第六节-高层建筑施工-土层锚杆、土钉墙

高层建筑施工徐训武汉理工大学2020年9月8日星期二2/73第六节土层锚杆、土钉墙本节主要内容1.1、土层锚杆概述1.3、土层锚杆原理1.4、土层锚杆设计布置1.5、土层锚杆计算1.2、土层锚杆组成1.6、土层锚杆施工1、土层锚杆2.1、土钉墙概述2.3、土钉墙设计计算2.4、土钉墙施工2.2、土钉墙构造2、土钉墙2020年9月8日星期二3/73第六节土层锚杆、土钉墙1.1、土层锚杆概述土层锚杆：简称土锚，由设置与钻孔内、端部深入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。支护结构或其他结构所承受的荷载通过拉杆传递到端部稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将荷载分散到周围稳定的土层中。优点：基坑施工时坑内无支撑，开挖土方和地下结构施工不受支撑干扰，施工作业面宽敞，改善施工条件，同时可以施加预应力，能有效控制挡墙的位移和土层变形。2020年9月8日星期二4/73第六节土层锚杆、土钉墙1.1、土层锚杆概述土层锚杆的适用范围：土层锚杆适用范围较广，在大多数场地和地质条件下都可采用，尤其适合在深度达，水平变形要求高，周边场地狭窄的情况。土层锚杆不适用情况：①锚固端设置在软弱土层中，承载力低，不能满足锚固要求，且锚杆长、造价高，工期长，不经济。④锚杆施工困难，如砂卵石地层存在承压力的情况下无法成孔，并且不能保证水泥浆灌注质量。2020年9月8日星期二5/73第六节土层锚杆、土钉墙1.2、土层锚杆组成锚杆支护体系支护挡墙腰梁及托架锚杆钢筋混凝土板桩、钢板桩，钻孔灌注桩、挖孔桩，地下连续墙腰梁及托架作用、构造同内支撑锚头拉杆(拉索)锚固体螺母锚头锚具锚头钢筋钢绞线2020年9月8日星期二6/73第六节土层锚杆、土钉墙1.3、土层锚杆原理自由段处于不稳定土层中，应使它与土层尽量脱离，土层一旦有滑动时，可以伸缩，其作用是将锚头所承受的荷载传递到锚固段锚固段处于稳定的土层中，要与周围土体结合牢固，能将锚杆所受到的荷载分散到周围土体中。锚杆的锚固段长度由承载力确定，而锚杆的总长度取决于稳定性验算的需求。锚杆支护结构的破坏形式：锚杆受拉破坏，整体稳定破坏等。2020年9月8日星期二7/73第六节土层锚杆、土钉墙1.4、土层锚杆设计布置1.4.1、锚杆长度锚杆的锚固区应设置在主动土压力滑动面以外且地层稳定的土体中，以便使锚固段有足够的锚固力，确保在设计荷载的作用下正常工作。锚杆杆体下料长度=锚杆自由段+锚固段+外露长度锚杆自由段长度不宜小于5.0m，并应超过潜在滑裂面1.5m；锚固段长度不宜小于4.0m；外露长度必须满足台座、腰梁及张拉要求。2020年9月8日星期二8/73第六节土层锚杆、土钉墙1.4、土层锚杆设计布置1.4.2、锚杆间距锚杆间距取决于支护结构承受的荷载合每根锚杆的承载能力。锚杆垂直间距不宜小于2.0m水平间距不宜小于1.5m锚杆间距愈大，每根锚杆承受的拉力亦愈大，由于锚杆间距变大，腰梁的跨度变大，腰梁内力增加，需加大腰梁截面；减小锚杆间距，可使腰梁内力减小，若间距过小，会产生群锚效应，锚杆之间相互干扰，降低了单根锚杆的承载能力。2020年9月8日星期二9/73第六节土层锚杆、土钉墙1.4、土层锚杆设计布置1.4.3、锚杆倾角锚杆的拉力对于支护墙体的支承作用，只有水平分力是有效支承，而垂直分力会增加支护结构底部的压力，可能造成支护结构和周围地基的沉降一般要求锚杆倾角为15度-25度，且不应大于45度。锚杆倾角于可锚固土层的位置，支护结构的位置，施工条件，应避开临近地下构筑物合管道，不与原有锚杆或设计中的锚杆交叉，还应考虑钻孔、灌浆是否方便。2020年9月8日星期二10/73第六节土层锚杆、土钉墙1.4、土层锚杆设计布置1.4.4、锚杆层数锚杆层数取决于支护结构的截面和其所承受的荷载、基坑深度、锚杆的承载力，还应考虑支护结构允许的变形量和施工条件等综合因素。注意事项：最上层锚杆上面应具有足够的覆土厚度，不宜小于4.0m，防止由于锚杆向上的垂直分力作用而使地面隆起。覆土厚度经计算确定，应保证覆土重量大于锚杆的垂直分力；在可能产生流砂的地区布置土锚时，锚头标高与砂层应有一定的距离，以防渗流距离过短造成流砂从钻孔涌出。2020年9月8日星期二11/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算锚杆承载力影响因素：拉杆的极限抗拉强度；拉杆与锚固体之间的极限握裹力；锚固体与土体之间的极限阻力；拉杆与锚固体之间的极限握裹力远大于锚固体与土体之间的极限阻力；锚杆的承载力主要取决于锚固体与土体之间的极限阻力；2020年9月8日星期二12/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算式中：Td--锚杆水平拉力设计值；Nu--锚杆轴向受拉承载力设计值；θ--锚杆与水平面的倾角。1.5.1、锚杆承载力1cosudNT2020年9月8日星期二13/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算式中：As、Ap--普通钢筋、预应力钢筋杆体截面面积；fy、fpy--普通钢筋、预应力钢筋抗拉强度设计值。1.5.2、锚杆杆体的截面面积2cosydsfTA3cospydpfTAA.普通钢筋截面面积计算B.预应力钢筋截面面积计算2020年9月8日星期二14/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算1.5.3、锚杆轴向受拉承载力设计值422211ddclqdlqdNkjsjkisiksuA.安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，应根据规程要求进行锚杆基本试验，确定锚杆的极限承载力，再除以受拉抗力分项系数γs(γs可取1.3)，得到锚杆轴向受拉设计值。B.基坑侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，按下式计算锚杆受拉承载力设计值，并按规程要求进行锚杆验收试验：2020年9月8日星期二15/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算1.5.3、锚杆轴向受拉承载力设计值式中：Nu--锚杆轴向受拉承载力设计值；d1--扩孔锚固体直径；d--非扩孔锚杆或扩孔锚杆的直孔段锚固体直径；li--第i层土中直孔部分锚固段长度；lj--第j层土中直孔部分锚固段长度；qsik、qsjk--土体与锚固段的极限摩阻力标准值，应根据当地经验取值；当无经验时可根据规程选用；ck--扩孔部分土体黏聚力标准值；γs--锚杆轴向受拉抗力分项系数，可取1.32020年9月8日星期二16/73第六节土层锚杆、土钉墙1.5、土层锚杆计算1.5.3、锚杆轴向受拉承载力设计值C.对于塑性指数大于17的黏性土层中的锚杆应进行蠕变试验；D.基坑侧壁安全等级为三级时，可按式(4)确定锚杆轴向受拉承载力设计值。2020年9月8日星期二17/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.1、土层锚杆施工准备A.查明施工区域的土层分布及相应物理力学特性，合理布置土层锚杆、正确选择钻孔方法；B.查明锚杆施工区域内地下构筑物、管线及其它障碍物的位置和情况，保证顺利施工；C.了解地下水的成分和含量、水位及变化情况，选择正确的锚杆防腐方案；2020年9月8日星期二18/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.1、土层锚杆施工准备E.进行技术交底，明确设计意图和施工技术要求；G.若采用湿作业施工，要准备好用水，并挖好排水沟，沉淀池，集水井，使成孔排出的泥水排到沉淀池，再从沉淀池排入集水井用水泵排走；F.进行土方开挖，使锚杆作业面低于锚杆标高500-600mm，并平整好操作范围内的场地；D.编制锚杆施工组织设计：确定土层锚杆的施工顺序，制定施工方案；选定并准备钻孔机械，张拉机具及其配套机械设备；安排施工进度；提出保证质量、保证安全和节约成本的技术措施；2020年9月8日星期二19/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械钻机的钻头安装在套管的底端，由钻机回转机构带动钻杆对钻头以一定的压力和转速切削土体，土渣通过循环水排出空外。A.回转式钻机适用于黏性土及砂性土地基。如在地下水位以下钻进，遇软黏土及土质松散的粉质黏土、粉细砂等土层时，应用套管钻进保护孔壁，防止坍孔。2020年9月8日星期二20/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械螺旋式钻机是利用回旋的螺旋钻杆，以一定的钻压和转速向土体钻进，同时将切削下来的松动土体顺螺叶排出孔外。B.螺旋式钻机螺旋钻机不需用水循环，不使用套管护壁，因此辅助作业时间减少，钻进速度快。螺旋式钻机适用于无地下水条件下黏土、粉质黏土及较密实的砂土土层中成孔。2020年9月8日星期二21/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械旋转冲击式钻机又称为万能钻机，具有旋转、冲击、钻进多功能，其钻孔、移动和装卸都靠油压装置运行。一般钻孔直径为80-130mm，可钻任何角度的孔，根据土质情况可分别使用其旋转、冲击功能，能迅速装卸，钻孔速度快。C.旋转冲击式钻机2020年9月8日星期二22/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械旋转冲击式钻机又称为万能钻机，具有旋转、冲击、钻进多功能，其钻孔、移动和装卸都靠油压装置运行。一般钻孔直径为80-130mm，可钻任何角度的孔，根据土质情况可分别使用其旋转、冲击功能，能迅速装卸，钻孔速度快。C.旋转冲击式钻机2020年9月8日星期二23/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械潜钻冲击器长度为0.5-1.0m，直径为78-135mm，内部装有配气阀，汽缸和活塞等机构，利用压缩空气驱动，通过活塞往复运动作定向高频冲振，挤压土层向前钻进。D.潜钻冲击器2020年9月8日星期二24/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.2、施工机械潜钻冲击器通常配备一台钻机，冲击器设在钻杆端部，导向架控制其成孔角度，并导向钻进，达到预定深度时钻杆沿导向架退出，同时将冲击器带出钻孔。由于挤压土层向前钻进，故不出土。其成孔速度较快，可达1.3m/min，噪声低，能耗小。D.潜钻冲击器2020年9月8日星期二25/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺施工顺序：钻孔-安放拉杆-灌浆-养护-安装锚头-张拉锚固-挖土2020年9月8日星期二26/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺a)干作业法A.钻孔当土层锚杆处于地下水位以上，呈非浸水状态时，可选用不护壁的螺旋钻孔干作业法成孔。适用于黏土，粉质黏土，密实性和稳定性较好的砂土等土层。干作业法具有施工操作方便，场地无积水，功效高，适宜于冬季作业。2020年9月8日星期二27/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺a)干作业法A.钻孔方法一：螺旋钻机钻孔→成孔后钻杆退出空洞→用空气压缩机风管冲洗孔穴→清除孔内残余土屑→插入钢拉杆2020年9月8日星期二28/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺a)干作业法A.钻孔方法二：钻孔时将钢拉杆插入空心螺旋钻杆→钢拉杆和螺旋钻杆同时到达设计规定深度→提出螺旋钻杆150-200mm→压力灌浆-边灌浆边退钻杆灌浆时螺旋叶间充填土可以起到保护孔壁，防止坍塌和堵塞灌浆外流，提高灌浆效果的作用2020年9月8日星期二29/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺b)湿作业法A.钻孔钻进时冲洗液(压力水)从钻杆中心流向孔底，在一定水头压力下，水流携带钻削下来的土屑从钻杆与孔壁之间的孔隙排出孔外。钻进时要不断供水冲洗，始终保持孔口的水位。待钻到规定深度后，继续用压力水冲洗残留在孔内土屑，直至溢出清水为止。2020年9月8日星期二30/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施工1.6.3、施工工艺b)湿作业法A.钻孔优点：钻孔过程中的钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成，可防止塌孔，不留残土。适用范围：适用于各种软、硬土层，特别适合于有地下水或土的含水率大及有流砂的土层。2020年9月8日星期二31/73第六节土层锚杆、土钉墙1.6、土层锚杆施