預應力錨索+排樁支護技術理論

1、預應力錨索+排樁支護技術理論結構構成在基坑支護中，預應力錨索+排樁支護模式應用比較廣泛，樁錨支護結構主 要包括的構件有：排樁、錨索、冠梁、腰梁等，它們之間相互聯(lián)系，相互作用， 相互影響，形成一個有機的整體。（圖2.1）/府777777777/圖2.1樁錨結構簡圖結構受力基坑周圍樁體受到土壓力、水壓力及周圍建筑物等荷載的作用， 樁體有 著向基坑傾斜的趨勢并產生了側向位移。由于受到樁體側向位移的影響，基坑底面樁嵌固深度范圍內的土體就會產生被動土壓力來抵抗樁體承受的部分主動土 壓力，而錨索由于預應力的作用，也會抵抗部分主動土壓力。樁體所受的土壓力 有：主動土壓力、被動土壓力及錨索的錨固力。如果錨索錨

2、固力與被動土壓力之 和大于主動土壓力，樁體就不會產生側向位移，這時支護體系是有效的；如果錨 索錨固力與被動土壓力之和小于等于主動土壓力，樁體就會產生側向的位移，如果位移較小，在允許的范圍內，我們認為支護是安全的，若超出了允許的范圍， 則認為支護體系失效。另外樁體本身還應具有足夠剛度和強度， 避免在最大彎矩 處變形過大，在最大剪應力處發(fā)生剪切破壞 21,22 0錨索受力情況復雜。由于拉桿、漿體、土體等部分的相互影響和作用，錨索 體系的工作機理難以分析清楚，再加上各部分材料性能差異也很大， 更增加其復 雜性。工作機理：錨索的錨固力傳到錨固段，當錨固段錨索受力后，通過錨索和 砂漿間的黏結力傳到錨固體

3、中，再通過錨固體與土體之間的摩擦力傳到土體深處。 單根錨索的承載力主要受以下兩個因素的控制：錨固段膠結材料與孔壁的黏結力以及膠結材料與鋼絲或鋼絞線之間的握裹力。錨索必須具有足夠的強度以承受極 限拉力。鋼材同膠結材料之間的握裹力比膠結材料同孔壁的粘結力大將近一倍， 不會發(fā)生破壞。因此，設計中可不考慮鋼材與膠結材料的握裹力。 重要工程需進 行鋼材與膠結材料握裹力及錨固長度校核。許多研究和試驗證明，錨固體與土層的摩擦力分布不均勻，錨周段剪應力的 分布沿孔壁呈倒三角形，沿錨固段長度迅速遞減。當錨周段長到一定程度，錨固 力提高并不顯著。并不是錨固段越長，其錨固力越大。所以增加錨固段長度的作 用是有限的2

4、3 0計算理論土壓力計算根據支護結構的位移方向和大小的不同， 可以將士壓力分為三種基本類型： 靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力 1。(1)靜止土壓力計算靜止土壓力是墻體無側向變位或者側向變位微小時，土體作用于墻面上的 土壓力。其基本假定為：地表面水平，墻背豎直且光滑。Po z q Ko(2.1)Eo 1 H2Ko2(2.2)土的重度z計算點深度q 地面均布荷載Ko 計算點處土的靜止土壓力系數(shù)Po 該深度的側向土壓力Eo靜止土壓力(合力)(2)主動土壓力計算朗肯土壓力的基本假定有：地表面水平，墻背豎直、光滑。在無粘性土中，主動土壓力計算如下：Pa ZKaaa(2.3)KatanPa ZKaaa

5、(2.3)Katan2 45 一 2Ea(2.5)Ka 計算點處土的主動土壓力系數(shù)土的內摩擦角在粘性土中，主動土壓力計算如下：Pa2c . KaEa2Z0Pa2c . KaEa2Z0KaZo2c_:KaC土的粘聚力(3)被動土壓力計算在無粘性土中，被動土壓力計算如下:PpzKpKptan2 PpzKpKptan2 45 一 2Ep2 H2KpK P 計算點處土的被動土壓力系數(shù) 在粘性土中，被動土壓力計算如下：PpEpzKPpEpzKp 2c Kp12-H Kp 2cH , Kp2.3.2結構分析錨拉式支擋結構, 冠梁)分別進行分析；2.3.2結構分析錨拉式支擋結構, 冠梁)分別進行分析；可將整

6、個結構分解為擋土結構、錨拉結構(錨桿及腰梁、 擋土結構宜采用平面桿系結構彈性支點法進行分析；作用在錨拉結構上的荷載應取擋土結構分析時得出的支點力15在錨拉結構上的荷載應取擋土結構分析時得出的支點力15采用平面桿系結構彈性支點法時，宜采用圖2.2所示的結構分析模型圖2.2錨拉式支擋結構彈性支點法計算簡圖1一擋土構件；2由錨桿簡化而成的彈性支座；3一計算土反力的彈性支座作用在擋土構件上的分布土反力可按下列公式計算:Ps ksV Ps0擋土構件嵌固段上的基坑內側分布土反力應符合下列條件:Ps Ep當不符合公式（2.15）的計算條件時，應增加擋土構件的嵌固長度或取Ps =Ep時的分布土反力。式中：Ps

7、分布土反力（kPa）；ks土的水平反力系數(shù)（kN/m3）;v 擋土構件在分布土反力計算點的水平位移值（m）;Pso初始土反力強度（kPa）；(kN)；Ps作用在擋土構件嵌固段上的基坑內側土反力合力(kN)；Ep作用在擋土構件嵌固段上的被動土壓力合力（kN）(2.16)擋土構件內側嵌固段上土的水平反力系數(shù)可按下列公式計算: ks m z h(2.16)式中：m土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（kN/m4）；z計算點距地面的深度（m）;h 計算工況下白基坑開挖深度（m）。土的水平反力系數(shù)的比例系數(shù)（m）宜按樁的水平荷載試驗及地區(qū)經驗取值, 缺少試驗和經驗時，可按下列經驗公式計算：(2.(2. )Nkba

8、 cosNkba cos式中：Nk錨桿的軸向拉力標準值（kN）;Fh擋土構件計算寬度內的彈性支點水平反力 （kN）;s錨桿水平間距（m）;ba 結構計算寬度（m）;錨才f傾角（ ）。4）錨桿極限抗拔承載力的確定應符合下列規(guī)定：（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標準值也可按下式估算，但應按抗拔試驗進行驗證：Rkd qRkd qsiJ(2.26)式中：d錨桿的錨固體直徑（m）；li錨桿的錨固段在第i 土層中的長度（m）;錨固段長度（la）為錨桿在理 論直線滑動面以外的長度；qsik錨固體與第i土層之間的極限粘結強度標準值（kPa）。（3）當錨桿錨固段主要位于粘土層

9、、淤泥質土層、填土層時，應考慮土的 蠕變對錨桿預應力損失的影響，并應根據蠕變試驗確定錨桿的極限抗拔承載力。 5）錨桿的自由段長度應按下式確定（圖2.3）:(& a2 dtan )sin(452m(& a2 dtan )sin(452m)sin(45 -y )d cos1.5(2.27)式中：lf錨桿自由段長度（m）；錨桿的傾角（ ）;a1錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離（m）；a2基坑底面至擋土構件嵌固段上基坑外側主動土壓力強度與基坑內側 被動土壓力強度等值點O的距離（m）；對多層土地層，當存在多個等值點時應按 其中最深處的等值點計算；擋土構件的水平尺寸（m）；-O點以上各土層按厚度加權的內摩擦

10、角平均值（0 ）圖2.3錨桿計算簡圖錨桿自由段長度除應符合公式(圖2.3錨桿計算簡圖錨桿自由段長度除應符合公式(2.27)的規(guī)定外，尚不應小于5.0m。6)錨桿桿體的受拉承載力應符合下式規(guī)定：(2.28)N fpyAp(2.28)式中：N錨桿軸向拉力設計值(kN);fpy預應力鋼筋抗拉強度設計值(kPa);當錨桿桿體采用普通鋼筋時, 取普通鋼筋強度設計值(fy)；Ap預應力鋼筋的截面面積(m2)。7)錨桿鎖定值直取錨桿軸向拉力標準值的 0.750.9倍。8)錨桿的布置應符合下列規(guī)定：(1)錨桿的水平間距不宜小于1.5m；多層錨桿，其豎向間距不宜小于2.0m； 當錨桿的間距小于1.5m時，應根據

11、群錨效應對錨桿抗拔承載力進行折減或相鄰錨 桿應取不同的傾角；(2)錨桿錨固段的上覆土層厚度不宜小于 4.0m；(3)錨桿傾角宜取1525 ,且不應大于45 ,不應小于10 ;錨桿的 錨固段宜設置在土的粘結強度高的土層內；(4)當錨桿穿過的地層上方存在天然地基的建筑物或地下構筑物時，宜避 開易塌孔、變形的地層。9)鋼絞線錨桿、普通鋼筋錨桿的構造應符合下列規(guī)定：(1)錨桿成孔直徑直取100mm150mm；(2)錨桿自由段的長度不應小于5m,且穿過潛在滑動面進入穩(wěn)定土層的長 度不應小于1.5m；鋼絞線、鋼筋桿體在自由段應設置隔離套管；土層中的錨桿錨固段長度不宜小于6m；(4)錨桿桿體的外露長度應滿足

12、腰梁、臺座尺寸及張拉鎖定的要求；（ 5）錨桿桿體用鋼絞線應符合現(xiàn)行國家標準預應力混凝土用鋼絞線GB/T5224的有關規(guī)定；（6）普通鋼筋錨桿的桿體宜選用HRB335、HRB400級螺紋鋼筋；（ 7）應沿錨桿桿體全長設置定位支架；定位支架應能使相鄰定位支架中點處錨桿桿體的注漿固結體保護層厚度不小于 10mm,定位支架的間距宜根據錨桿 桿體的組裝剛度確定，對自由段宜取1.5m2.0m；對錨固段宜取1.0m1.5m；定 位支架應能使各根鋼絞線相互分離；（ 8） 鋼絞線用錨具應符合現(xiàn)行國家標準預應力筋用錨具、夾具和連接器GB/T14370 的規(guī)定；（ 9）普通鋼筋錨桿采用千斤頂張拉后對螺栓進行緊固的鎖

13、定方法，螺栓與桿體鋼筋的連接、螺母的規(guī)格應滿足錨桿拉力的要求；（ 10） 錨桿注漿應采用水泥漿或水泥砂漿，注漿固結體強度不宜低于20MPa。10） 錨桿腰梁可采用型鋼組合梁或混凝土梁。錨桿腰梁應按受彎構件設計。錨桿腰梁的正截面、斜截面承載力，對混凝土腰梁，應符合現(xiàn)行國家標準混凝土結構設計規(guī)范BG50010的規(guī)定；對型鋼組合腰梁，應符合現(xiàn)行國家標準鋼結構 設計規(guī)范GB50017的規(guī)定。當錨桿錨固在混凝土冠梁上時，冠梁應接受彎構件 設計，其截面承載力應符合上述國家標準的規(guī)定。11）錨桿腰梁應根據實際約束條件按連續(xù)梁或簡支梁計算。計算腰梁的內力時，腰梁的荷載應取結構分析時得出的支點力設計值。型鋼組合

14、腰梁可選用雙槽鋼或雙工字鋼，槽鋼之間或工字鋼之間應用綴板焊接為整體構件，焊縫連接應采用貼角焊。雙槽鋼或雙工字鋼之間的凈間距應滿足錨桿桿體平直穿過的要求。采用型鋼組合腰梁時，腰梁應滿足在錨桿集中荷載作用下的局部受壓穩(wěn)定與受扭穩(wěn)定的構造要求。當需要增加局部受壓和受扭穩(wěn)定性時，可在型鋼翼緣端口處配置加勁肋板。14）錨桿的混凝土腰梁、冠梁宜采用斜面與錨桿軸線垂直的梯形截面；腰梁、冠梁的混凝土強度等級不宜低于C25。采用梯形截面時，截面的上邊水平尺寸不宜小于250mm。15） 采用楔形鋼墊塊時，楔形鋼墊塊與擋土構件、腰梁的連接應滿足受壓穩(wěn)定性和錨桿垂直分力作用下的受剪承載力要求。采用楔形混凝土墊塊時，混

15、凝土墊塊應滿足抗壓強度和錨桿垂直分力作用下的受剪承載力要求，且其強度等級不宜低于 C25。2.3.4 基坑穩(wěn)定性分析基坑穩(wěn)定性分析是指分析基坑周圍土體或土體與圍護體系一起保持穩(wěn)定性 的能力1 0(1)整體穩(wěn)定性分析基坑支護體系整體穩(wěn)定性驗算的目的就是要防止基坑支護結構與周圍土體 整體滑動失穩(wěn)破壞，在基坑支護設計中是需要經?？紤]的一項驗算內容。在條分法中，瑞典條分法是最簡單也是最古老的一種。 這個方法把滑動面假 定為一個圓弧面，并且認為可以將條塊間的作用力忽略不計，或者說，假定每一個土條兩側的條間力合力方向都與這個土條底面相互平行，而且大小相等、方向相反并且都作用在同一條直線上，所以在考慮力和力

16、矩平衡條件時可以相互抵消。 但是，在兩個土條之間，這種假定并不滿足，對安全系數(shù)的計算結果，這樣所造 成的誤差有時會高達60%以上。在均質土坡中任取一土條i, 土條寬度為bi,叫是它的自重，Ni及Ti分別是 作用在土條底部的總法向反力和切向阻力，土條底部的坡腳為i0,滑弧的長度是li , R是滑動面圓弧的半徑，Bishop等提出關于安全系數(shù)定義的改變，對條 分法的發(fā)展起了非常重要的作用。Bishop等將土坡穩(wěn)定安全系數(shù)Ks定義為整個 滑動面的抗剪強度f和實際產生的剪應力 之比。這樣不僅使得安全系數(shù)的物理 意義更加的明確，而且它使用范圍變得更加廣泛了，同時也給非圓弧滑動分析和 土條分界面上條間力的

17、各種分析方法提供了有利條件。假設整個滑動面上的平均安全系數(shù)為 Ks,按照安全系數(shù)的定義，土條底部 的切向阻力i為：fCili Ni tan ii liliKsKs由于不考慮條間的作用力，根據土條底部法向力的平衡條件，可得： Ni Wi cos i Ti Wi sin i現(xiàn)將整個滑動土體內各土條對圓心取力矩平衡，可得：TR iR“ Mrcili Wcos i tan iK s故得：MsWisini瑞典條分法式忽略土條間力影響的一種簡化方法，它只滿足土體整體力矩平 衡條件而不滿足土條的靜力平衡條件，這是它區(qū)別于后面將要講述的其它條分法的主要特點。此法應用的時間很長，積累了豐富的工程經驗，一般得到的

18、安全系 數(shù)偏低(即偏于安全)，故目前仍然是工程中常用的方法。(2)抗傾覆穩(wěn)定性驗算其計算公式為:KqMRkMskEaZaEwZwMRkEpZ其計算公式為:KqMRkMskEaZaEwZwMRkEpZp GkB/2式中MRk 坑外側土壓力、水壓力以及墻后地面荷載所產生的側壓力對墻底前 趾的傾覆力矩標準值；MSk 水泥土圍護墻自重以及坑內墻前被動側壓力對墻底前趾的穩(wěn)定力 矩標準值；水泥土圍護墻結構的自重標準值;Za 主動土壓力作用點到樁底的距離;Z p 被動土壓力作用點到樁底的距離;Zw水壓力作用點到樁底的距離。(3)抗隆起驗算目前我國基坑工程實踐中，同時考慮 模式的抗隆起穩(wěn)定分析。c、的抗隆起分

19、析模式有地基承載力地基承載力模式的抗隆起分析方法是以驗算支護墻體底面的地基承載力作為抗隆起分析依據。根據Terzaghi(1943建議的淺基礎地基極限承載力計算模式,日TH上體粘聚力、土重以及地面超載三項貢獻的疊加。但是在此處的基坑抗隆起穩(wěn)定分析中，基礎寬度是不能明確界定的, 分析由下式來考慮：為簡化分析，地基承載力模式的抗隆起定分析中，基礎寬度是不能明確界定的, 分析由下式來考慮：為簡化分析，地基承載力模式的抗隆起KWZ2DN CNKWZ(2.37)1 h D q(2.37)式中KWZ 圍護墻底地基承載力安全系數(shù);1坑外地表至圍護墻底，各土層天然重度的加權平均值;1坑外地表至圍護墻底，各土層天然重度的加權平均值;2坑內開挖面以下至圍護墻底，各土層天然重度的加權平均值;d 圍護墻體在基坑開挖面以下的入土深度;Nc、Np 根據圍護墻底的地基土特性計算的地基承載力系數(shù);hoho基坑開挖深度;(2.38)如果按基底粗糙情況處理,那么地基承載力系數(shù)由Terz