高层建筑施工第三章 高层建筑深基坑支护7土锚设计与施工.ppt

第七节 土锚设计与施工一、土锚概述 土层锚杆，亦称土锚，它的一端与支护结构联结 ，另一端锚固在土体中，将支护结构所承受的荷载 （侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来 的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚 固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定 的土层中去 • 二、土锚计算 • 土层锚杆一般由拉杆、锚头、腰梁、自由段保 护套管和锚固体等组成如图3-70所示• 土锚根据潜在滑 裂面，分为自由 段（非锚固段）lf 和锚固段la （图3 -71）• 锚固段是承载力 的主要来源• （一）土锚布置 • 根据《建筑基坑支护技术规程》，土锚的上下排垂 直间距不宜小于2m；水平间距不宜小于1.5m；土锚 锚固体上覆土层厚度不宜小于4m • 土锚的倾角宜为15º～25º，且不应大于45º • 土锚自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面 1.5m土锚的锚固段长度不宜小于4m • 拉杆（拉索）下料长度，应为自由段、锚固段及外 露长度之和外露长度需满足锚固及张拉作业的要 求 • 土锚的锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等 级不宜低于M10• （二）土锚计算 • 1.土锚承载力计算：锚杆承载力计算，应符合下式 要求： • （3-18） • 式中 Td——锚杆水平拉力设计值，由式（3-18）计 算； • θ——锚杆与水平面的倾角； • Nu——锚杆轴向受拉承载力设计值。

• 规程规定，对安全等级为一级和缺乏地区经验的二 级基坑侧壁，土锚应进行基本试验（极限抗拔力试 验如图3-72），Nu值取基本试验确定的极限承载力 Pug除以受拉抗力分项系数； • 基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，可 按式（3-19）计算土锚轴向受拉承载力设计值，并 进行锚杆验收试验：式中 d1——扩孔锚固体直径（cm）； • d——非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直孔段锚固体直径（cm）； • l1——直孔部分的锚固段长度（cm）； • l2——土中扩孔部分的锚固段长度（cm）； • ——土体与锚固体的极限摩阻力标准值，应根据当地经验取值（ MPa） • γs——锚杆轴向受拉抗力分项系数，取1.3； • q—— 扩孔部分土层的抗压强度（MPa） •Pug——土层锚杆的极限抗拔力设计值（KN） • 基坑侧壁安全等级为三级时，亦按式（3-19）计算Nu值 • 对于塑性指数大于17的黏性土层中的土锚，应进行徐变试验• 2.拉杆（拉索）截面计算：普通钢筋的截面面积，按 下式计算 • （3-20） • 预应力钢筋的截面面积，按下式计算：• （3-21） • 式中 As、Ap——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的截面 面积； • fy、fpy——普通钢筋、预应力钢筋拉杆的抗拉强 度设计值。

• 3.锚杆自由段长度计算（如图3- 73） • • （3-22） • • Lt—锚杆锚头中点至基坑底面以 下基坑外侧荷载标准值与基坑 内侧抗力标准值相等处的距离 • —土体各土层厚度加权内摩 擦角标准值 • θ—锚杆倾角• 3.土锚计算实例 • 某大厦高24层，地下室2～3层，基础挖土13m， 土质为砂土和卵石，桩基采用直径800mm的人工 挖孔的灌注桩，桩距1.5m工程施工场地狭窄， 两面临街，一面紧靠民房，基础挖土不可能放坡 大开挖，需用支护结构挡土，垂直开挖，但挡土 板桩不能在地面进行拉结，如作为悬臂桩则截面 不满足要求，且变形亦大，因此决定采用一道土 锚拉结板桩• （1）土锚受力计算• 根据地质资料及施工条件，确定如下参数： • 1）土锚设置在地面下4.5m处，水平间距1.5m，钻孔的孔径 为ф140mm，土层锚杆的倾角为13o； • 2）地面均布荷载10KN/m2； • 3）计算主动土压力时，按照土层种类，土的平均重力密度， 计算被动土压力时，根据土层情况，土的重力密度。

主动土 压力处的内摩擦角，被动土压力处土的内摩擦角，土的粘聚 力c=0• A.挡土板桩的入土深度计算（图3-74）• 三、土层锚杆施工 • 土层锚杆施工，包括钻孔、安放拉杆、灌浆和张拉锚固 在正式开工之前还需进行必要的准备工作 • （一）施工准备工作 • 在土层锚杆正式施工之前，一般需进行下列准备工作： • 1.土层锚杆施工必须清楚施工地区的土层分布和各土层的 物理力学特性（天然重度、含水量、孔隙比、渗透系数、 压缩模量、凝聚力、内摩擦角等）这对于确定土层锚杆 的布置和选择钻孔方法等都十分重要； • 还需了解地下水位及其随时间的变化情况，以及地下水中 化学物质的成分和含量，以便研究对土层锚杆腐蚀的可能 性和应采取的防腐措施； • 2.要查明土层锚杆施工地区的地下管线、构筑物等的位置 和情况，慎重研究土层锚杆施工对它们产生的影响；• 3.要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响， 如土层锚杆的长度超出建筑红线、还应得到有关 部门和单位的批准或许可； • 同时也应研究附近的施工（如打桩、降低地下水 位、岩石爆破等）对土层锚杆施工带来的影响； • 4.要编制土层锚杆施工组织设计，确定土层锚杆 的施工顺序；保证供水、排水和动力的需要；制 订钻孔机械的进场、正常使用和保养维修制度； 安排好施工进度和劳动组织；在施工之前还应安 排设计单位进行技术交底，以全面了解设计的意 图。

• （二）钻孔 • 土层锚杆的钻孔工艺，直接影响土层锚杆的承载能 力、施工效率和整个支护工程的成本钻孔的费用 一般占成本的30％以上，有时甚至超过50％钻孔 时注意尽量不要扰动土体，尽量减少土的液化，要 减少原来应力场的变化，尽量不使自重应力释放 • 土层锚杆的成孔设备，国外一般采用履带行走全液 压万能钻孔机，孔径范围50～320mm，具有体积小 ，使用方便，适应多种土层，成孔效率高等优点 国内使用的有螺旋式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转 冲击式钻孔机，亦有的采用改装的普通地质钻机成 孔在黄土地区亦可采用洛阳铲形成锚杆孔穴，孔 径70～80mm• 钻孔方法的选择主要取决于土质和钻孔机械 • 常用的土层锚杆钻孔方法有螺旋钻孔干作业法、压 水钻进成孔法、潜钻成孔法等，应用较多的为压水 钻进法，可把成孔过程中的钻进，出渣，清孔等工 序一次完成，可防止塌孔，不留残土，能适用于各 种软硬土层，但施工现场积水较多当土层无地下 水时，亦可用螺旋钻孔干作业法来成孔，一般是先 成孔，清除废土，然后插入拉杆，施工时采取多个 平行作业钻出的孔洞用空气压缩机风管冲洗孔穴 ；将孔内孔壁残留废土清除干净 • 扩孔的方法有4种：机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩 孔和压浆扩孔。

压浆扩孔在国外广泛采用，但需用 堵浆设施我国多用二次灌浆法来达到扩大锚固段直径的目的 • （三）安放拉杆 • 土层锚杆用的拉杆，常用的有钢管（钻杆用 作拉杆）、粗钢筋、钢丝束和钢绞线主要 根据土层锚杆的承载能力和现有材料的情况 来选择承载能力较小时，多用粗钢筋：承 载能力较大时，我国多用钢绞线• 1.钢筋拉杆• 钢筋拉杆由一根或数根粗钢筋组合而成，如为数根粗钢筋则需用 绑扎或电焊连接成一体其长度应按锚杆设计长度加上张拉长度 （等于支撑围凛高度加锚座厚度和螺母高度）钢筋拉杆防腐蚀 性能好，易于安装，当土层锚杆承载能力不很大时应优先考虑选 用 • 对有自由段的土层锚杆，钢筋拉杆的自由段要做好防腐和隔离处 理防腐层施工时，宜先清除拉杆上的铁锈，再涂一度环氧防腐 漆冷底子油，待其干燥后，再涂一度环氧玻璃铜（或玻璃聚胺酯 预聚体等），待其固化后，再缠绕两层聚乙烯塑料薄膜 • 土层锚杆的长度一般都在10m以上，有的达30m甚至更长为了 将拉杆安置在钻孔的中心，防止自由段产生过大的挠度和插入钻 孔时不搅动土壁；对锚固段，还为了增加拉杆与锚固体的握裹力 ，所以在拉杆表面需设置定位器（或撑筋环），如图3-76所示。

钢筋拉杆的定位器用细钢筋制作，在钢筋拉杆轴心按120°夹角布 置，间距一般2-2.5m定位器的外径宜小于钻孔直径lcm2.钢丝钢丝 索拉杆 钢丝钢丝 束拉杆可以制成通长长一根，它的柔性较较好，往钻钻孔中 沉放较较方便但施工时应时应 将灌浆浆管与一钢丝钢丝 束绑绑扎在一起 同时时沉放．否则则放置灌浆浆管有困难难 钢丝钢丝 束拉杆的自由段需理顺顺扎紧紧，然后进进行防腐处处理 防腐方法可用玻璃纤维纤维 布缠绕缠绕 两层层，外面再用粘胶带缠绕带缠绕 ；亦可将钢丝钢丝 束拉杆的自由段插入特制护护管内，护护管与孔壁 间间的空隙可与锚锚固段同时进时进 行灌浆浆 钢丝钢丝 束拉杆的锚锚固段亦需用定位器，该该定位器为为撑筋环环 ，如图图3-77所示钢丝钢丝 束的钢丝钢丝 分为为内外两层层，外层钢丝层钢丝 绑绑扎在撑筋环环上，撑筋环环的间间距为为0.5-1.0m,这样锚这样锚 固段就 形成一连连串的菱形，使钢丝钢丝 束与锚锚固体砂浆浆的接触面积积增 大，增强了粘结结力，内层钢丝则层钢丝则 从撑筋环环的中间间穿过过• 3.钢铰线拉杆• 钢绞线拉杆的柔性更好，向钻孔中沉放更容 易，因此在应用的比较多，用于承载能力大 的土层锚杆。

• 锚固段的钢绞线要仔细清除其表面的油脂， 以保证与锚固体砂浆有良好的粘结自由段 的钢绞线要套以聚丙烯防护套等进行防腐处 理 • 钢绞线拉杆需用特制的定位架• （四）压力灌浆 • 压力灌浆是土锚施工中的一个重要工序施 工时，应将有关数据记录下来，以备将来查 用 • 灌浆的作用是： • ①形成锚固段，将锚杆锚固在土层中； • ②防止钢拉杆腐蚀； • ③充填土层中的孔隙和裂缝• 灌浆方法有一次灌浆法和二次灌浆法两种二次 灌浆法可以显著提高土锚的承载能力 • 一次灌浆法只用一根灌浆管，利用泥浆泵进行灌 浆，灌浆管端距孔底10cm～20cm，待浆液流出孔 口时，用水泥袋纸等捣塞入孔口，并用湿粘土封 堵孔口，严密捣实，再以2～4MPa的压力进行补 灌，要稳压数分钟灌浆才告结束 • 二次灌浆法要用两根灌浆管，第一次灌浆用灌浆 管的管端距离锚杆末端50cm左右（图3-78），管 底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管 口第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端 100cm左右，管底出口处亦用黑胶布封位，且从管 端50cm处开始向上每隔2m左右作出lm长的花管， 花管的孔眼为 ￠8mm，花管做几段视锚固段长度 而定。

• （五）张拉和锚固 • 土锚灌浆后，待锚固体强度大于15MPa并达到设 计强度等级的75％以上，便可对土锚进行张拉和 锚固张拉前先在支护结构上安装围檩张拉用 设备与预应力结构张拉所用者相同 • 从我国目前情况看，张拉端钢拉杆为变形钢筋者 ，其端部加焊一螺母端杆，用螺母锚固钢拉杆 为光圆钢筋者，可直接在其端部攻丝，用螺母锚 固如用精轧钢纹钢筋，可直接用螺母锚固张 拉粗钢筋用一般单作用千斤顶• 四、土锚试验 • 土层锚杆的承载力尚无完善的计算方法，主要根据经验或通过试 验确定，试验项目包括极限抗拔试验，性能试验和验收试验 • 1.极限抗拔力试验 • 试验方法与步骤 在现场钻孔灌浆后的锚杆，待浆液达到70%以上 的强度后才能进行抗拔试验试验步骤如下 • （1）安装支架及千斤顶；（2）试验开始时按事先预计极限荷载 的1/10施加荷载，最终每级按预计极限荷载的1/15施加荷载直。