計三部分。錨桿截面設(shè)計、即選用鋼筋的規(guī)格及所需的截面、并根據(jù)鋼筋束（或鋼絲束）的斷面形狀以及灌注管的尺寸決定鉆孔直徑。為提高錨 桿的承載能力，可選用低合金鋼或高強度鋼絲。錨桿長度設(shè)計包括有效毛固段和非錨固段兩部分，有效錨固段的長度應(yīng)根據(jù)抗拔的需要而決定，非錨固段的長度按建筑物與穩(wěn)定地層之間的實際距離而定錨桿一般是向下傾斜或接近水平方向的（一般沿水平向下傾斜不 大于45°角）。錨頭設(shè)計包括選擇錨桿和肋柱的連接形式以及肋柱的局部承載壓 計算。1、 錨桿的鋼筋計算錨桿按軸心受拉桿件設(shè)計。要求水泥沙漿（或混凝土）的裂縫不 超過容許寬度，以防鋼筋銹蝕。2、錨桿的有效錨固長度計算在巖層中的灌注錨

10、桿，由于巖層對于錨孔砂漿的單位摩阻力大于砂漿對鋼筋的單位握固力，因而錨固長度取決于砂漿的握固力， 為了保證砂漿有良好的握固力，一般采用不低于M30的水泥砂漿。為了使錨桿的錨固力大于鋼筋的抗拉強度，要求.2-_:dLaU(二d44u式中 La 最小錨固長度;鋼筋的極限抗拉強度;u鋼筋與砂漿的粘結(jié)力；K 安全系數(shù)，一般取 23； d鋼筋直徑。在半巖質(zhì)或土質(zhì)地層內(nèi)，錨桿的抗拔能力取決于砂漿與周圍地層接觸面上的抗剪強度，故錨桿的有效錨固長度為:KN式中 K 安全系數(shù)，一般取 23;D 錨孔直徑；K 錨固段砂漿與地層間的抗剪強度，此值應(yīng)與地層內(nèi)的抗剪強度比較，取用小值；Nn 錨桿承受的拉力。為了安全和穩(wěn)

11、定性的要求，錨桿的有效錨固長度除應(yīng)滿足公式計算的要求外，在巖層中，一般不應(yīng)小于4米，在半巖質(zhì)和土質(zhì)地層中,一般不應(yīng)小于5米。第三章錨桿擋土墻計算（一）已知條件1、錨桿擋土墻斷面如圖6所示，墻身分為上、下兩級，肋柱就 地灌注。間距l(xiāng)=3.0m。錨桿的位置根據(jù)肋柱支點及跨中彎矩大致相等 的原則布置，傾角（3 =15°。2、墻厚的土體為侏羅系沙溪廟組，巖性為砂質(zhì)與砂質(zhì)泥巖不等厚互層，巖石單軸極限飽和抗壓強度分別為2840Mpa和58MPa<采用丫 =25KN/m3,=55°。3、構(gòu)件按極限狀態(tài)法（參照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范TJ2005）進行計算（二）土壓力計算墻背土壓力按庫

12、倫公式計算，取-,tgU i)二-tgJ 2.(tgJ 2 ctg'-i)(tg-2 tg(：i)'十-iJ =- ： -ii = arctg (1/1.25):=arctg (0.25)求解：v -26.35°上墻：作用在肋柱單位長度上的土壓力為：在底端 qi5 二 H 上上l =55.63KN /m下墻：下墻的土壓力按延長墻背法計算，從下墻墻背作延長線與墻背土坡 延長線相交于一點，這點即為虛設(shè)的墻頂，距平臺的垂直高度為12m, 見圖6。q° 二呦 12 =43.78KN /mq“5 = -l 27 =98.50KN /m（三）肋柱的內(nèi)力計算1、上墻為兩端

13、懸臂的連續(xù)梁，如圖 7所示，通過有限元軟件計算， 求得肋柱各點的彎矩和剪力，繪制彎矩圖和剪力圖，見圖8,計算結(jié)果見表1。彎矩單位：KN.M，剪力單位：KN。圖7計算結(jié)果表1單 元左彎距左軸力左剪力右彎距右軸力右剪力支點反力14.77E-150.00E+00-2.22E-15-4.95E+000.00E+00-7.42E+002-4.95E+000.00E+001.89E+01-2.82E+01r 0.00E+00-4.04E+01263-2.82E+010.00E+004.64E+01-6.03E+010.00E+00-7.23E+01874-6.03E+010.00E+009.24E+01-

14、2.72E+01P 0.00E+00-8.57E+011655-2.72E+010.00E+005.38E+01-5.06E-140.00E+00-3.20E-141399LOLO44.3圖82、下墻視為底端簡支的連續(xù)梁，如圖9所示，通過有限元軟件計算， 求得肋柱各點的彎矩和剪力，繪制彎矩圖和剪力圖，見圖10，計算結(jié)果見表2。彎矩單位：KN.M，剪力單位：KN。3.003.003.003.0043.78下墻肋柱支點計算結(jié)果表 2單 元左彎距左軸力左剪力右彎距右軸力右剪力支點力13.11E-150.00E+00-1.42E-14-2.25E+010.00E+00-4.56E+012-2.25E+

15、011 0.00E+006.83E+01-4.75E+01 10.00E+00-9.04E+01113.903-4.75E+010.00E+009.21E+01-5.03E+010.00E+00-9.94E+01182.494-5.03E+010.00E+001.05E+02-6.32E+010.00E+00-1.19E+02204.545-6.32E+010.00E+001.28E+02-5.81E+010.00E+00-1.30E+02246.806-5.81E+010.00E+001.23E+020.00E+00 0.00E+00-6.70E+01252.3067.03unl-OCff

16、T f no f f 3.:ja odf130圖 10(四) 、肋柱的配筋計算1、已知條件(1) 材料：20mm。C30混泥土：軸心抗壓強度設(shè)計值 fc=14.3N/mm2;HRB335鋼筋：抗拉強度設(shè)計值fy=300N/mm2，直徑為(2) 構(gòu)件強度設(shè)計安全系數(shù)：K=1.4 (基本安全系數(shù))X 1.2 (附 加安全系數(shù))=1.7(3)肋柱的截面尺寸為：hx b=500mmX400mm 2、肋柱按最大彎矩M max= 63.2KN.m，最大剪力 Qmax= 123KN配筋。(1) 最大彎矩處截面的配筋計算截面有效高度等于h0 =500 一26 = 474mmKMas 二maxfcbho107.

17、44 10614.3 400 4742-0.0836士 =1 - .1 -2as =1 - 1 - 2 0.0639 =0.0874氏二 bh0 fc / fy0.0874* 400* 474*14.33002=790mm選用4 $2 0, A = 4* 二 * 202 /4 = 1256mm2 ' 790mm2 (可)(2) 檢算裂縫寬度sk0.87h0As663.2"00.87 474 4 - 202/4-122N/mm2Ae =0.5bh =0.5 400*500 =105OeAs1256105-0.01256d eq4 2024 1* 20=20叩=1.1-0.65f

18、tk'te 二 sk=1.10.652.010.01256 122=0.2474maxd厶(1.9c 0.08)Este= 2.1 0.2474(1.9 50 0.0820)2.0X050.012560.07mm乞 0.2mm(3) 檢算截面的抗剪強度Qmax =1.7 123 =209KNho _ 474b - 400=1.18540.25 1cfcbh0 =0.25 1.0 14.3 400 474 =677820N =677.82KN - Qmax滿足受剪截面的要求。1 1800 4800 4h。:h =（）仁（）4 =18000.7 - hftbh =0.7 1 1.43 40

19、0 474 =189789.6N 190KN - Qmax，不需要配置箍筋，只配置構(gòu)造箍筋(五) 擋土板設(shè)計1、已知條件(1)擋土板長度1=3.0m,矩形截面尺寸：b=100cm, h=20cm(2) 擋土板按下墻頂以下15.0米處土壓力計算：q =-32.8KN /m(3) 斜截面受剪的強度設(shè)計安全系數(shù)：K =1.7(4) 材料：混凝土 一一C30,鋼筋一一HRB 335 鋼筋，二 20mm2、板的配筋計算（1）計算彎矩及剪力12 12Mmax=K ql2 =1.7 32.8 32 =62.73KN.M8 81 1Qmax =K ?ql =1.7 ? 32.8 3=83.64KN.M（2）計

20、算縱向受力鋼筋h0 =200 -44 = 156 mmMmax62.73 燈069s22fcbho14.3 1000 1562=1 一 1二2as =1 -，1 -2 0.18 =0.2As 二 bh°fc / fy0.2*1000*156*14.3300=1487.2mm2222選用 5© 18, Ag =5*二* 20 /4 = 1571mm 1487.2mm （可）(3)檢算裂縫寬度sk0.87h0As36.9 x10620.87 156 5 二 202 /4=173N / mm2Ae =0.5bh =0.5 1000* 200 =105“Ar臥0.01571d eq5 202205 1* 20f2 01= 1.1-0.65 J =1.1 -0.650.62PteJk0.01571X73o（d17320max f 亠（1.9c 0.08）=2.1 0.625 （1.9 44 0.08）= 0.2089mmEsPte2.0 汽 100.015710.2mm(4) 檢算截面的抗剪強度虹=J56_b 1000= 0.15640.25 -cfcbh0.25 1.0 14.3 1000 156 =677820N =557.7KN - Qmax滿足受剪截面的要求。1h。80°d 彳 ）4 =18000.7 -