土層錨桿工程計算實例?一、工程概況某高層建筑基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，由于建筑周邊場地狹窄，無法采用放坡開挖，因此采用土層錨桿支護方式。該建筑地下室為2層，筏板基礎(chǔ)尺寸為50m×40m，開挖深度為8m。場地土層分布如下：1.雜填土：厚度0.51.0m，γ=18kN/m3。2.粉質(zhì)黏土：厚度3.04.0m，γ=19kN/m3，c=15kPa，φ=20°。3.黏土：厚度2.03.0m，γ=20kN/m3，c=20kPa，φ=25°。4.中砂：厚度大于5m，γ=21kN/m3，c=0kPa，φ=35°。

二、錨桿設(shè)計參數(shù)1.錨桿布置根據(jù)場地條件和支護要求，錨桿水平間距為2.0m，垂直間距為2.0m，呈梅花形布置。2.錨桿長度考慮到各土層的性質(zhì)和開挖深度，錨桿長度設(shè)計為15m，其中錨固段長度為10m，自由段長度為5m。3.錨桿直徑采用直徑為150mm的HRB400鋼筋作為錨桿桿體。4.注漿材料采用水泥砂漿注漿，強度等級為M30，水灰比為0.45。

三、土壓力計算1.靜止土壓力計算根據(jù)朗肯土壓力理論，靜止土壓力系數(shù)\(K_0=1\sin\varphi\)。對于粉質(zhì)黏土：\(K_{01}=1\sin20°\approx0.643\)靜止土壓力\(p_{01}=K_{01}\gammah\)，式中\(zhòng)(\gamma\)為粉質(zhì)黏土重度，\(h\)為計算點深度。在粉質(zhì)黏土層底，深度\(h_1=4m\)，則\(p_{01}=0.643×19×4=48.87kPa\)。對于黏土：\(K_{02}=1\sin25°\approx0.574\)在黏土層底，深度\(h_2=4+3=7m\)，則靜止土壓力\(p_{02}=0.574×20×7=80.36kPa\)。對于中砂：\(K_{03}=1\sin35°\approx0.426\)在開挖面以下\(8m\)處，靜止土壓力\(p_{03}=0.426×21×8=71.69kPa\)。2.主動土壓力計算主動土壓力系數(shù)\(K_a=\tan^2(45°\frac{\varphi}{2})\)。對于粉質(zhì)黏土：\(K_{a1}=\tan^2(45°\frac{20°}{2})\approx0.49\)主動土壓力\(p_{a1}=K_{a1}\gammah2c\sqrt{K_{a1}}\)。在粉質(zhì)黏土層底，\(p_{a1}=0.49×19×42×15×\sqrt{0.49}=37.2421=16.24kPa\)。對于黏土：\(K_{a2}=\tan^2(45°\frac{25°}{2})\approx0.36\)在黏土層底，\(p_{a2}=0.36×20×72×20×\sqrt{0.36}=50.424=26.4kPa\)。對于中砂：\(K_{a3}=\tan^2(45°\frac{35°}{2})\approx0.27\)在開挖面以下\(8m\)處，\(p_{a3}=0.27×21×8=45.36kPa\)。

四、錨桿軸向拉力計算1.根據(jù)庫侖土壓力理論計算取單位長度的擋土墻進行分析，作用在擋土墻上的主動土壓力合力\(E_a\)為：\(E_a=\frac{1}{2}(p_{a1}+p_{a2})h_1+\frac{1}{2}(p_{a2}+p_{a3})(h_2h_1)\)\(=\frac{1}{2}(16.24+26.4)×4+\frac{1}{2}(26.4+45.36)×(74)\)\(=\frac{1}{2}×42.64×4+\frac{1}{2}×71.76×3\)\(=85.28+107.64=192.92kN/m\)錨桿軸向拉力\(N_a\)按下式計算：\(N_a=\frac{E_ah}{\sum_{i=1}^{n}x_i}\)，其中\(zhòng)(h\)為錨桿垂直間距，\(x_i\)為第\(i\)層錨桿到基坑底的垂直距離。這里\(h=2m\)，假設(shè)錨桿布置在距離基坑底\(2m\)、\(4m\)、\(6m\)處。\(N_a=\frac{192.92×2}{2+4+6}\)\(=\frac{385.84}{12}\approx32.15kN\)2.考慮支護結(jié)構(gòu)位移的影響根據(jù)以往工程經(jīng)驗，考慮支護結(jié)構(gòu)位移對土壓力分布的影響，對上述計算結(jié)果進行修正。假設(shè)由于支護結(jié)構(gòu)位移導(dǎo)致主動土壓力增大20%。修正后的主動土壓力合力\(E_a^\prime=1.2×192.92=231.50kN/m\)修正后的錨桿軸向拉力\(N_a^\prime=\frac{231.50×2}{2+4+6}\)\(=\frac{463}{12}\approx38.58kN\)

五、錨桿錨固段長度計算1.按錨桿軸向拉力確定錨固段長度根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ1202012），錨桿錨固段長度\(l_a\)按下式計算：\(l_a\geq\frac{N_a}{\pidf_p}\)，其中\(zhòng)(d\)為錨桿直徑，\(f_p\)為錨桿與土體間的極限摩阻力標準值。根據(jù)土層性質(zhì)，粉質(zhì)黏土與錨桿間的極限摩阻力標準值\(f_{p1}=60kPa\)，黏土與錨桿間的極限摩阻力標準值\(f_{p2}=70kPa\)，中砂與錨桿間的極限摩阻力標準值\(f_{p3}=90kPa\)。對于錨固段位于粉質(zhì)黏土和黏土中的情況，取加權(quán)平均值計算極限摩阻力標準值\(f_p\)：\(f_p=\frac{60×4+70×3}{4+3}\approx64.29kPa\)已知\(N_a=38.58kN\)，\(d=150mm=0.15m\)\(l_a\geq\frac{38.58}{\pi×0.15×64.29}\)\(l_a\geq\frac{38.58}{30.16}\approx1.28m\)考慮安全系數(shù)，取錨固段長度\(l_a=10m\)（滿足要求）。2.按錨桿抗拔穩(wěn)定性確定錨固段長度為保證錨桿抗拔穩(wěn)定性，需進行抗拔力驗算。錨桿抗拔力設(shè)計值\(T_d=N_a×K\)，其中安全系數(shù)\(K=1.5\)\(T_d=38.58×1.5=57.87kN\)錨桿抗拔力由錨桿與土體間的摩擦力提供，即\(T_d\leq\pidl_af_p\)\(57.87\leq\pi×0.15×10×64.29\)\(57.87\leq301.6\)，滿足抗拔穩(wěn)定性要求。

六、錨桿自由段長度計算錨桿自由段長度主要考慮滿足錨桿在土體中的變形協(xié)調(diào)要求，同時保證錨桿能夠?qū)⒗τ行У貍鬟f到穩(wěn)定土層。根據(jù)工程經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范要求，自由段長度應(yīng)滿足在土體變形時，錨桿不會因自由段過長而產(chǎn)生過大的變形，影響錨桿的受力性能。這里取自由段長度\(l_f=5m\)，經(jīng)分析，該長度能夠滿足工程要求，使得錨桿在土體變形過程中，自由段能夠有效地傳遞拉力，且不會因過長導(dǎo)致自身變形過大而影響錨桿整體性能。

七、錨桿注漿計算1.注漿體強度計算注漿體強度應(yīng)滿足錨桿承載能力要求。已知注漿材料為M30水泥砂漿，其抗壓強度設(shè)計值\(f_{cu,k}=30MPa\)。根據(jù)規(guī)范，注漿體與錨桿桿體間的粘結(jié)強度設(shè)計值\(f_b\)可按下式計算：\(f_b=0.2f_{cu,k}^{\frac{2}{3}}\)\(f_b=0.2×30^{\frac{2}{3}}\approx3.65MPa\)2.注漿量計算錨桿注漿量\(Q\)按下式計算：\(Q=\frac{\pid^2}{4}(l_a+l_f)\)\(Q=\frac{\pi×0.15^2}{4}×(10+5)\)\(Q=\frac{\pi×0.0225}{4}×15\approx0.265m^3\)

八、錨桿施工工藝及質(zhì)量控制1.施工工藝流程鉆孔：采用錨桿鉆機按照設(shè)計的錨桿位置、角度和深度進行鉆孔。鉆孔過程中要控制好鉆進速度和垂直度，防止塌孔。清孔：鉆孔完成后，用高壓空氣或清水將孔內(nèi)的殘渣和泥漿清理干凈，確?？妆诟蓛?、無雜物。插筋：將預(yù)先加工好的錨桿桿體緩慢插入孔內(nèi)，注意保持桿體的順直，避免桿體扭曲或彎曲。注漿：采用水泥砂漿注漿，注漿管應(yīng)插入孔底，從孔底開始注漿，邊注漿邊緩慢拔出注漿管，確保注漿飽滿。注漿過程中要控制好注漿壓力，一般注漿壓力不宜過大，以防止孔壁破裂。養(yǎng)護：注漿完成后，對錨桿進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于規(guī)定天數(shù)，以保證注漿體強度的增長。2.質(zhì)量控制要點鉆孔質(zhì)量：鉆孔深度、角度和直徑應(yīng)符合設(shè)計要求，鉆孔垂直度偏差不應(yīng)大于規(guī)定值。桿體質(zhì)量：錨桿桿體的材質(zhì)、規(guī)格和性能應(yīng)符合設(shè)計要求，桿體表面應(yīng)光滑、無裂縫、無銹蝕。注漿質(zhì)量：注漿材料的配合比應(yīng)準確，注漿應(yīng)飽滿，注漿壓力應(yīng)符合要求。注漿體強度應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)定。錨桿抗拔試驗：在錨桿施工完成后，應(yīng)按規(guī)定進行錨桿抗拔試驗，試驗數(shù)量和試驗方法應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。試驗結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計要求，如不滿足要求，應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。

九、結(jié)論通過對該土層錨桿工程的計算分析，確定了錨桿的設(shè)計參數(shù)、軸向拉力、錨固段長