錨桿擋土墻設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、大竹林車輛段錨桿擋土墻計(jì)算分析報(bào)告鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院2008年10月目 錄第一章 概述1第二章 錨桿擋土墻計(jì)算理論1第三章 錨桿擋土墻計(jì)算1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(jí)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(jī)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)根鋼筋組成；錨桿錨索以一束或數(shù)束鋼絞線

2、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(kuò)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(diǎn)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(jí)和每級(jí)擋土墻的高度來決定。當(dāng)布置為兩級(jí)或兩級(jí)以上時(shí)，級(jí)間可留12米的平臺(tái)，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。 肋柱視為支承于錨桿（或支承于錨桿和地基）的簡(jiǎn)支梁或連續(xù)梁。肋柱的底端視地基的強(qiáng)度及埋置深度，一般

3、設(shè)計(jì)時(shí)假定為自由或鉸支端，如基礎(chǔ)埋置較深且為堅(jiān)硬的巖石時(shí)，也可以作為固定端。當(dāng)?shù)锥斯潭〞r(shí)，應(yīng)考慮地基對(duì)肋柱基礎(chǔ)的固著作用而產(chǎn)生的負(fù)彎矩。 圖 1第二章 錨桿擋土墻計(jì)算理論錨桿擋土墻計(jì)算的主要內(nèi)容有：肋柱、錨桿和擋土板的內(nèi)力計(jì)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(jì)等。a) 肋柱和錨桿的內(nèi)力計(jì)算 假定肋柱與錨桿聯(lián)結(jié)處為一鉸支點(diǎn)，把肋柱視為簡(jiǎn)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(shí)，可假定按兩端懸臂的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，如圖2所示。 圖 2 假定肋柱為簡(jiǎn)支梁的計(jì)算草圖（1）肋柱的支點(diǎn)反力 式中 P作用于每根肋柱上的土壓力的合力 ； ； ； 、錨桿擋土墻

4、墻頂及底端的單位土壓力； 墻背摩擦角； l肋柱間距； L肋柱全長(zhǎng)，； 肋柱豎向傾角。 Z土壓力合力的作用點(diǎn)至肋柱底端的長(zhǎng)度， （2）肋柱的彎矩 令x為任意截面至肋柱頂?shù)拈L(zhǎng)度，則取由上式求得x值，代入即得AB間值。 （3）肋柱剪力 ii. 視肋柱為連續(xù)梁（包括底端固定）時(shí)的內(nèi)力計(jì)算（1）求肋柱的支點(diǎn)彎矩在求支點(diǎn)彎矩時(shí)，可采用彎矩分配法進(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(diǎn)的反力。截取連續(xù)梁的第n及n+1跨作為簡(jiǎn)支梁，如圖3所示，其支點(diǎn)反力為：在距左支點(diǎn)x處的截面內(nèi)，其彎矩及剪力為： 圖 3 連續(xù)梁某

5、一節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力計(jì)算 在以上各式中，及系指由于測(cè)向土壓力所引起的簡(jiǎn)支梁支點(diǎn)反力及任意截面的彎矩、剪力。連續(xù)梁第n支點(diǎn)反力等于來自該支點(diǎn)左右兩端的剪力之差： 等于跨度內(nèi)的左端反力。等于跨度內(nèi)的右端反力的負(fù)值。故第n個(gè)支點(diǎn)反力又可用下式表示：iii. 錨桿的內(nèi)力計(jì)算 截取肋柱某一支點(diǎn)n，如圖4所示。 圖 4 錨桿拉力與支點(diǎn)反力的關(guān)系由連續(xù)梁求得n支點(diǎn)反力為。令錨桿軸向力為，則肋柱的豎向傾角；錨桿對(duì)水平向的傾角。如，則。b) 肋柱底端支承應(yīng)力檢算i. 基底應(yīng)力檢算（1） 支點(diǎn)反力沿平行于肋柱的分力為： （2） 肋柱自重式中 a、b肋柱的寬度及厚度 H墻高 鋼筋混凝土容重。（3） 作用在肋柱基底上的諸力之

6、和為：（4） 基底應(yīng)力為： 式中 基底的容許應(yīng)力。ii. 基腳側(cè)向應(yīng)力為簡(jiǎn)化計(jì)算，令鉸支端的反力作用點(diǎn)在基腳埋深h的中心。肋柱底端視為鉸支時(shí)，故要求：視地基的堅(jiān)硬程度取0.51.0。c) 擋土板內(nèi)力計(jì)算 擋土板是以肋柱為支座的簡(jiǎn)支梁，其計(jì)算跨度lp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 式中 為擋土板高h(yuǎn)上下二邊緣垂直擋土板方向的單位土壓力。跨中最大彎矩，支座處的剪力。 圖 5 擋土板彎矩剪力圖d）肋柱、擋土板的配筋計(jì)算 肋柱、擋土板是受彎構(gòu)件，在各項(xiàng)內(nèi)力（彎矩、剪力）求得后，即可進(jìn)行配筋計(jì)算。d) 灌注錨桿的設(shè)計(jì)一般錨桿設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容可分為錨桿截面、

7、錨桿長(zhǎng)度和錨頭（聯(lián)結(jié)）設(shè)計(jì)三部分。錨桿截面設(shè)計(jì)、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(qiáng)度鋼絲。錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)包括有效毛固段和非錨固段兩部分，有效錨固段的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)抗拔的需要而決定，非錨固段的長(zhǎng)度按建筑物與穩(wěn)定地層之間的實(shí)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(jì)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(jì)算。1、 錨桿的鋼筋計(jì)算錨桿按軸心受拉桿件設(shè)計(jì)。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(zhǎng)度

8、計(jì)算在巖層中的灌注錨桿，由于巖層對(duì)于錨孔砂漿的單位摩阻力大于砂漿對(duì)鋼筋的單位握固力，因而錨固長(zhǎng)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(qiáng)度，要求即 式中 最小錨固長(zhǎng)度； 鋼筋的極限抗拉強(qiáng)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(qiáng)度，故錨桿的有效錨固長(zhǎng)度為：式中 K安全系數(shù)，一般取23; D錨孔直徑； 錨固段砂漿與地層間的抗剪強(qiáng)度，此值應(yīng)與地層內(nèi)的抗剪強(qiáng)度比較，取用小值； 錨桿承受的拉力。為了安全和穩(wěn)定性的要求，錨桿的有效錨固

9、長(zhǎng)度除應(yīng)滿足公式計(jì)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(jì)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(jí)，肋柱就地灌注。間距l(xiāng)=3.0m。錨桿的位置根據(jù)肋柱支點(diǎn)及跨中彎矩大致相等的原則布置，傾角=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(qiáng)度分別為2840Mpa和58MPa。采用=25KN/m3, 。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(jì)規(guī)范TJ2005）進(jìn)行計(jì)算。 圖 6 計(jì)算圖式（二）土壓力計(jì)算 墻背土壓力按庫倫公式計(jì)算，取， 求解：上墻：作用在

10、肋柱單位長(zhǎng)度上的土壓力為：在底端 下墻：下墻的土壓力按延長(zhǎng)墻背法計(jì)算，從下墻墻背作延長(zhǎng)線與墻背土坡延長(zhǎng)線相交于一點(diǎn)，這點(diǎn)即為虛設(shè)的墻頂，距平臺(tái)的垂直高度為12m，見圖6。（三）肋柱的內(nèi)力計(jì)算1、上墻為兩端懸臂的連續(xù)梁，如圖7所示，通過有限元軟件計(jì)算，求得肋柱各點(diǎn)的彎矩和剪力，繪制彎矩圖和剪力圖，見圖8，計(jì)算結(jié)果見表1。彎矩單位：KN.M，剪力單位：KN。 圖 7 計(jì)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(diǎn)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+

11、010.00E+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+01-2.72E+010.00E+00-8.57E+011655-2.72E+010.00E+005.38E+01-5.06E-140.00E+00-3.20E-14139 圖 82、下墻視為底端簡(jiǎn)支的連續(xù)梁，如圖9所示，通過有限元軟件計(jì)算，求得肋柱各點(diǎn)的彎矩和剪力，繪制彎矩圖和剪力圖，見圖10，計(jì)算結(jié)果見表2。彎矩單位：KN.M，剪力單位：KN。 圖 9下墻肋柱支點(diǎn)計(jì)算結(jié)果 表 2單元左彎距左軸力

12、左剪力右彎距右軸力右剪力支點(diǎn)力13.11E-150.00E+00-1.42E-14-2.25E+010.00E+00-4.56E+012-2.25E+010.00E+006.83E+01-4.75E+010.00E+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

13、-5.81E+010.00E+001.23E+020.00E+000.00E+00-6.70E+01252.3067.03 圖 10（四）、肋柱的配筋計(jì)算1、已知條件（1）材料：C30混泥土：軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=14.3N/mm2;HRB335鋼筋：抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=300N/mm2，直徑為20mm。（2）構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.4（基本安全系數(shù)）×1.2（附加安全系數(shù)）1.7。（3）肋柱的截面尺寸為：h×b=500mm×400mm。2、肋柱按最大彎矩max63.2KN.m，最大剪力Qmax123KN配筋。(1) 最大彎矩處截面的配筋計(jì)算截面有效高度等

14、于選用，（可）（）檢算裂縫寬度 （3）檢算截面的抗剪強(qiáng)度滿足受剪截面的要求。，不需要配置箍筋，只配置構(gòu)造箍筋。（五）擋土板設(shè)計(jì)1、已知條件（1）擋土板長(zhǎng)度l=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(jì)算：（3）斜截面受剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)： （4）材料：混凝土 C30，鋼筋HRB 335鋼筋，。2、板的配筋計(jì)算（1）計(jì)算彎矩及剪力（2）計(jì)算縱向受力鋼筋選用518，（可）（3）檢算裂縫寬度 （4）檢算截面的抗剪強(qiáng)度滿足受剪截面的要求。，不需要配置箍筋，只配置構(gòu)造箍筋。（六）錨桿1、錨桿的鋼筋計(jì)算（1）錨桿拉力上墻的錨桿采用：HRB335 25mm鋼筋，fy=300N/mm2。最大拉力：下墻的錨桿采用：12.7mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，極限張拉荷載Pu=184kN。最大拉力：（2）錨桿的鋼筋數(shù)量：上墻：鋼筋的安全系數(shù)：K=2.2。鋼筋的根數(shù)：計(jì)算結(jié)果見表3。下墻：預(yù)應(yīng)力錨索的安全系數(shù)：Fs1=2.5錨索的束數(shù)：計(jì)算結(jié)果見表4。（3）錨桿的錨固長(zhǎng)度如圖6所示，設(shè)墻后破裂體的破裂面為穩(wěn)定巖層的分界線。錨桿周邊的抗剪強(qiáng)度。安全系數(shù)K=2.5。根據(jù)錨固體與孔壁的抗剪強(qiáng)度確定的錨固段長(zhǎng)度 計(jì)算結(jié)果見表