基坑边坡锚喷支护计算方法应用探讨

【内容摘要】近年来，我国城市建设得到了飞速发展，建筑用地选择余地越来越窄，很多高层建筑施工场地都受到限制，基坑边坡使用锚喷支护技术能有效保证边坡稳定，节省工程投资，被广泛应用于工程领域。本文结合工程实例和地质条件，就基坑边坡锚喷支护结构设计分析中的计算方法进行了详细探讨。

【关键词】基坑工程锚喷支护结构设计计算方法

1 引言

近年来，随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市建设进入了飞速发展阶段，城市建筑物不断增多，建筑用地选择余地越来越窄，新建高层建筑往往会受到施工场地限制，基坑开挖边坡支护成为保障工程质量和施工安全的重要环节。我国高层建筑基础下多为地下室或人防工程，基坑开挖深度大、地面施工荷载强、边坡暴露时间长，采用传统被动受力结构支护体系很难满足稳定性方面的要求。锚喷支护技术可以随挖随支与基坑开挖同时进行，能主动支护地体有效保护和提高周围土体强度，改善边坡受力条件，且能使土体由荷载变为支护体系的一部分，相比传统边坡支护技术来说，其成本更低、稳定效果更好、施工速度更快，因此在深基坑边坡支护中被广泛推广。下面本文结合工程实例和地质条件，就基坑边坡锚喷支护结构设计分析中的计算方法进行详细探讨，供相关工作者参考。

2 基坑边坡锚喷支护结构受力分析

基坑锚喷支护技术采用混凝土砂浆高速喷向受喷面，在喷层同土层之间产生嵌固效应改善边坡受力条件，控制边坡侧向位移，同时采用锚杆深固土体内部支护土体，提高周围土体强度，再用钢筋网调整喷层与锚杆的内应力分布增大支护的柔性和整体性。整个支护体系结构之中，当锚杆受力时，首先经钢筋与周边喷层的握裹力传递到喷层中，再通过喷层与土体摩擦力传递至整个锚固段。在拔力不大情况下锚杆位移量很小，随着拔力的增大锚杆位移量增大，当拔力增大到一定程度时变形不能稳定受到抗拔破坏，超出喷层和土体摩阻力的极限。除此之外，锚杆抗拔能力与灌浆压力有关，如砂类土当加大灌浆压力时，水泥浆颗粒能渗入周围土层从而增加锚固体同土体的摩擦力，使锚杆抗拔能力增加。在设计时，必须计算锚杆直径、长度和钢筋网的直径、间距，考虑灌浆压力对极限抗拔力的影响，以保证锚喷支护体系的力学性能。

3 工程基本情况

本工程为一高层住宅楼工程，主楼地上36层，地下3层，为停车场和人防工程，基坑开挖深度多为16m，最深处为18.4m，边坡长。由于土层多为卵石沙土稳定性较差，整个基坑开挖工期较长，再加上场地有限只能按1:0.5放坡，

所以计划采用锚喷支护加挂钢筋网的方法进行支护，以保证边坡稳定性。基坑土体上部3m范围内为硬塑性的黄土粉土，中部约4m范围内为较密实卵石层，下部为粘土夹杂卵石层。经地下水位勘探场地地层无明显含水层，地下水位主要由大气降水和侧向地下水组成，对水泥砼不存在腐蚀性影响，埋深为0.3m~1.6m之间。

4 基坑边坡锚喷支护计算方法

4.1 基坑边坡侧向压力计算方法

基坑边坡侧向压力可以采用公式Pm=0.55KaγH计算，其中Ka=tan(45o-φ/2)，γ为边坡土体容重，H为基坑开挖深度。

4.2 基坑边坡支护整体稳定性计算方法

其中：

K为整体稳定安全系数，为了保证边坡具有足够的稳定性，K取值应当大于

1.3，但取值也不宜过大，以免提高工程造价造成成本冗余；

Gi为第i条块的重量；

φi为第i条块的内摩擦角；

ci为第i条块土体的单位粘聚力；

ω为破裂面倾斜角；

Li为第i条块破裂面分段长度。

4.3 相关计算参数控制

灌浆锚固体强度等级不得低于M12；锚固体直径取值100mm，喷射混凝土强度等级不得低于C20，注浆压力应大于0.3MPa，如果因地质原因不能满足本压力需求，应以注浆充盈系数大于1.3计算。基坑边最大水平位移不能超过50mm，垂直沉降不得大于3‰。

5 具体计算应用

5.1 边坡土体压力分析

根据岩土工程勘察报告，本基坑边坡土体上部为黄土层，土体容重为

18.7KN/m3，粘聚力为20kPa，内摩擦角为23°。由于基坑坑深18.4m，边坡长132m，根据土体性质计算边坡土体压力，在假定不放坡情况下如下：

Θ=900－（450+α/2）=33.5°

b=H/3=18.4÷3=6.133（m）

h1=b/tgθ=6.133÷0.662=9.264m（m）

h2=18.4－9.264=9.136（m）

以此计算基坑边坡每米段土体压力为：

P={bh1+(bh2/2)}r={6.133×9.264+（6.133×9.136）÷2}×18.7=1586.32（KN）

5.2 锚杆设计计算分析

依据土体力学平衡理论，在基坑开挖过程中必须对开挖面进行及时的支护，以使开挖后的基坑边坡能够重新达到力学平衡状态，采用锚喷支护方法进行主动支护。

5.2.1 锚杆承载能力计算

要据基坑边坡支护断面结构，设置共12排锚杆，锚杆竖向间距为1.2m，水平间距为1.3m，各层锚杆承载能力计算如下：

P=r×b×hi×α=18.7×6.133×1.2×1.3=178.91（KN）

5.2.2 锚杆横截面面积计算

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002），锚杆钢筋截面面积应满足公式：

其中，As为锚杆钢筋截面面积；ζ2为锚杆钢筋抗拉工作系数，本案例为永久性锚杆，取值0.69；γ0为边坡工程重要性系数，本工程安全等级为一级，取值1.1；fy为锚筋抗拉强度设计值，本工程锚筋抗拉强度设计值为310MPa；Na为锚杆轴向拉力设计值，在这里根据锚杆轴向拉力标准值公式：Nak=Htk/cosα和轴向拉力设计值公式：Na=γQ Nak计算。As=（1.1×178.91）÷（0.69×0.31）=920mm，取锚杆钢筋直径45，面积1589。

6 结束语

在进行基坑边坡锚喷支护设计时，必须充分考虑基坑地质情况，使锚杆在土体中的抗拔力大于土压力，这样才能使锚喷支护能保证边坡的稳定性。不过现有计算方法还存在一些缺陷，如对土侧压力、水压力、周边房屋荷载、地面堆积荷载等考虑不够完全等，在计算中应当将这些因素考虑进去，并及时进行调整作出加固处理，不能随意降低工程安全系数，而应当在保证支护安全稳定的前提下降低造价，不能够为了追求经济效益而放弃安全问题。

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[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002） [S].中国建筑工业出版社，2001（11）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。