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1、预应力锚索+排桩支护技术理论2.1结构构成在基坑支护中，预应力锚索+排桩支护模式应用比较广泛，桩锚支护结构主 要包括的构件有：排桩、锚索、冠梁、腰梁等，它们之间相互联系，相互作用， 相互影响，形成一个有机的整体。（图2.1）图2.1桩锚结构简图2.2结构受力基坑周围桩体受到土压力、水压力及周围建筑物等荷载的作用，桩体有 着向基坑倾斜的趋势并产生了侧向位移。由于受到桩体侧向位移的影响，基坑底 面桩嵌固深度范围内的土体就会产生被动土压力来抵抗桩体承受的部分主动土 压力，而锚索由于预应力的作用，也会抵抗部分主动土压力。桩体所受的土压力 有：主动土压力、被动土压力及锚索的锚固力。如果锚索锚固力与被动土
2、压力之 和大于主动土压力，桩体就不会产生侧向位移，这时支护体系是有效的；如果锚 索锚固力与被动土压力之和小于等于主动土压力，桩体就会产生侧向的位移，如 果位移较小，在允许的范围内，我们认为支护是安全的，若超出了允许的范围， 则认为支护体系失效。另外桩体本身还应具有足够刚度和强度，避免在最大弯矩 处变形过大，在最大剪应力处发生剪切破坏阮,22。锚索受力情况复杂。由于拉杆、浆体、土体等部分的相互影响和作用，锚索 体系的工作机理难以分析清楚，再加上各部分材料性能差异也很大，更增加其复 杂性。工作机理：锚索的锚固力传到锚固段，当锚固段锚索受力后，通过锚索和 砂浆间的黏结力传到锚固体中，再通过锚固体与土
3、体之间的摩擦力传到土体深处。 单根锚索的承载力主要受以下两个因素的控制：锚固段胶结材料与孔壁的黏结力 以及胶结材料与钢丝或钢绞线之间的握裹力。锚索必须具有足够的强度以承受极 限拉力。钢材同胶结材料之间的握裹力比胶结材料同孔壁的粘结力大将近一倍， 不会发生破坏。因此，设计中可不考虑钢材与胶结材料的握裹力。重要工程需进 行钢材与胶结材料握裹力及锚固长度校核。许多研究和试验证明，锚固体与土层的摩擦力分布不均匀，锚固段剪应力的 分布沿孔壁呈倒三角形，沿锚固段长度迅速递减。当锚固段长到一定程度，锚固 力提高并不显著。并不是锚固段越长，其锚固力越大。所以增加锚固段长度的作 用是有限的阪。2.3计算理论2.
4、3.1 土压力计算根据支护结构的位移方向和大小的不同，可以将土压力分为三种基本类型: 静止土压力、主动土压力和被动土压力目。（1）静止土压力计算静止土压力是墙体无侧向变位或者侧向变位微小时，土体作用于墙面上的 土压力。其基本假定为：地表面水平，墙背竖直且光滑。p0 =G z + q）K0（2.1）1（2.2）E =-y H 2 K020y 土的重度z 计算点深度q地面均布荷载K 0 计算点处土的静止土压力系数p0该深度的侧向土压力E0 静止土压力（合力）（2）主动土压力计算朗肯土压力的基本假定有：地表面水平，墙背竖直、光滑。在无粘性土中，主动土压力计算如下：p =y zK=tan2 45o-
5、2 J(2.3)(2.4)(2.5)Ka 计算点处土的主动土压力系数土的内摩擦角在粘性土中，主动土压力计算如下：（2.6）p =yzK - 2c 底（2.7）2cz 0 Ka（2.8）c土的粘聚力（3）被动土压力计算在无粘性土中，被动土压力计算如下：PpfK（2.9）K = tan2 45。+ p I 2 J（2.10）（2.11）Kp 计算点处土的被动土压力系数在粘性土中，被动土压力计算如下：(2.12)(2.13)p =y zK + 2c JKE = 2yH2Kp + 2cH iK2.3.2结构分析锚拉式支挡结构，可将整个结构分解为挡土结构、锚拉结构（锚杆及腰梁、 冠梁）分别进行分析；挡土
6、结构宜采用平面杆系结构弹性支点法进行分析；作用 在锚拉结构上的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力旧。采用平面杆系结构弹性支点法时，宜采用图2.2所示的结构分析模型。图2.2锚拉式支挡结构弹性支点法计算简图1一挡土构件；2一由锚杆简化而成的弹性支座；3一计算土反力的弹性支座作用在挡土构件上的分布土反力可按下列公式计算：(2.14)p = kv + p挡土构件嵌固段上的基坑内侧分布土反力应符合下列条件：尸 Ep(2.15)当不符合公式(2.15)的计算条件时，应增加挡土构件的嵌固长度或取Ps = Ep时的分布土反力。式中：p 分布土反力(kPa)；k 土的水平反力系数(kN/m3)；一挡土构件在分
7、布土反力计算点的水平位移值(m)；p 初始土反力强度(kPa)； s 0P 作用在挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力合力(kN)； sE作用在挡土构件嵌固段上的被动土压力合力(kN)。 p挡土构件内侧嵌固段上土的水平反力系数可按下列公式计算：(2.16)k = mz 一 h/式中：m 土的水平反力系数的比例系数(kN/m4)；z计算点距地面的深度(m)；h 计算工况下的基坑开挖深度(m)。土的水平反力系数的比例系数(m)宜按桩的水平荷载试验及地区经验取值， 缺少试验和经验时，可按下列经验公式计算：(2.17)c、9 取值；式中：m 土的水平反力系数的比例系数(MN/m4)土的粘聚力(kPa)、内
8、摩擦角( )；对多层土，按不同土层分别vb挡土构件在坑底处的水平位移量(mm)，当此处的水平位移不大于 10mm 时，可取 v =10mm。排桩的土反力计算宽度应按下列规定计算：b0 = 0.9(1.5d + 0.5)(d 1m)0对于圆形桩(2.18)(2.19)式中：b0单桩土反力计算宽度(m)；当按式(2.18)及式(2.19)计算的b大于排桩间距时，取b0等于排桩间距；d桩的直径(m)。(2.20)锚杆和内支撑对挡土构件的作用应按下式确定： Fh = kR R VR0 )+ P式中：F 挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力(kN)； hkR计算宽度内弹性支点刚度系数(kN/m)； vR
9、挡土构件在支点处的水平位移值(m)；Vr0设置支点时，支点的初始水平位移值(m)；P -挡土构件计算宽度内的法向预加力(kN)；采用锚杆或竖向斜撑时， h取P = P cos a. b / s ；采用水平对撑时，取P = P - b / s ；对不预加轴向压力的支haha撑，取4=0；锚杆的预加轴向拉力P宜取(0.75 Nk0.9、)，支撑的预加轴 向压力P宜取(0.5 N0.8 Nk)，此处，P为锚杆的预加轴向拉力值或支撑的 预加轴向压力值，a为锚杆倾角或支撑仰角，b为结构计算宽度，s为锚杆或支 撑的水平间距，、为锚杆轴向拉力标准值或支撑轴向压力标准值。锚拉式支挡结构的弹性支点刚度系数宜通过
10、锚杆抗拔试验按下式计算：I(Q - Qk =1A-a(2.21)R*2-s1 )s式中：Q1、Q2 锚杆循环加荷或逐级加荷试验中(Qs)曲线上对应锚杆锁定 值与轴向拉力标准值的荷载值(kN)；s1、s2(Qs)曲线上对应于荷载为Q1、Q2的锚头位移值(m)；b 结构计算宽度(m)；as 锚杆水平间距(m)。对拉伸型钢绞线锚杆或普通钢筋锚杆，在缺少试验时，弹性支点刚度系数也 可按下列公式计算：3EE A Ab(2.22)(2.23)R (3E Al + Al ) 5 c f spaE = EAp + Em - Ap)cA式中：E 锚杆杆体的弹性模量(kPa)；E 锚杆的复合弹性模量(kPa)；A
11、C锚杆杆体的截面面积(m 2 )； pA 锚杆固结体的截面面积(m 2 )；l 锚杆的自由段长度(m)；l 锚杆的锚固段长度(m)；fE 锚杆固结体的弹性模量(kPa)。m2.3.3锚杆设计1) 锚杆的应用应符合下列规定丽:(1) 锚拉结构宜采用钢绞线锚杆；当设计的锚杆抗拔承载力较低时，也可 采用普通钢筋锚杆；当环境保护不允许在支护结构使用功能完成后锚杆杆体滞留 于基坑周边地层内时，应采用可拆芯钢绞线锚杆；(2) 粘性土层， 成孔工艺；(3)(3) 层内；(5)在易塌孔的松散或稍密的砂土、碎石土、粉土层，高液性指数的饱和 高水压力的各类土层中，钢绞线锚杆、普通钢筋锚杆宜采用套管护壁锚杆注浆宜采
12、用二次压力注浆工艺；锚杆锚固段不宜设置在淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土及松散填土 在复杂地质条件下，应通过现场试验确定锚杆的适用性。2) 锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求：(2.24)式中：K 锚杆抗拔安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构， tK分别不应小于1.8、1.6、1.4；N锚杆轴向拉力标准值(kN)； kRk 锚杆极限抗拔承载力标准值(kN)。3) 锚杆的轴向拉力标准值应按下式计算：(2.25)N = FhS k b COSaa式中：N 锚杆的轴向拉力标准值(kN)；kF 挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力(kN)； hs 锚杆水平间距(m)；b 结构计算宽度(m)；a
13、a 锚杆倾角( )。4) 锚杆极限抗拔承载力的确定应符合下列规定：(1) 锚杆极限抗拔承载力应通过抗拔试验确定。(2) 锚杆极限抗拔承载力标准值也可按下式估算，但应按抗拔试验进行验 证：Rk=dE qslkll(2.26)式中：d 锚杆的锚固体直径(m)；l 锚杆的锚固段在第i土层中的长度(m)；锚固段长度(la)为锚杆在理 论直线滑动面以外的长度；aq 锚固体与第i 土层之间的极限粘结强度标准值(kPa)。sik(3) 当锚杆锚固段主要位于粘土层、淤泥质土层、填土层时，应考虑土的 蠕变对锚杆预应力损失的影响，并应根据蠕变试验确定锚杆的极限抗拔承载力。5) 锚杆的自由段长度应按下式确定(图2.
14、3)：平、(a + a - d tan a )sin(45。一一m)日lf ,_甲 _ 2 + cosa+1.5(2.27)式中：lf锚杆自由段长度(m)；a 锚杆的倾角()；a 1锚杆的锚头中点至基坑底面的距离(m)；a 2基坑底面至挡土构件嵌固段上基坑外侧主动土压力强度与基坑内侧 被动土压力强度等值点O的距离(m)；对多层土地层，当存在多个等值点时应按 其中最深处的等值点计算；d 挡土构件的水平尺寸(m)；O点以上各土层按厚度加权的内摩擦角平均值( )。图2.3锚杆计算简图锚杆自由段长度除应符合公式(2.27 )的规定外，尚不应小于5.0m。6) 锚杆杆体的受拉承载力应符合下式规定：N、%(2.28)式中：N锚杆轴向拉力设计值(kN)；f 预应力钢筋抗拉强度设计值(kPa)；当锚杆杆体采用普通钢筋时， 取普通钢筋强度设计值(f )；A 预应力钢筋的截面面积(m 2)。p7) 锚杆锁定值宜取锚杆轴向拉力标准值的0.750.9倍。8) 锚杆的布置应符合下列规定：(1) 锚杆的水平间距不宜小于1.5m；多层锚杆，其竖向间距不宜小于2.0m； 当锚杆的间距小于1.5m时，应根据群锚效应对锚杆抗拔承载力进行折减或相邻锚 杆应取不同的倾角；(2) 锚杆锚固
