是一种体系,它由两大核心部分构成:支护桩(或地下连续墙):作为主要的挡土构件,垂直插入基坑底部,直接承受坑外土体和水产生的侧向压力。锚杆(或锚索):作为主要的拉结构件,一端锚固在支护桩上,另一端锚固在桩后稳定的土体中,通过施加预应力,为支护桩提供强大的弹性支点。
锚杆锚固段不宜设置在淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土及松散填土层内。
一. 轴向拉力标准值Nk的确定
根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中4.7.3条,其轴向拉力标准值的确定可由(4.7.3)式确定:其中Fh/ba为挡土构件单位计算宽度内的弹性支点水平反力) ,除以锚杆倾角(cosα)得到单位宽度锚杆拉力,乘s(锚杆间距)得到单根锚杆的轴向拉力值。

计算宽度ba范围内的水平反力Fh可以根据式(4.1.8)计算。其中VR为设置锚杆后挡土构件在支点处的水平位移值; VR0为设置锚杆前该支点处的初始水平位移值,位移值都是可以根据现场监测得到。Ph为预加拉力。

kR为挡土结构计算宽度内弹性支点刚度系数。其值的获取可以通过加载实验或者经验公式确定。
①加载实验

②经验公式

我们知道,锚杆的拉力主要是由锚固段的侧阻力提供的,因此我们可以假定锚固段的侧阻力为线性分布(注意:自由段无侧阻力不代表自由段轴向拉力为0,无侧阻力意味着自由段轴向拉力是定值,该段的位移无需通过积分得到),于是我们计算得到上式(4.1.9-2),以下是推导过程,有兴趣的可以了解一下。

二. 锚杆极限抗拔承载力Rk的确定
锚杆极限抗拔承载力应也可以通过抗拔试验以及估算公式确定。
①锚杆极限抗拔承载力应通过抗拔试验确定,试验方法应符合本规程附录A的规定。
②锚杆极限抗拔承载力标准值也可按下式估算

值得注意的是,规范《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中4.7.8条第1条规定:锚杆的水平间距不宜小于1.5m; 对多层锚杆,其竖向间距不宜小于 2.0m; 当锚杆的间距小于1.5m时,应根据群锚效应对锚杆抗拔承载力进行折减。折减系数条文说明中有相关规定。
条文说明4.7.8中:根据有关参考资料,当土层锚杆间距为1.0m 时,考虑群锚效应的锚杆抗拔力折减系数可取 0.8,锚杆间距在1. Om~ 1.5m 之间时,锚杆抗拔力折减系数可按此内插,即折减系数为ξ=0.8+0.2(s-1)/(1.5-1)。
锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求:

三.锚杆的非锚固段长度的确定

非锚固段lf可分为三个部分计算得到:①挡土结构内d/cosα;②挡土结构内至滑动面的距离。该段可以通过三角形的正弦定理求得:三角形的各边与其对角的正弦值的比值相等;③过滑动面的1.5m。


求出来的以上长度且不应小于5.0m。
四、构造做法
以下是桩锚支护的构造做法,具体可以参考《建筑基坑支护结构构造》11SG814。
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五. 主要特点
优点:
· 提供开阔的施工空间:由于基坑内部没有内支撑,土方开挖和结构施工非常方便,效率高。
· 有效控制变形:通过预加应力,能严格控制基坑周边土体的水平位移和沉降,特别适用于对变形敏感的建筑物(如地铁、历史建筑)附近。
· 适用深度大:通过设置多道锚杆,可以支护很深的基坑(可达20-30米以上)。
· 经济效益好:在合适的土层中,比同等深度的内支撑方案更经济。
缺点:
· 对场地土质有要求:锚杆需要有足够长度的锚固段置于稳定土层中,因此不适用于软弱淤泥层、松散砂层或地下障碍物多的地层。
· 受周边环境限制:如果基坑红线外有地下管线、隧道、地铁或属于他人地产,锚杆可能无法逾越,法律和技术上均不允许,此时需采用内支撑。
· 施工难度和质量控制要求高:锚杆的成孔、注浆、张拉锁定等工序都需要严格控制质量。
六.设计流程与要点
1. 地质勘察与环境调查:了解土层参数(c, φ)、地下水位、周边建筑和管线分布。
2. 确定支护方案:根据基坑深度、环境要求决定是否采用桩锚及锚杆道数、位置。
3. 土压力计算:通常采用朗肯或库伦土压力理论计算每层开挖后的侧向土压力。
4. 确定锚杆拉力:采用等值梁法或弹性支点法(如“m法”)计算桩身内力,并确定各道锚杆所需提供的水平拉力设计值。
5. 锚杆设计:
· 自由段长度:必须穿过潜在滑裂面,并有足够长度以防锚固段处于不稳定土体中。通常不小于5米。
· 锚固段长度:根据锚杆拉力设计值T和土体与注浆体的粘结强度计算得出。通常通过现场基本试验确定极限粘结强度。
· 倾角:一般为15°~25°,需避开地下障碍物,并考虑有利于锚固段置于好土层。
· 预应力:一般为锚杆拉力设计值的0.75~1.0倍。
6. 支护桩设计:根据计算出的最大弯矩和剪力,进行桩的配筋设计和截面验算。
7. 稳定性验算:包括整体稳定性验算(圆弧滑动法)、抗倾覆稳定性验算、抗隆起稳定性验算等。
桩锚支护是一种技术成熟、效果显著的高性能基坑支护技术,其核心优势在于通过锚杆将支护桩的受力模式优化,从而实现对深基坑变形和稳定的有效控制。然而,其应用受到地质条件和周边环境的严格限制。在设计中,必须进行精密的计算和全面的稳定性分析,并在施工中严格控制质量,才能确保工程的安全可靠。



