扩大头锚杆计算实例06.04(1)

扩大头锚杆计算实例设计计算•扩大头锚杆(又称钜联扩大头锚杆、JL锚杆)，是采用高压喷射原理在锚孔底部一段长度范围内对孔壁土体进行切割扩孔并置换充填水泥浆而形成一个圆柱状的扩大头，其学术名称为高压喷射扩大头锚杆。1.定义受力机理分析：普通锚杆的抗拔力来源于锚固体侧壁与土体的摩阻力，属于摩擦型锚杆。扩大头锚杆的抗拔力由三部分组成：非扩大头部分锚固段锚固体侧壁与土体的摩阻力，扩大头侧壁与土体的摩阻力以及土体对扩大头端部的压力，属于摩擦－端压型锚杆。受力机理分析图示锚头位移增长S试验荷载Q09232.3527621.439233.8227662.4846054.5627641.529251.5627667.0446095.8764495.2346081.6227663.379275.3527690.48460108.33644132.25736131.33644123.68460108.9727687.3392104.59276120.27460146.15736168.54828168.39736159.44460142.73276119.3492136.45276152.76460183.77828211.62920211.54828197.29460181.51276158.6492c'bcb'a'ba092184276368460552644736828920020406080100120140160180200220240锚头位移S（mm)锚杆荷载Q（KN）•位移控制锚杆的初始预应力宜为锚杆拉力设计值，以尽量减小锚杆工作状态下的围护结构变形量。（1）工程概况•以苏州市立医院东区门急诊楼基坑支护设计方案为例：•本工程位于苏州市白塔西路16号，苏州市立医院东区院内，东侧临河，南侧紧邻白塔西路，西侧为一期新建门急诊楼，北侧为病房楼，筏板基础。2.设计计算•本工程分三期施工，一期为门急诊综合病房楼，二期为汽车坡道，三期为地下人防工程。•一期、三期原方案均为SMW工法桩+两道钢筋混凝土支撑。一期按原方案施工，施工过程中，挖土、拆撑以及地下室施工都不方便，特别是一期拆撑时产生的粉尘与噪声，严重影响了病房楼病人。因此向业主建议三期采用可回收扩大头锚杆的支护形式。•因本工程东侧临河，第一排锚杆会伸到河里，所以东侧角撑不变；南侧锚杆打到路下边，做成可回收，如二院锚杆，已进行回收。二院南侧剖面图•西侧与已建相接，不需要围护；北侧锚杆打到病房楼下边，与常州莱蒙和张家港人防施工类似，这两处已施工结束。常州莱蒙剖面图（控保建筑处）•本工程基坑开挖范围内土层主要为①填土、②粘土、③粉质粘土、④1粉质粘土夹粉土、⑤粉质粘土、坑底位于⑤粉质粘土层。坑底以下土层主要为⑤1粉土、⑤粉质粘土层。拟建场地浅部填土层普遍较厚，一般在3m左右，局部深达4.4m。场地浅部分布有厚度较大的第④1层夹带的粉土薄层、第④2层粉土、粉砂层，渗透系数较大。（2）剖面计算•苏州市立医院东区门急诊楼基坑支护设计方案为例：基坑普遍深度为10.9m，局部深坑处为12.8m，原方案采用SMW工法桩+两道混凝土内支撑。现采用SMW工法桩+两道可回收扩大头锚杆（东侧第一道为角撑），深坑处采用三道可回收扩大头锚杆。9003500100018003300170080002300220027008501325015005000440010900•采用扩大头锚杆的围护结构剖面计算与采用支撑的围护结构剖面计算类似，采用北京理正或同济启明星软件进行计算。•计算模型：•以理正软件为例：计算时，选取相应计算类型，填写基本信息与土层信息，支锚信息中支锚类型选择内撑，水平间距一般为桩间距的倍数。•支锚刚度根据建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）附录CC.1计算锚杆水平刚度系数，一般取15MN/m,预加力取零，材料抗力为钢绞线强度设计值×面积×根数。如采用6根钢绞线，则为1260×139×6=1050kN。锚杆计算支锚信息•支锚信息：支撑计算支锚信息•计算支反力结果：•第一道锚杆最大反力第一道支撑最大反力•计算支反力结果：•第二道锚杆最大反力第二道支撑最大反力•根据理正计算支反力即可计算每根锚杆所需提供抗拔力设计值。•如：第一道支撑支反力为390.25kN,锚杆所需提供抗拔力设计值为：•390.25×1.25/cos25°=538kN。•锚杆张拉力一般为抗拔力设计值的1.05～1.10倍：•本例中：538×1.05=564kN，取550kN。•锁定值宜取抗拔力设计值的0.5～0.8倍：•本例中为：550×0.6=330kN，取350kN。•国家规程对位移控制锚杆的要求为：•（1）扩大头应埋置在深远的稳定地层之中；•（2）扩大头应设置于较密实的砂土、粉土或强度较高压缩性较低的粘性土中；•（3）锚头至扩大头应全长设置为自由段。•同时规范规定扩大头最小埋深不小于7m。因此在选择扩大头埋置土层时，本工程选择⑤粉质粘土层，根据剖面计算结果及施工经验，第一道锚杆暂定24m，第二道锚杆暂定27.0m，钢绞线选择6Φ15.2无粘结钢绞线。•钢锚杆杆体的截面面积应按下式确定：As≥Kt·T/fy（a）或As≥Kt·T/fpt（b）•Kt——锚杆杆体的抗拉安全系数，临时性锚杆取Kt=1.1，永久性锚杆取Kt=1.6；•T——锚杆的抗拔力设计值（kN)，应按相关的结构设计规范计算；•fy、fpt——钢筋、钢绞线的抗拉强度设计值（kPa）。（3）锚杆杆体验算•本例中锚杆内部配置6Φ15.2无粘结钢绞线，钢绞线强度验算：•Φ15.2钢绞线抗拔力设计值为175.14kN/根•第一道可回收预应力拉锚（水平间距2.4m）内置6根钢绞线，需要抗拔力设计值为•N=437.06×1.1×1.25/cos25°=663kN1050.84kN，满足抗拔要求。（4）扩大头锚杆抗拔力验算•筋体与锚固段注浆体以及地层与锚固段注浆体之间的粘结安全系数，应根据锚杆破坏的危害程度和锚杆的使用年限按下表确定：安全等级锚杆损坏的危害程度最小安全系数临时锚杆永久锚杆Ⅰ危害大会构成公共安全问题1.82.2Ⅱ危害较大但不致出现公共安全问题1.62.0Ⅲ危害较轻不构成公共安全问题1.42.0•扩大头锚杆的抗拔力值与土质、扩大头埋深、扩大头尺寸和施工工艺有关，应通过现场原位基本试验确定；无试验资料时，可按当地类似条件的施工经验类比确定，或按下式计算，但实际施工时必须经过现场基本试验验证确定。•T=Tuk/K(K---锚杆锚固体的抗拔安全系数)•Tuk=T1+T2+T3•T1=πD1Ldfmg1•T2=πD2LDfmg2•T3=π/4(D2²-D1²)PD•Tuk——锚杆极限抗拔力标准值（kN)；•D1——锚杆钻孔直径（mm）；•Ld——非扩大头锚固段的长度（m）；•fmg1——非扩大头锚固段注浆体与地层间的粘接强度标准值（kPa），通过试验确定；无试验资料时，可按规程要求取值；•D2——扩大头直径（mm）；•LD——扩大头长度（m）；•fmg2——扩大头注浆体与地层间的粘结强度标准值（kPa），通过试验确定；无试验资料时，可按规程要求取值；•PD——土体作用于扩大头端面上的抗力强度值（kPa）。•式中γ---扩大头上覆土体的容重（kN/m³）；•H---扩大头上覆土体的厚度（m）；•Ko---扩大头前端土体的静止土压力系数，可由试验确定；无试验资料时可按式Ko=1-sin‘计算。•’---扩大头端前土体的有效内摩擦角标准值；•ξ---锚杆与水平面的下倾角；•KP---扩大头端前土体的被动土压力系数：KP=tg²（45°+/2）；•---土体的内摩擦角标准值；•C---土体的粘聚力标准值；•Ka为扩大头前端土体的主动土压力系数：Ka=tg²（45°-/2）。PPDpPPDp(KoKh2CKP1K(1KoKh2CKP1Kξ）γξξ）γξPD=（3.8.6-3）PD=（3.8.6-4）竖直预应力锚杆：非竖直预应力锚杆：•江苏省规程：ξ---扩大头向前位移时反映挤胀效应的侧压力系数。ξ与扩大头端前土体的坚实程度有关，可取（0.5～0.95）Ka，对强度较好强风化、全风化土可取0.95，软土应取0.5。Ka为扩大头前端土体的主动土压力系数。•国家规程：ξ---对非预应力锚杆取（0.5～0.90）Ka，对预应力锚杆取（0.85～0.95）Ka。对强度较好的粘性土和较密实的砂性土可取上限值，对软土可取下限值。•通过上式计算得锚杆极限抗拔力标准值为：•Tuk=T1+T2=1045kN•T=Tuk/K=1045/1.8=580kN•T×cos25°=580×cos25°=525kN390.25×1.25=487kN•满足要求。129743521326ukTTTkN=+=+=/1326/1.8737ukTTKkN===cos30737cos306382.41.11.25581TkNkN＞176.1??创?129743521326ukTTTkN=+=+=/1326/1.8737ukTTKkN===cos30737cos306382.41.11.25581TkNkN＞176.1??创?•普遍区域第一道扩大头锚杆长度为26m，其中扩头段为3.0m，水平间距为2.4m，张拉值550kN，锁定值350kN；第二道扩大头锚杆长度为27m，其中扩头段为3.0m，水平间距为2.4m，张拉值650kN，锁定值400kN，与水平夹角均为25°，内部均配置6Φ15.2无粘结钢绞线，如下图：8501325015005000440010900350010001800330017008000230022002700900•深坑区域第一道扩大头锚杆长度为26m，其中扩头段为3.0m，水平间距为2.4m，张拉值550kN，锁定值350kN；第二道扩大头锚杆长度为27m，其中扩头段为3.0m，水平间距为2.4m，张拉值650kN，锁定值400kN，与水平夹角均为25°，内部均配置6Φ15.2无粘结钢绞线，第三道扩大头锚杆长度为27m，其中扩头段为3.0m，水平间距为2.4m，张拉值700kN，锁定值450kN，与水平夹角均为30°，内部均配置6Φ15.2无粘结钢绞线，如下图：20008501335015005000430012800350010001800330017008000230022002700900谢谢！