樁錨支護工程

樁－錨結(jié)構(gòu)支護基坑工程李象范同濟大學年4月樁錨支護工程第1頁一、圍護樁選型1、樁－錨結(jié)構(gòu)與土釘支護比較與選擇（1）．結(jié)構(gòu)樁錨支護工程第2頁（2）變形傾覆①抗拔力不足②材料拉斷③樁短踢腳④樁墻折斷滑移①坑底隆起②地表下陷③攪拌樁折斷④土釘彎曲樁錨支護工程第3頁（3）受力機理①樁—錨：荷載—結(jié)構(gòu)體系水土壓力樁、墻錨桿錨固段分布到穩(wěn)定地層中②土釘支護：原位加固邊坡原位土體抗剪能力邊坡土體自重超前支護抗剪能力滑移面后移土釘對邊坡加固作用土體改進拉拔作用

樁錨支護工程第4頁(4)方案選擇標準：①安全第一位，造價要重視②周圍環(huán)境要求：變形要求是否嚴格③開挖深度：土釘支護有開挖深度限制④土質(zhì)情況：錨桿比土釘對地層要求更高⑤施工工藝水平：設備、操作、技術(shù)要求⑥當?shù)赜蛞酝こ探?jīng)驗樁錨支護工程第5頁二、樁—錨與樁—撐樁—錨結(jié)構(gòu)受力示意圖樁錨支護工程第6頁1、方案選擇條件(1).地層錨桿對地層依賴性比較大，地層強度較高時用錨，地層條件較差時用撐。(2).場地錨桿要出用地紅線，場地較開闊時用錨，場地窄小時用撐。(3).平面尺寸基坑尺寸較小時用撐，很大時用錨。(4).平面形狀基坑平面形狀規(guī)則用撐，不規(guī)則、復雜甚至不對稱用錨。(5).對后續(xù)工序干擾樁—錨：對挖土、土建無干擾，改進勞動條件和工作效率。樁—撐：對挖土、土建有干擾，生產(chǎn)效率較低。(6).質(zhì)量管理、可靠度要求。樁錨支護工程第7頁2、圍護樁—排樁式支擋結(jié)構(gòu)（1）排樁式擋墻樁錨支護工程第8頁（2）鉆孔灌注樁直徑大于400mm，用鉆機在地層中豎向鉆孔，清孔后，放入鋼筋籠，采取套管法澆筑水下混凝土，一根一根密排現(xiàn)澆混凝土樁，用圈梁聯(lián)成整體式墻，承受水土壓力。①使用條件：深度7~13m，地層很好時，能夠用得更深達16~17m；環(huán)境——②優(yōu)缺點：A、現(xiàn)場澆筑，無擠土效應，對周圍環(huán)境影響??；B、與地下連續(xù)墻比較，設備簡單，造價低，速度快；C、平面布置靈活，能夠布置成方形、圓形、不規(guī)則多邊形等；D、圓形截面抗彎剛度大；缺點：A、不隔水，在高水位地層，需另外設止水帷幕；B、施工期間大量泥漿排放，易造成環(huán)境問題；③施工注意事項：A、須間隔跳打，預防串漿；B、受力鋼筋宜均勻布置，長度方向上部2/3為全籠鋼筋，下部1/3（最大彎距點以下）可減半布置；C、排樁施工次序安排：（3）人工挖孔樁：樁錨支護工程第9頁（3）型鋼水泥土攪拌樁墻連續(xù)攪拌水泥樁墻內(nèi)，插入H型鋼，形成即能隔水又能承受水土壓力圍護擋墻，又稱：SMW工法。①使用條件：粘性土粉土砂礫石強風化巖石（單軸抗壓強度小于60MPa）②結(jié)構(gòu)型式:樁錨支護工程第10頁樁錨支護工程第11頁樁直徑（mm）內(nèi)插型鋼型號圍檁尺寸要求(mm)650H500×200H500×300高度不應小于600，下同寬度不應小于900850H700×300寬度不應小于11001000H850×300寬度不應小于1200樁錨支護工程第12頁③計算：A、H型鋼入土深度DhDh-—基坑抗隆起抗傾覆整體穩(wěn)定性等、內(nèi)力變形要求等水泥土攪拌入土深度DcDc—抗管涌（流砂）

DC.≥Dh+(0.5-1.0)mB、型鋼間距：L（凈間距）滿足抗彎能力外，L≤del+H+2e樁錨支護工程第13頁、式中:del—

水泥土攪拌樁厚度（mm）H—H型鋼高度（mm）e—

型鋼形心軸與截面對稱軸距離（mm）C、水土壓力全部由H型鋼負擔，水泥土攪拌樁僅提升其剛度20%左右，剛度提升系數(shù):式中：

--分別為水泥土攪拌樁與H型鋼混合體及H型鋼彈性模量（MPa）；—分別為水泥土攪拌樁與H型鋼混合體及H型鋼慣性矩（mm4）。

樁錨支護工程第14頁

水泥土剛度系數(shù)а取值D、型鋼水泥土攪拌墻彎矩應全部由型鋼負擔，并按下式驗算型鋼抗彎剛度：式中：—型鋼水泥土攪拌墻彎矩設計值（N.mm），可取計算得到彎矩標準值乘以對應分項系數(shù)，普通取1.25；—型鋼沿彎矩作用方向截面模量（mm3）；—型鋼抗彎強度設計值（N/mm2）。樁錨支護工程第15頁型鋼水泥土攪拌墻剪力應全部由型鋼負擔，并按下式驗算型鋼抗剪強度：式中：—計算剪力設計值（N/mm2）；—型鋼水泥土攪拌墻剪力設計值（kN），可取計算得到彎矩標準值乘以對應分項系數(shù)，普通取1.25；—計算剪應力處型鋼面積矩（mm3）；—型鋼沿彎矩作用方向截面慣性矩（mm4）；—型鋼腹板厚度（mm）；—鋼材抗剪強度設計值（N/mm2）。樁錨支護工程第16頁④水泥土強度校核型鋼水泥土攪拌墻應驗算水泥土攪拌樁樁身局部抗剪承載力，包含型鋼與水泥土之間錯動剪切和水泥土最微弱截面處局部剪切（a）型鋼與水泥土間錯動（b）最微弱截面剪切剪切破壞驗算圖破壞驗算圖攪拌樁局部抗剪強度計算示意圖樁錨支護工程第17頁A、型鋼與水泥土之間錯動剪切承載力驗算應按下式計算剪力

剪應力

式中：—型鋼與水泥土之間單位深度范圍內(nèi)錯動剪力標準值（N/mm）；—型鋼與水泥土之間錯動剪應力標準值（N/mm2）；—計算截面處作用側(cè)壓力標準值（N/mm2）—型鋼翼緣之間凈距（mm）；—型鋼翼緣處水泥土墻體有效厚度（mm）；—水泥土抗剪強度標準值（N/mm2），可取水泥土無側(cè)限抗壓強度標準值

，對于淤泥或淤泥質(zhì)土層，宜取低值；—剪力計算經(jīng)驗系數(shù)，可取0.6；—水泥土抗剪強度調(diào)整系數(shù)，可取1.6。樁錨支護工程第18頁B、如型鋼為隔孔設置時，除了需驗算型鋼與水泥土之間錯動剪切承載力外，還應按下式計算水泥土攪拌樁最微弱斷面局部抗剪強度剪力

剪應力

式中：—水泥土最微弱截面處單位深度范圍內(nèi)剪力標準值（N/mm）；—水泥土最微弱截面處局部剪應力標準值（N/mm2）；—水泥土最微弱截面凈距（mm）；—水泥土最微弱截面處墻體有效厚度（mm）。樁錨支護工程第19頁C、設備與施工步履式機械設備

履帶式機械設備樁錨支護工程第20頁施工流程：樁錨支護工程第21頁（4）全套管鉆孔咬合樁（柱狀連續(xù)墻）①施工設備：雙旋轉(zhuǎn)功力鉆機，上動力頭驅(qū)動長螺旋鉆桿，下動力頭驅(qū)動套管，如土力企業(yè)R-622HD，R-825和CM-120鉆機②施工程序：

③使用條件及與其它方法比較：注漿補漿或二次注漿鉆鉆孔并清孔孔并清孔沉放鋼筋籠注漿管投放石子樁錨支護工程第22頁技術(shù)特征擋土結(jié)構(gòu)水泥土攪拌樁SMW工法樁鉆孔灌注樁加止水方法形成組合樁捷程MZ系列全套管鉆孔咬合樁地下連續(xù)墻經(jīng)濟開挖深度(m)6~106~146~1510~2020~40現(xiàn)場要求較少較少普通普通較高施工占地較大小較大小大施工工藝較簡單較復雜較簡單較復雜復雜環(huán)境保護要求廢土外運少，對環(huán)境保護影響較小廢土外運少，對環(huán)境保護影響較小泥漿對環(huán)境保護影響大噪聲低，無泥漿，對環(huán)境保護影響小泥漿對環(huán)境保護影響大整體剛度普通較大較大較大大抗?jié)B漏很好很好普通好好樁(墻)體質(zhì)量很好好普通好好技術(shù)成熟程度熟練熟練熟練熟練較熟練與永久結(jié)構(gòu)關系暫時結(jié)構(gòu)暫時結(jié)構(gòu)可作為永久結(jié)構(gòu)一部分可作為永久結(jié)構(gòu)一部分永久結(jié)構(gòu)或永久結(jié)構(gòu)一部分與結(jié)構(gòu)抗浮關系與主體結(jié)構(gòu)抗浮無關與主體結(jié)構(gòu)抗浮無關與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對主體結(jié)構(gòu)抗浮有利費用低低普通普通高以上對比表明，在軟土地域五種慣用擋土圍護結(jié)構(gòu)中全套管鉆孔咬合樁綜合技術(shù)特征顯優(yōu)。樁錨支護工程第23頁MZ液壓搖動式全套管灌注樁機配套設備示意圖③捷程MZ液壓搖動式全套管鉆機由主機（磨樁機）、鋼套管、錘式抓斗和液壓工作站組成，因為套管安設和拔高，另需履帶式吊車。④施工程序樁錨支護工程第24頁全套管鉆孔咬合樁施工示意圖示意圖鉆孔咬合樁配筋示意圖樁錨支護工程第25頁

（5）日本柱狀連續(xù)墻施工樁錨支護工程第26頁

樁錨支護工程第27頁

樁錨支護工程第28頁

樁錨支護工程第29頁

樁錨支護工程第30頁三、樁—錨結(jié)構(gòu)體系設計

1.作用與樁上水土壓力

土壓力計算示意圖樁錨支護工程第31頁（1）標準上講作用于支護樁（墻）上水土壓力，墻前為被動土壓力，墻后為主動土壓力。土壓力值大小和分布還取決于支撐（錨）剛度。所以有些規(guī)范，在講到樁排結(jié)構(gòu)時，土壓力應進行調(diào)整。墻后土壓力介于主動土壓力和靜止土壓力之間，墻后土壓力按彈性地基梁取值—即被動土壓力大小與墻（樁）水平位移y相關。因為錨桿（索）剛度小于支撐，所以采取極限狀態(tài)—主動極限狀態(tài)和被動極限狀態(tài)比較適當。樁錨支護工程第32頁（2）土壓力計算主動區(qū)土壓力（地下水位以上或水土合算）式中，—深度z處作用與支護樁上主動土壓力強度標準值；

—第j層土天然重度；

—第j層土厚度；

—計算點以上土層數(shù)；

—第i層土主動土壓力系數(shù)；

—第i層土內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角；樁錨支護工程第33頁

—深度z處由地面超載或附加荷載產(chǎn)生附加水平土壓力標準值；

—深度z處第i層土被動土壓力強度標準值；

—基坑底面所在土層數(shù)；

—第i土層被動土壓力系數(shù)。樁錨支護工程第34頁若采取水土分算：式中

—計算點到地面距離；

—地下水重度，；

—墻后第i層土中地下水位距地面距離；

—墻前第i層土中地下水位距地面距離。樁錨支護工程第35頁(3)地面超載、附加荷載引發(fā)水平壓力地面超載

—地面超載集度標準值，通常取20KPa。附加荷載：外側(cè)有埋深d條形或矩形基礎荷載當時

—基礎底部附加荷載標準值；

—基礎埋深；

—條形基礎寬度；

—支護樁到基礎水平距離。

樁錨支護工程第36頁矩形基礎式中，—與基坑邊垂直方向上矩形基礎寬度；

—與基坑邊平行方向上矩形基礎寬度。當或時，取。樁錨支護工程第37頁條形（矩形）附加荷載產(chǎn)生附加水平壓力樁錨支護工程第38頁（4）被動抗力計算圍護樁（墻）在水土壓作用下，在基坑開挖部分隨開挖進行，樁身逐步向坑內(nèi)位移，而開挖面以下樁體向前位移就使土體被動壓縮，位移大到一定數(shù)量級就產(chǎn)生被動滑移，到達被動土壓力①經(jīng)典被動土壓力對于砂土類顆粒土式中

-----基坑開挖面以下深度

處豎向應力標準值

------第i土層被動抗力系數(shù)對于粘性土，基坑內(nèi)側(cè)水平抗力標準為樁錨支護工程第39頁被動土壓力計算圖樁錨支護工程第40頁②彈性地基梁設計土體水平坑力被動土壓力是到達變形極限狀態(tài)，多數(shù)情況下水平變形達不到或不允許到達極限狀態(tài)。水平抗力應與圍護樁位移值大小相關，如處于彈性狀態(tài)，應呈百分比，即P=KSP-----彈性抗力絕對值(KN/m2)K----彈性抗力系數(shù)(KN/m3)S----圍護樁墻位移值（m）桿系有限元法計算圖樁錨支護工程第41頁依據(jù)不一樣假定，樁基側(cè)向彈性坑力系數(shù)分布，有不一樣分布模式。常數(shù)法，K----為常數(shù)，不隨深度改變M法，K-----隨深度呈正百分比增加C法，K-----埋置淺時，隨曲線增加，深埋時為常數(shù)K法，K----淺時隨曲線增加，深埋時為常數(shù)常數(shù)法、m法、C法，可用同一個公式概括即式中，Z----基坑開挖面以下深度當

=K0(K0為常數(shù))，n=0,即K=K0,即常數(shù)法=m(m為土體彈性百分比系數(shù))，n=1,則K=mZ，即為m法=c，n=0.5時，

，即為C法取慣用m法，但m法對砂性土比較適當，豎向荷載為零處（即開挖后）抗力為零，但粘性土在該處抗力不為零，為杜絕這一矛盾，引用一初始計算深度Z0，即為KH=m(Z+Z0)式中，KH------側(cè)向彈性抗力系數(shù)m-------土體彈性百分比系數(shù)z--------開挖面算起深度Z0-------初始計算深度KH，m工程現(xiàn)場試驗取得，多數(shù)情況參考規(guī)范、規(guī)程表格也可采取地勘匯報標準貫入擊數(shù)N，和土體無側(cè)限抗壓強度qu計算彈性抗力系數(shù)經(jīng)驗公式樁錨支護工程第42頁樁基側(cè)向彈性抗力系數(shù)分布圖（a）常數(shù)法；（b）m法；（c）c法；（d）k法KH=2x103NKH=(5-8)x102qu樁錨支護工程第43頁樁錨支護工程第44頁（5）土壓力經(jīng)驗修正①、提升主動土壓力周圍環(huán)境要求嚴格，不允許圍護產(chǎn)生較大位移，達不到主動壓力壓力位移值或

②、被動土壓力系數(shù)折減不允許產(chǎn)生較大位移，將被動壓力折減式中Da-----被動土體允許位移值Dp------被動極限狀態(tài)所需位移值Dp=（0.02～0.04）h0h0-----開挖系數(shù)③、被動土壓力增大系數(shù)考慮被動土壓力土體與圍護樁（墻）之間摩阻力，提升被動土壓力值樁錨支護工程第45頁2、錨桿支撐力（1）單撐（單錨）受力體系兩個未知數(shù)Ra、D，不能直接求解。樁錨支護工程第46頁可采取等值梁法進行求解樁錨支護工程第47頁求解Ra、Po及上部樁墻彎矩圖最終，依據(jù)Ra、t，畫出彎矩圖作為設計錨桿依據(jù)樁錨支護工程第48頁（2）二道或多道錨桿等反力布置、等彎矩布置、程序計算—理正軟件、同濟啟明星樁錨支護工程第49頁

二層及二層以上多支撐（錨桿）圍護體，第二層及二層以上支撐或錨桿支護體系是超靜定結(jié)構(gòu)，必須作一些假定才能計算，如等反力布置，等彎矩布置等。假如考慮到多支撐體系施工過程，也可逐步將超靜定問題化為靜定問題進行求解，就像前面所講等值梁法那樣。如假定深基坑支護樁布置有N道錨桿或支撐，依據(jù)挖一層撐一層標準，必須分為N+1次挖土.①第一步，開挖一定深度作第一次錨桿；挖深H1，懸臂樁擋墻，計算得到②施工完成第一道錨桿，挖土至第二層錨桿位置，挖深H2，單支點擋墻，計算得到③第三步開挖作第二層錨桿，以后再挖至第三錨桿位置，挖深H3，二支擋墻，但T1為已知，又可按單支撐計算，計算得到n第N次開挖挖至Hn，這時為多支點圍護樁，但T1、T2……T（N-2）是已知，未知力僅為

，一樣照等值梁法求得。將每個工況情況正、負彎矩比較取大者。分層等值梁法，將超靜定轉(zhuǎn)化為靜定問題處理。樁錨支護工程第50頁第k+1次開挖至坑底，開挖深度為Hk，上面作用有（k-1）個已知支撐力。T1、T2……Tk-2，依據(jù)ΣX=OΣY=OΣM=0求出各支撐力與主動土壓力平衡點，即剪應力為零，取得最大彎矩

和

；求hKO1,有了

即計算得一樣求，求出最大彎矩。最終設計值:嵌固深度hd還取決于穩(wěn)定性驗算。樁錨支護工程第51頁(3)錨桿布置

滑移面外1~2m樁錨支護工程第52頁圓柱型注漿錨桿長度式中，—錨桿傾角；

—錨固段直徑，取鉆孔直徑1.2倍；

—錨固段穿過土層數(shù)；

—第i土層與錨固段摩阻力；

—抗拔安全系數(shù)；

—錨固長度對粘結(jié)強度影響系數(shù)，

=10m時，=1；

>10m，<1.0；<10m，>1.0。見相關規(guī)范樁錨支護工程第53頁①關于計算方法

—第i土層對應錨固段中點埋深；

—錨固段與第i層土體摩阻力，取決于施工

方法

—第i土層內(nèi)聚力。參考地質(zhì)匯報中鉆孔灌注樁邊壁摩阻力相關規(guī)范手則進行拉拔試驗經(jīng)過綜合比較，取值一次注漿二次注漿樁錨支護工程第54頁②關于Lm(錨桿長度計算)剪應力分布：計算中按均勻分布，實際上以下列圖可見，Lm太長無用巖石地層：Lm<6.0m

土質(zhì)地層：Lm<10.0m

當大于10.0m時，要將進行折減，折減系數(shù)0.6-1.0。通常情況下，12.0m左右還是能夠。樁錨支護工程第55頁③提升抗拔力辦法采取更大直徑，高壓旋噴成孔等。采取二次壓力注漿拉力型和拉力分散型改變錨固體形式壓力型和壓力分散型拉壓分散型樁錨支護工程第56頁樁錨支護工程第57頁樁錨支護工程第58頁樁錨支護工程第59頁樁錨支護工程第60頁④錨桿桿件面積和錨固體截面積樁錨支護工程第61頁⑤樁—錨固體系穩(wěn)定性（通慣用Krage法）a．Krage法單錨體系Rnmin是維持平衡所需最小錨桿拉力Rnmin與Nt進行比較Nt＞Rnmin為穩(wěn)定，不然為不穩(wěn)定為穩(wěn)定系數(shù)樁錨支護工程第62頁樁錨支護工程第63頁多錨體系樁錨支護工程第64頁b．作為深基坑工程均需確保穩(wěn)定性基坑底部抗隆起穩(wěn)定性樁錨支護工程第65頁在上圖中，考慮因為墻后HxD土體自重和Dxq超載不平衡力作用下，產(chǎn)生坑底隆起可能性滑動力為HxD土體自重和Dxq超載抗滑力為AD段摩阻力、BC段摩阻力、CE段摩阻力、樁墻入土部分抗彎能力為樁、墻抗彎能力以坑底地基承載力作為基礎抗隆起分析方法其中（見下列圖）樁錨支護工程第66頁樁錨支護工程第67頁c.抗?jié)B流、管涌穩(wěn)定性驗算—底部沒有隔水層，發(fā)生滲流時，不至將土壤顆粒沖走，與動水壓力相關式中，—臨界水力梯度；

—土顆粒重度；

—天然孔隙比；

—滲流力坡度，；

—水頭差；

—最短滲流路徑長度，；

—水平長度，取帷幕寬度；

—流徑垂直總長度；

m—換算系數(shù)，m=1.5；

—安全系數(shù)，。樁錨支護工程第68頁日本資料提供經(jīng)驗，只要插入深度足夠，就不會產(chǎn)生管涌式中，hw—水頭差；

F=1.5；

D—帷幕插入深度樁錨支護工程第69頁⑥幾個問題討論A安全系數(shù)樁—錨結(jié)構(gòu)是由多個安全系數(shù)確保a.結(jié)構(gòu)安全度系數(shù)b.穩(wěn)定性安全系數(shù)抗管涌抗隆起抗滑移Krage安全系數(shù)整體穩(wěn)定安全系數(shù)c.錨桿抗拔力錨桿材料錨桿與水泥漿體水泥漿體與土體樁錨支護工程第70頁其中，關鍵安全度—水泥漿體與土體摩阻力提供抗拔力國家標準GB50086—關于錨固體安全系數(shù)危害程度最小安全系數(shù)服務年限<2年服務年限2年危害輕微，不組成公共安全事故1.41.8危害較大，公共安全無問題1.62.0危害大，產(chǎn)生公共安全問題1.82.2樁錨支護工程第71頁其它規(guī)范提供安全系數(shù)國家規(guī)范最小安全系數(shù)暫時錨桿永久錨桿瑞士SLA1911.31.51.81.61.82.0美國PTI-Recom2.0英國DD8i1.41.62.02.0國際預應力砼協(xié)會Recom2.0日本JSF:DL-881.52.5前蘇聯(lián)Recom2.0中國香港Modelspecir1.61.61.82.0樁錨支護工程第72頁B.施工預應力大小土層錨桿都應該施加預拉張力，因為a.自由段是彎曲b.剛度小于支撐結(jié)構(gòu)c.經(jīng)過施加預應力對錨桿可靠性進行檢驗預應力加多大？鎖定應力過大，會伴隨開挖和位移發(fā)展，產(chǎn)生超張拉，危險鎖定應力過小，起不到降低位移量目標適當做法：張拉到設計荷載1.5倍，退到設計荷載0.6~0.8倍鎖定樁錨支護工程第73頁四、樁—錨結(jié)構(gòu)施工鉆孔錨桿沉放一次注漿二次注漿養(yǎng)護張拉鎖定1.鉆孔：傾角15~30度，直徑150~300mm長度設計長度Lm+Lf+0.3m依據(jù)地層情況，確定出渣方式鉆機專用錨桿鉆機a.無錫雙帆YG系列b.武漢天寶工程機械企業(yè)TR805c.無錫探礦機械總廠錨固系列d．成都哈邁廠YX