深基坑喷锚支护的计算方法浅析

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Institute) Abstract The main types of gunitlng and anchoring support are：support using anchoring bar in soil layer combined with jet concrete in upper layer，support using soil nail combined with jet concrete in upper layer and support using soil nail and anchoring bar in soll layer combined with jet concrete in upper layer-This paper introduces the calculation method and its characteristics of anchoring bar in soil layer and soil nail wall with concrete examples． Key words base--pit support，anchoring bar，soil nail 1 问题的提出 深基坑支护在高层建筑施工中，由于地质复杂． 影响因素甚多，加之有关的计算理论尚不成熟，不是 偏于保守造成人力物力的浪费，就是安全事故频频 发生。这之中除了有施工技术的差异外，很重要的一 点就是对设计理论及其方法的认识不足。本文就近 几年来所设计施工的几项工程的计算方法及实践情 况作一浅析。 有：土层锚杆结合喷射混凝土面层支护；土钉结合喷 射混凝土面层支护}土钉与土层锚杆结合喷射混凝 土面支护。 在喷锚支护中，钻孔灌注式土钉与非预应力锚 杆两者从表现上看没有多大差异，均为全长注浆．好 象只有长短之差别。而实质上其受力机制以及在土 体中发挥的作用是不同的。只有首先分清哪些属于 锚杆，哪些属于土钉以及其受力特点，才能合理地选 择计算理论与方法， 达到安全、合理与节省的目 的。 3 土层锚杆的计算方法 2 喷锚支护的主要型式 3．1 平衡土压力法 喷锚支护是近几年发展起来的深基坑支护的主 所谓平衡土压力法，是以喷射钢筋混凝土面层 要方法之一。目前用于深基坑喷锚支护的主要型式 为研究对象，靠土层锚杆或挡土桩等构件平衡水平 1999年 6月 李林山等：深基坑喷锚支护的计算方法浅析 土压力的一种计算方法，其受力图如图1示。利用平 衡土压力法设计土层锚杆，主要考虑水平土压力及 上部荷载的作用，所设计锚杆的抗拔力只要能平衡 总土压力即可。其设 计 内容主要包括：总抗拔 力 7’．；抵御总抗拔力所需要的锚杆数量(计算宽 度内)，包括锚杆的间距、截面积及锚固长度、锚杆长 度等。锚杆作为一个受力构件的设计已趋成熟；详见 《土层锚杆设计与施工规范》．本文着重分析总抗拔 力2 7’．的计算方法 I l l l I J I i J { l } ， 图 1 平衡土压力法受力图 由图 1受力图可以得出算式： T，Cosn K = — —一 (1) 式中 7’，——计算宽度内所有锚杆抗拔力 之和( Ⅳ)； 尸——计算宽度内水土压力总值“Ⅳ)； — — 安全系数(1．4～2．2) 平衡土压力法计算 7’ ，只考虑了利用土层锚 杆、桩等构件去平衡土压力的作用，而没有考虑土体 本身的抗剪切破坏能力，按此种方法计算出的∑T， 往往偏大。因此，设计出的锚杆往往长度大、数量多， 是偏于保守的计算方法。但该方法具有计算简便，安 全可靠的特点，被许多工程采用，特别是在预应力锚 杆设计中用得较多。如笔者所设计、施工的济南天发 大夏局部锚拉桩、大观园锚拉桩等支护中均采用了 这一方法，取得了成功。 3．2 假定下滑体平衡法 假定下滑体平衡法是指在边坡支护设计中，假 设土体沿 一45。+ 有一条滑裂面 BC，如图 2示， 构成“ABC”楔形下滑体，为维持下滑体的平衡，施 加锚拉力2 7’ 土体 ABC”在 7’ 、w 和 R的共 同作用下处于极限平衡状态。 图 2 下滑体平衡法受力图 其计算方法有图解和解析法两种，这里只介绍 解析法。根据图2受力图可得如下计算式： [∑TiCos(O--a)+WSinO]f 一— — — — ■ — — ～ 十 ·b·叶 ∑T／Sin(0-a) — — — 志 —一 (2) 式中 ——稳定安全系数 ≥1．4) 7’，——锚杆能承受的抗拨力(kN)； w——下滑土体重(kN)； L。——剪切面长度( )； 6——计算宽度(m)； c——土的粘聚力(KN／m。) 该方法与平衡土压力法相比，在同等条件下更 能节省材料。因为该法首先假想一个剪裂面BC，在 此剪裂面上考虑了土的内摩擦力及粘聚力作用。但 是，该方法中的剪裂面是一种在没有考虑原位加筋 的情况下的假想滑裂面，而实际工作状态是土体通 过原位加筋控制了位移的发生，通过内部改造后土 体的主动抵御状态。其真正的受力和滑裂面也不是 l2 山 东 水 利 专 科 学 校 学 报 第 11卷第2期 以上理想状态，而实l坝{的锚杆受力远此设计值要小。 因此．理论上讲该方法仍比较保守。 4 土钉墙计算 土钉墙是土钉与喷射混凝土面层相结合构成的 支护体系。在土钉墙的设计中，首先假定士钉有足够 的密度和结合力，能满足单筋维持其周围土体的平 衡；其次假设土钉有足够的长度，保证所支护土体有 足够的厚度，以满足土体自身稳定不会出现中间剪 切破坏和整体倾覆。满足以上假定即认为加筋以后 的土体就象一堵“挡土墙”～样抵御着其后部土体的 压力。因此，称该种支护方法为土钉墙。可按挡土墙 的稳定验算方法进行土钉墙的稳定验算。但如何才 能满足以上假定条件?换言之，土钉的密度、长度如 何确定，这是设计中应着重解决的问题。 在近期的工程中，我们常用的方法有： 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 公 式、类比及现场试验等方法来确定土钉的长度和密 度，其中经验公式法所用的经验公式为： 土钉长度 L=nH (3) 式中 ——经验系数，主要与基坑深度和地质情况 有关 (济南地区，粉质粘土取 0．4～ 0．6)： 日——基坑垂直深度(m)。 土钉的密度 Sz·Sy=k·dn·L (4) 式中 Sx，Sy——土钉的水平间距、坚直间距(m)； — — 系数，与地质参数及灌浆工艺有关(济 南地区，粉质粘土，低压灌浆取 3～5)； L——土钉长度(m) — — 土钉锚固体直径(m)。 土钉技术具有长度短、密度大、施工方便快捷等 特点，特别适应于粘土和粉质粘土类土层边坡的支 护，采用此种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可以使支护造价大大降低 然而， 因为土钉短，不能锚固在稳定土体上，往往上部水平 变位较大，个别出现基坑周边裂缝。解决的办法有两 条，一是增加土钉的长度，使整个土钉墙变厚；另一 个方法是在基坑上部打锚杆来控制上部水平垃移， 如图3示 实践证明用土钉改善土体的内部结构，土 层锚杆控制土钉墙的变位比增加土钉长度节省资 金，效果更好。 图 3 土钉结合锚杆支护 5 计算实例 5．1 概况 历下区政务大厦，位于济南东郁龙洞路，地上 29层，地下2层，基坑平面尺寸为39．6×53．5m ，开 挖深度 14m。 土质：0～lm杂填土；l～2．7m粉质粘土夹碎 石，可塑一硬塑，很湿}2．7~11m更新统洪积粉质粘 土，可塑一硬塑，很湿一饱和含姜石；ll～14m，更新 统残坡积粉质粘土，可塑一硬塑，饱和、含风化岩屑。 选用参数：c=44．2kPa； 21．6。； y一19．0kN／m H = 14m a一 15。 水平间距 2m 帅=80kPa(由试验或 查规范得) 5．2 用平衡土压力法求 丁． 计算宽度取 2m，其土压力为： P 一 tg。(45。一罟)一2“g(45 a一詈) 一62．74kN／m0 P一 P ·H×2=878．36kN代入(1)式 K一 可求得∑丁 一l637．6kN(k取 中值 1．8) l999年 6月 幸林 i菩：函{基坑喷锚支护的计算方法浅析 1 3 5．3 锚杆设计 选用 28钢筋作为锚固筋： M 一616mm ×0．31 5kN／mm?一1 94kN； 锚固长度： Lm一 一 。 锚杆数量： 一 ： 一 8．44取 9根 N “ t 1 94 。 ⋯ 一 锚杆长度 L=La+Lm，详细计算略．取 9～1 5m长。 5．4 用假定下滑体平衡法计算锚杆数量 仍选用 28钢筋作为锚固筋，其它参数同前， 假定计算宽度内设 7排锚杆进行校核。 T 一 7×194—1358kN； Ⅳ一253lkN代入(2)式可求得 ： m 一 — — — 14／cos34．2。×2× 44，2 2531cos34．2。 。 — 13 — 58 — sin ( — 34 — ． 2 — ~ -- i 1 — 5~)] 一1．44>1．4满足要 2531COS34．2。 ‘⋯ ⋯ ⋯ 求 5．5 用土钉墙支护，求土钉有关参数 土钉长 度 L一”·H 一0．4×14—5．6m，选用 6m，用于 上部 ；L一"·H一0．6×14—8．4m．选用 8m，用于下部。 钢筋选用：困为土钉作用不是以受锚拉为主，根 据试验可选用 2O钢筋作为主筋；dn一1OOmm 土钉问距 Sx· 一k·dn·L 取 一4则代 入L一6～8则：Sx·Sy一2．4～3．2 间距取 Sx— L 5m ；Sy= 2m。 为减小基坑水平位移，在基坑深度 Z=4m处打 一 排 L一1 4m锚杆；仍用 28钢筋作为主筋，其经 济指标如表 1示。 表 1 不同支护经济指标对比表(2m宽原位加筋) 上表仅对2m宽范围内原位加筋的部分经济指 标进行了对比，由此可以看出利用土钉墙技术可以 大大节省资金，且可以在机械设备不足的情况下，人 工与机械配合施工。 6 结语 下滑体平衡法理论比较成熟，主要是 c、 及 等参 数的选择是否反映实际情况，以上两种方法与土钉 墙相比存在造价较高的问题，土钉墙或土钉墙结合 锚杆的支护方法具有造价低、施工简便等特点 但其 计算理论尚不完善，在没有经验的地区应经现场试 验方可确定有关参数，进行支护设计。 综上所述，深基坑喷锚支护常用的计算方法中， 参考文献 平衡土压力法具有计算简便，偏于安全的特点，假定 I王步云等-土钉墙设计-岩土工程拄术、1997