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1、土层锚杆工程计算实例摘要：土层锚杆已广泛应用于深基坑土方开挖的临时支护结构工程中。实践证明，采用土层锚杆的支护形式，对于简化支撑设计，改善施工条件，加快施工进度都起到很好的作用。关键词：土层锚杆锚杆的计算稳定性验算在高层建筑工程施工中，由于基础埋置较深，当基坑邻近又有原建筑物等障碍时，基础土方难以进行放坡开挖，这时可采用土层锚杆的形式支承支护结构。下面是某工程土层锚杆设计计算实例。一、工程概况该工程，基坑挖土深度H1=，土质均为砂土，挡土桩采用800mm的钻孔灌注桩，桩距为。该工程一面临街，两面临住宅楼，施工场地狭窄。由于环境条件限制，基础不能放坡开挖，需要采用支护桩挡土，进行垂直开挖。但支护
2、桩不能在地面上进行拉结，如采用悬臂式支护桩，桩的截面尺寸又难以满足要求。故拟采用一道土层锚杆与护壁桩进行拉结。二、有关计算参数根据地质钻探资料以及现场实际情况，确定有关计算参数如下：1、土层锚杆设置于地面以下处，水平间距，钻孔的孔径为140mm，土层锚杆的倾角=15（图1）；2、地面均布荷载按q=10KN/m2 计算；3、根据现场土层情况，计算主动土压力时，土的平均重力密度a= m3，计算被动土压力时，3土的平均重力密度 p=m；主动土压力处土的内摩擦角 a=38；被动土压力处土的内摩擦角 p=42；砂类土，土的内聚力 c=0。三、土层锚杆的计算土层锚杆的计算包括六部分的内容：一是作用在挡土桩
3、上的土压力计算；二是挡土桩的入土深度和土层锚杆的水平拉力计算；三是土层锚杆的抗拔计算（以此确定土层锚杆非锚固段的长度和锚固段的长度）；四是钢拉杆截面的选择计算；五是土层锚杆深部破裂面的稳定性验算；六是土层锚杆的整体稳定性验算。1、作用在挡土桩上的土压力计算（ 1）主动土压力系数Ka 和被动土压力系数Kp（ 2）作用在挡土桩上的土压力设挡土桩的入土深度为 t ，则1）主动土压力EA12）由地面均布荷载引起的附加压力EA23）被动土压力Ep2、挡土桩的入土深度计算（图1）根据建筑基坑支护技术规程（ JGJ120-99 ）的规定：在计算挡土桩的入土深度时，主动土压力Ea 应乘上（00为重要性系数，本
4、方案取 0=）。将作用在挡土桩上所有各力对B 点取力矩，则由MB=0得将 EA1=+t) 2，EA2= +t),Ep= 代入上式，并用试算法解得t= = =，按规范要求t 不应小于，故取入土深度t= 。3、计算土层锚杆的水平拉力TB根据以上计得的挡土桩入土深度t= ，重新计算主动土压力和被动土压力：由MD=0可求得土层锚杆所承受的拉力T 的水平分力TB：将上述 EA1=，EA2=， Ep=代入上式，可求得TB=214KN。由于土层锚杆的水平间距为（与挡土桩距相同），所以每根锚杆所承受的拉力的水平分力为：TB ,= 214=321KN。4. 土层锚杆的抗拔计算（图2）（ 1）求土层锚杆的非锚固段
5、的长度BF土层锚杆锚固段所在的砂土层：r= m 3, =36。由图2，在直角三角形BDE中，BE=（ +） tg(45 - )=(45 - )= 。236在 BEF中，由正弦定理可得2所以由上述计算得非锚固段的长度BF为.（ 2）求土层锚杆锚固段的长度FG土层锚杆拉力T 的水平分力TB， =321KN，其倾角=15，故土层锚杆的轴向拉力由于该土层锚杆是采用非高压灌浆锚杆，土体的抗剪强度z 可按下式进行计算： Z=c+k0rhtg（ 1）式中 c钻孔壁周边土的内聚力；钻孔壁周边土的内摩擦角；r 土体的重力密度；h锚固段上部土层的厚度；k0锚固段孔壁的土压系数，其值取决于土层的性质，k0=（砂土取
6、k0=1，粘土取k0=）。假设锚固段长度FG为 14m，在图 2 中， O点为锚固段的中点，则BO=BF+FO=+=.锚固段中点O至地面的距离h 为h=+BOsin15 =+ =将上述有关数据代入公式（1）得2 z = c+k 0rhtg =0+ =m.取安全系数K = ，则锚固段FG的长度为因此，原假设锚固长度FG为 14m应该进行修正。重新计算锚固段中点至地面的距离h:2 z= c+k 0rhtg =0+ =m锚固长度最后确定取锚固段的长度l=.5. 选择钢拉杆的截面尺寸选用 1 40 钢筋（ AS=），其强度设计值为2故其抗拉设计强度为：f y=300N/mm,Asf y= 300=37
7、6980N= T=（满足要求）6. 土层锚杆的深部破裂面稳定性验算在图3a 中，通过锚固体的中点C 与基坑支护结构下端的假想支承点b 连一直线bc，并假定bc线即为深部滑动线，再通过c 垂直向上作直线cd， cd即为假想墙。从图中可以看出，由假想墙、深部滑动线和支护结构包围的土体abcd上，除了土体自重G 之外，还有作用在假想墙上的主动土压力E1、作用于支护结构上的主动土压力的反作用力Ea 和作用于bc 面上的反力Q。当土体abcd处于平衡状态时，即可利用力的多边形法则求得土层锚杆所能承受的最大拉力A 及其水平分力 Ah。如果Ah 与土层锚杆设计的水平分力Ah之比大于或等于，则认为不会出现上述
8、的深部破裂面。即安全系数(2)式中 Ah土层锚杆的设计的水平分力；Ah 按下述方法进行计算：图 3b 为单根土层锚杆的力多边形， 如将各力化成其水平分力， 则从力的多边形分力的几何关系可以得到下面的计算公式：(3)式中 G假想墙与深部滑动线范围内的土体重量；Ea作用在基坑支护结构上的主动土压力的反作用力；E1作用在假想墙上的主动土压力；Q作用在bc 面上反力的合力；土的内摩擦角；基坑支护结构与土之间的摩擦角；深部滑动面与水平面间的夹角；a土层锚杆的倾角；Elh 、Eah分另为E1、 Ea。在本方案中，具体验算如下（图4）。每根土层锚杆的水平分力由上述计得TB， =312KN土体重设基坑支护结构与土之间的摩擦角=0，则作用在支护结构上主动土压力的反作用力（考虑地面荷载）为作用在假想墙OO上的主动压力为设土层锚杆所能承受的最大拉力为A，其水平分力为Ah, 由公式（ 3）得土层锚杆设计的水平分力Ah为Ah =TB,=321KN按公式（ 2）计算土层锚杆的深部破裂面稳定的安全系数K；（满足要求）。7. 土层锚杆的整体稳定性验算土层锚杆整体失稳时，土层滑动面在支护结构的下面，其验算方法可按土坡稳定的计算方法进行，此处从略。
