錨桿工程課件

1、第四章 基坑支護技術4.1 無支護開挖設計4.2 土釘墻支護4.3 錨桿支護4.4 水泥土重力式擋墻4.5 樁墻式圍護結構4.6 內(nèi)支撐體系4.7 逆作法工程4.3 錨桿支護支擋結構錨桿系統(tǒng)地下連續(xù)墻灌注樁各種板樁支擋結構錨固段自由段錨頭和墊塊錨桿系統(tǒng)4.3.1 錨桿支護原理與特點 巖體和土層的錨固是一種把受拉桿件埋入地層使其得以穩(wěn)定的技術。巖土錨桿能充分發(fā)揮巖土能量，調(diào)用和提高巖土的自身強度和自穩(wěn)能力，從而大大減輕結構物自重，節(jié)約工程材料，并確保施工安全與工程穩(wěn)定，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，因而世界各國都在開發(fā)利用這門技術。 巖土錨固技術幾乎遍及土木建筑領域的各個方面，包括：邊坡、基坑、

2、隧洞、地下工程、壩體、碼頭、海岸、橋梁、高聳結構及懸索建筑的拉力型基礎。作用力來源：支擋結構后方土體的側向壓力是造成基坑破壞的主要原因。假定滑移面：假定土體沿傾角為(45-/2)的平面滑動，錨桿拉力、滑移面摩擦力和滑動土體自重構成極限平衡。錨桿的支護機理：錨桿的技術優(yōu)點： 在天然土層中，錨固方法以鉆孔灌漿為主，一般稱為灌漿錨桿；受拉桿件有粗鋼筋、高強鋼絲及鋼絞線等不同的類型。 1.用錨桿代替內(nèi)支撐，它設置在圍護墻背后，因而在基坑內(nèi)有較大的空間，有利于土方施工； 2.錨桿施工機械及設備的作用空間不大，因此可為各種地形及場地選用； 3.錨桿的設計拉力可由抗拔試驗來獲得，因此可保證設計有足夠的安全度

3、； 4.預應力錨桿可采用預加拉力，以控制結構的變形量； 5.施工時的噪聲和振動均很小； 凡是以錨桿為主體、控制圍巖的變形與破壞、維護圍巖穩(wěn)定的，統(tǒng)稱為錨桿支護。錨桿支護形式單體錨桿支護錨桿+噴射混凝土支護錨桿+鋼筋網(wǎng)支護錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土支護錨桿+鋼帶支護錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼帶支護錨桿+桁架支護錨桿+鋼筋網(wǎng)+桁架支護錨索支護錨桿支護形式：錨固技術分類按應用對象按是否施加預應力按錨固機理按傳力方式按錨固體形態(tài)巖石錨固土層錨固海洋錨固預應力錨固非預應力錨固黏結型錨桿摩擦型錨桿端頭錨固型錨桿混合型錨桿壓力型錨桿拉力型錨桿剪力型錨桿圓柱型錨桿端部擴大型錨桿連續(xù)球體型錨桿錨固技術分類：1-錨具；2-承

4、壓板；3-臺座；4-支擋結構；5-鉆孔；6-注漿防腐處理；7-預應力筋；8-錨固體；9-端部擴大頭；10-連續(xù)球體；lf-自由段長度；la-錨固段長度圓柱型錨固擴大端部錨固連續(xù)球型錨固錨固體形態(tài)：4.3.2 錨桿的設計錨桿的應用應符合下列規(guī)定： 1.錨拉結構宜采用鋼絞線錨桿；承載力要求較低時，也可采用鋼筋錨桿；當環(huán)境保護不允許在支護結構使用功能完成后錨桿桿體滯留在地層內(nèi)時，應采用可拆芯鋼絞線錨桿； 2.在易塌孔的松散或稍密的砂土、碎石土粉土、填土層，高液性指數(shù)的飽和黏性土層，高水壓力的各類土層中，鋼絞線錨桿、鋼筋錨桿宜采用套管護壁成孔工藝； 3.錨桿注漿宜采用二次壓力注漿工藝； 4.錨桿錨固段

5、不宜設置在淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土及松散填土層內(nèi)； 5.在復雜地質(zhì)條件下，應通過現(xiàn)場試驗確定錨桿的適用性。錨固體單元錨固體受力狀態(tài) 當錨固段錨固受力Ti時，首先通過錨桿與周邊水泥砂漿的握裹力u傳到砂漿中，然后通過砂漿傳到周圍土體。隨著拉力的增加，當錨固段內(nèi)發(fā)揮最大粘結力時，就發(fā)生與土體的相對位移，隨即發(fā)生土與錨桿的摩阻力，直到極限摩阻力。錨桿的抗拔作用：影響錨桿抗拔力的因素： 1.土層對抗拔力的影響； 錨桿孔壁對砂漿的摩阻力取決于土層的抗剪強度 2.灌漿對抗拔力的影響； 增大灌漿壓力后，水泥漿會更多地滲入到周圍土層中去，增加了錨固體與土層的摩阻力； 3.錨桿形式對抗拔力的影響； 錨固段形

6、式不同，其極限抗拔力差別很大。錨桿的極限抗拔承載力應符合下式要求：錨桿抗拔安全系數(shù)，安全等級為一級、二級、三級的支護結構，分別不小于1.8、1.6和1.4錨桿軸向拉力標準值；錨桿極限抗拔承載力標準值；錨桿的承載力設計：錨桿的軸向拉力標準值應按下式計算：錨桿傾角錨桿水平間距擋土構件計算寬度內(nèi)的彈性支點水平反力擋土結構計算寬度錨桿軸向拉力標準值錨桿的軸向拉力標準值錨桿和內(nèi)支撐對擋土結構作用力Fh應按下式確定擋土構件在支點處的水平位移值；擋土結構計算寬度內(nèi)的法向預加力；采用錨桿時，宜取0.75Nk0.9Nk擋土結構計算寬度內(nèi)彈性支點剛度系數(shù)；設置錨桿或支撐時，支點的初始水平位移值；錨拉式支擋結構的彈

7、性支點剛度系數(shù)kR應按下列規(guī)定確定(Q-s)曲線上對應于荷載為Q1、Q2的錨頭位移值；錨桿循環(huán)加荷或逐級加荷試驗中（Q-s）曲線上對應錨桿鎖定值與軸向拉力標準值的荷載值錨桿水平間距；根據(jù)錨桿拉拔試驗按下式計算：錨拉式支擋結構的彈性支點剛度系數(shù)kR應按下列規(guī)定確定注漿固結體的截面面積錨桿桿體的彈性模量錨桿水平間距；缺少錨桿拉拔試驗數(shù)據(jù)時，可按下式計算：錨桿的復合彈性模量錨桿桿體的截面面積錨桿長度錨桿的自由段長度當錨桿腰梁或冠梁的撓度不可忽略不計時，應考慮梁的撓度對彈性支點剛度系數(shù)的影響錨桿的極限抗拔承載力應按下列規(guī)定確定：錨桿的錨固體直徑錨固體與第i土層的極限粘結強度標準值錨桿的錨固段在第i土層

8、中的長度，錨固段長度為錨桿在理論直線滑動面以外的長度1.錨桿極限抗拔承載力應通過抗拔試驗確定；2.錨桿極限抗拔承載力也可按下式估算，但應通過抗拔試驗驗證；3.當錨桿錨固段主要位于黏土層、淤泥質(zhì)土層、填土層時，應考慮土的蠕變對錨桿預應力損失的影響，并應根據(jù)蠕變實驗確定錨桿的極限抗拔承載力。錨桿的極限抗拔承載力錨桿的非錨固段長度應按下式確定，且不應小于5m。錨桿傾角錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離擋土構件的水平尺寸O點以上各土層按厚度加權的等效內(nèi)摩擦角錨桿非錨固段長度基坑底面至基坑外側主動土壓力強度與基坑內(nèi)側被動土壓力強度等值點O的距離；錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離；對成層土，當存在多個等值點時應

9、按其中最深的等值點計算；錨桿桿體的受拉承載力應滿足下式要求：錨桿軸向拉力設計值預應力筋抗拉強度設計值；當錨桿桿體采用普通鋼筋時，取普通鋼筋的抗拉強度設計值預應力筋的截面面積例題：在一均質(zhì)土層中開挖基坑，基坑安全等級為一級，深度為8m，擬采用樁錨支護形式，已知樁徑0.8m，樁間距1.5m，采用一樁一錨設計。土的重度=18KN/m3，內(nèi)聚力c=10KPa，內(nèi)摩擦角=20。錨桿設置在地面下3m的位置，錨桿直徑160mm，傾角15，計算得到擋土構件計算寬度內(nèi)的彈性支點水平反力為260KN，若土體與錨桿桿體極限摩阻力標準值為50KPa，要滿足錨桿抗拔安全系數(shù)要求，該層錨桿長度至少應為多少？4.3.3 腰

10、梁的設計腰梁是錨桿與支擋結構之間的傳力構件，可采用鋼筋混凝土梁或型鋼組合梁。1-錨具；2-承壓板；3-腰梁；4-圍護結構；5-錨桿桿體；6-綴板；7-墊塊鋼筋混凝土腰梁雙工字鋼組合腰梁雙槽鋼組合腰梁4.3.4 穩(wěn)定性計算基坑的穩(wěn)定性驗算主要是計算基坑在外荷載的作用下是否喪失穩(wěn)定?；邮Х€(wěn)主要有兩種形態(tài)： 1.因基坑強度不足、地下水滲流作用而造成的基坑內(nèi)外側土體整體滑動失穩(wěn)；基坑底土因承載力不足而隆起；地層因承壓水作用發(fā)生管涌、滲流等現(xiàn)象，導致基坑工程破壞。 2.因樁（墻）、支撐（錨桿）體系的強度、剛度和穩(wěn)定性不足而引起的支護結構體系的破壞，引起基坑倒塌。4.3.5 錨桿支護的施工工藝錨桿施工過

11、程，包括鉆孔、安放拉桿、灌漿和張拉錨固。錨桿制作注漿管制作成束鉆孔清孔安放錨桿注漿管束第一次注漿第二次注漿安裝橫梁支座預張檢驗錨定水泥砂漿拌制水泥砂漿拌制1.施工前準備工作 做好錨桿施工分項組織設計； 與挖土方作業(yè)配合，使挖方作業(yè)面低于錨桿頭標高5060cm，并平整好錨桿操作范圍內(nèi)的場地，以便于鉆孔機施工； 采用濕作業(yè)施工時，要挖好排水溝、沉淀池、集水坑，準備好水泵，使成孔時排出的泥水通過排水溝到沉淀池，再入集水坑用水泵抽出，同時準備好鉆孔用水； 其他準備，包括：電源、注漿機泵、注漿管鋼索、腰梁、預應力張拉設備等。2.鉆孔 土層錨桿的鉆孔工藝，直接影響土層錨桿的承載能力、施工效率和整個支護工程

12、的成本。 鉆孔的成本一般占總成本的30%以上，有時甚至超過50%。 鉆機就位后，先調(diào)整鉆桿的傾斜角度，鉆孔時注意盡量不要擾動土體，盡量減少土的液化，減少原來應力場的變化，盡量不使自重應力釋放。2.1 鉆孔機械選擇對土層錨桿鉆孔用鉆機的具體要求為： 通過回轉、沖擊鉆具等鉆進方式將動力傳給鉆頭，使鉆頭具有適宜的轉速（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； 能通過鉆具向鉆頭傳遞足夠的軸向壓力，并有相當?shù)恼{(diào)節(jié)范圍，使鉆頭能有效地切入或壓碎土體或巖石； 能調(diào)整和控制鉆頭的給進速度，保證連續(xù)鉆進； 能變換鉆進角度和按一定的技術經(jīng)濟指標鉆進設計規(guī)定的直徑和深度； 能完成升降鉆具的工作，具備

13、完成糾斜、處理孔內(nèi)事故等的技術性能。土質(zhì)鉆孔深度地下水旋轉式鉆孔機沖擊式鉆孔機旋轉沖擊式鉆孔機根據(jù)可選2.2 鉆孔方法選擇鉆孔方法選擇主要取決于土質(zhì)和鉆孔機械螺旋鉆孔干作業(yè)法：當土層錨桿處于地下水位以上，呈非浸水狀態(tài)時，宜選用不護壁的螺旋鉆孔干作業(yè)法來成孔，該法對黏土、粉質(zhì)黏土、密實性和穩(wěn)定性較好的砂土等土層都使用。鉆孔與插入鋼拉桿合為一道工序鉆孔與安放鋼拉桿分為兩道工序螺旋鉆孔干作業(yè)施工方法壓水鉆進成孔法：該法是土層錨桿施工應用較多的一種鉆孔工藝。它可以把鉆孔過程中的鉆進、出渣、固壁、清孔等工序一次完成，可以防止坍孔，不留殘土，軟、硬土都能適用。潛鉆成孔法：利用風動沖擊式潛孔沖擊器成孔，宜用

14、于孔隙率打、含水量較低的土層中。該法成孔速度快，孔壁光滑而堅實，由于不出土，孔壁無坍落和堵塞現(xiàn)象。2.2 鉆孔方法選擇土層錨桿的鉆孔應注意的特點和應達到的要求如下：孔壁要求平直，以便安放鋼拉桿和灌注水泥漿；孔壁不得坍塌和松動，否則影響鋼拉桿安放和土層錨桿的承載能力；鉆孔時不得使用膨潤土循環(huán)泥漿護壁，以免在孔壁上形成泥皮，降低錨固體與土壁間的摩阻力；土層錨桿的鉆孔多數(shù)有一定的傾角，因此孔壁的穩(wěn)定性較差；由于土層錨桿的長細比很大，孔洞很長，保證鉆孔的準確方向和直線性較苦難，容易偏斜和彎曲。2.3 鉆孔的容許偏差錨桿的施工偏差應符合下列要求（JGJ120-2012）：鉆孔空位的允許偏差應為50mm；

15、鉆孔傾角的允許偏差應為3；桿體長度不應小于設計長度；自由端的套管長度允許偏差應為50mm。2.4 鉆孔的擴孔機械擴孔爆炸擴孔水力擴孔壓漿擴孔2.5 鋼拉桿的制作 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)有材料的情況來選擇。承載能力較小時，多用粗鋼筋，承載能力較大時，多用鋼絞線。 為了將拉桿安置在鉆孔的中心，防止自由段產(chǎn)生過大的撓度和插入鉆孔時不攪動土壁；對錨固段為了增加拉桿與錨固體的握裹力，在拉桿表面需設置定位器。三角支撐撐筋環(huán)鋼管支架船形支架2.6 灌漿壓力灌漿時土層錨桿施工中的一個重要工序。灌漿的作用是：形成錨固段，將錨桿錨固在

16、土層中；防止鋼拉桿腐蝕；充填土層中的空隙和裂縫。灌漿漿液灌漿方法水泥砂漿（細砂）水泥漿一次灌漿法二次灌漿法一根灌漿管兩根灌漿管第一次灌注水泥砂漿第二次灌注水泥漿（或化學漿液）1-鋼絲束；2-灌漿管；3-第一次灌漿體；4-第二次灌漿體；5-土體2.7 預應力張拉 土層錨桿灌漿后，待錨固體強度達到80%設計強度以上，便可對錨桿進行張拉和錨固。預應力損失的因素主要有：張拉時由于摩擦造成的預應力損失；錨固時由于錨具滑移造成的預應力損失；鋼材松弛產(chǎn)生的預應力損失；相鄰錨桿施工引起的預應力損失；支護結構變形引起的預應力損失；土體蠕變引起的預應力損失；溫度變化造成的預應力損失。4.3.5 錨桿的檢測錨桿檢測

17、錨桿拉拔試驗錨桿軸向力量測錨桿安裝質(zhì)量的檢測必做選做錨桿蠕變試驗1. 錨桿抗拔試驗試驗設備： 錨桿抗拔試驗的試驗設備主要由加載裝置、量測裝置及反力裝置三部分。加載裝置一般采用穿心式液壓千斤頂；拉力量測課用壓力表或荷載傳感器；位移量測可用百分表或位移傳感器。試驗許可條件 現(xiàn)場鉆孔、灌漿后的錨桿，待砂漿強度達到15MPa或達到設計強度的75%后才能進行抗拔試驗。試驗數(shù)量 同一條件下的極限抗拔承載力試驗的錨桿數(shù)量不應少于3根。試驗方法 錨桿極限抗拔承載力試驗宜采用多循環(huán)加載法。錨桿極限抗拔承載力試驗，其錨頭位移測度和加卸載應符合下列規(guī)定 1）初始荷載下，應測度錨頭位移基準值3次，當每間隔5min的讀

18、數(shù)相同時，方可作為錨頭位移基準值； 2）每級加卸載穩(wěn)定后，在觀測時間內(nèi)測度錨頭位移不應少于3次； 3）在每級荷載的觀測時間內(nèi)，當錨頭位移增量不大于0.1mm時，可施加下一級荷載；否則應延長觀測時間，并應每隔30min測度錨頭位移1次，當連續(xù)兩次出現(xiàn)1h內(nèi)的錨頭位移增量小于0.1mm，可施加下一級荷載；終止加載條件 1）從第二級加載開始，后一級荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨頭位移增量大于前一級荷載產(chǎn)生的單位荷載下的錨桿位移增量的5倍； 2）錨頭位移不收斂； 3）錨桿桿體破壞。錨桿極限抗拔承載力標準值應按下列方法確定 1）錨桿的極限抗拔承載力，在某及試驗荷載下因出現(xiàn)滿足終止加載條件的現(xiàn)象而終止繼續(xù)加載情況時，應取終止加載時的前一級荷載值；未出現(xiàn)時，應取終止加載時的荷載值； 2）參加統(tǒng)計的試驗錨桿，當極限抗拔承載力的極差不超過其平均值的30%時，錨桿極限抗拔承載力標準值可取平均值；當極差超過平均值的30%時，宜增加試驗錨桿數(shù)量，并應根據(jù)極差過大的原因，按實際情況重新進行統(tǒng)計后確定錨桿極限抗拔承載力標