第五章-錨固技術(shù)

2023/2/41

第五章錨固技術(shù)

一、概述自然界里可以發(fā)現(xiàn)各式各樣的錨固體系，例如，樹根和各種草類。可能正是這些自然現(xiàn)象給原始的文明世界提供了建筑物人工錨固的想法。阿卡格夫廟塔就是典型的一例，它是伊拉克目前發(fā)現(xiàn)的許多廟塔中的一座，廟塔是用一些蘆葦層將粘土磚彼此連接在一起而構(gòu)成的。這個(gè)原理與約3500年后歷采用的現(xiàn)代加筋土多少有點(diǎn)類似。2023/2/42錨固(桿)技術(shù)定義

錨固(桿)技術(shù)是將受拉桿件的一端固定在邊坡或地基的巖層或土層中，另一端與工程建筑物相聯(lián)結(jié)，用以承受由于土壓力、水壓力或風(fēng)壓力等所施加于建筑物的推力，從而利用地層的錨固力以維持建筑物(或巖土層)的穩(wěn)定。

在20世紀(jì)50年代以前，錨固(桿)技術(shù)只作為施工過(guò)程中的一種臨時(shí)措施，例如臨時(shí)的螺旋地錨以及采礦工業(yè)中的臨時(shí)性木錨桿或鋼錨桿等。50年代中期以后，在國(guó)外的隧道工程中開始廣泛采用小型永久性的灌漿錨桿和噴射混凝土代替過(guò)去的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。60年代以后，錨桿技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用到土木工程的許多領(lǐng)域中。廣泛用于鐵路、公路、碼頭護(hù)岸和橋臺(tái)。作為經(jīng)濟(jì)有效的加固措施，錨桿技術(shù)已大量用于基坑護(hù)壁、地下廠房、隧洞、船塢、水壩加固和邊坡加固等工程。2023/2/43

錨固技術(shù)已發(fā)展出多種不同的類型。在天然地層中的錨固方法以鉆孔灌漿的方法為主；其受拉桿件有粗鋼筋、高強(qiáng)鋼絲束和鋼鉸線等三種不同類型；施工工藝有簡(jiǎn)易灌漿、預(yù)壓灌漿及許多特殊的專利錨固灌漿技術(shù)。在人工填土中的錨固方法有錨定板和加筋土兩種方式。單層錨定板應(yīng)用于碼頭板樁墻，已有百年歷史，我國(guó)鐵路于70年代研究采用的多層錨定板結(jié)構(gòu)則將錨定板的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的階段。加筋土60年代始于法國(guó)，它不同于一般的錨固技術(shù)，但在原理和所解決的問(wèn)題兩方面有相似之處。2023/2/442023/2/452023/2/46二、錨桿的承載機(jī)理1、錨桿的構(gòu)造錨固體、拉桿及錨頭2023/2/47（１）錨桿頭部:錨桿頭部是構(gòu)造物與拉桿的連接部分臺(tái)座構(gòu)造物與拉桿方向不垂直時(shí)，需要用臺(tái)座作為拉桿受力調(diào)整的插座，并能固定拉桿位置，防止其橫向滑動(dòng)和有害的變位。臺(tái)座用鋼板或混凝土做成。承壓墊板為使拉桿的集中力分散傳遞，并使緊固器與臺(tái)座的接觸面保持平順，粗鋼筋必須與承壓墊板正交，一般采用20一40mm厚的鋼板。緊固器拉桿通過(guò)緊固器的作用，將其與墊板、臺(tái)座、構(gòu)造物貼緊并牢固聯(lián)結(jié)。如拉桿的材料采用粗鋼筋，則在拉桿端部焊螺絲端稈，用螺母或?qū)Ｓ玫穆?lián)接器作為緊固器。為了減少螺絲端桿加工的工作且，必要時(shí)也可直接采用焊接的方法。如用鋼鉸線等，則需用公錐及錨銷等零件。2023/2/48錨桿的構(gòu)造2023/2/49（２）拉桿拉桿是錨桿的中心受拉部分，從錨桿頭部到錨固體尾端的全長(zhǎng)即是拉桿的長(zhǎng)度。拉桿的全長(zhǎng)L實(shí)際上包括有效錨固長(zhǎng)度和非錨固段長(zhǎng)度兩部分，即：

L＝Le十Lo式中；L——拉桿的全長(zhǎng)(m)；Le——有效錨固段長(zhǎng)度(m)；Lo——非錨固段長(zhǎng)度(m)。

有效錨固段長(zhǎng)度即錨固體長(zhǎng)度，主要根據(jù)每根錨桿需承受多大的抗拔力來(lái)決定。非錨固段長(zhǎng)度也稱自由長(zhǎng)度，按構(gòu)造物與穩(wěn)定地層之間的距離來(lái)決定。(３)錨固體

錨固體是錨桿尾端的錨固部分，通過(guò)錨固體與土之間的相互作用，將力傳遞給地層。錨固力能否足夠保證構(gòu)造物的穩(wěn)定要求是錨桿技術(shù)成敗的關(guān)鍵。（三個(gè)類型：摩擦型、承壓型、復(fù)合型）2023/2/410摩擦型在已鉆好的孔內(nèi)插入鋼筋并灌注漿液，使形成一柱狀的錨固體，這種錨桿通常稱為灌漿錨桿。在實(shí)際的施工中，有時(shí)采用壓力灌漿，因此實(shí)際的錨固體一般要比設(shè)計(jì)的錨固體大。柱狀錨固體周表面與土層之間的摩擦力將來(lái)自拉桿的拉力傳遞給地層。F》Q承壓型錨固體有一個(gè)支承的面，支承型的錨固體一部分或大部分是局部擴(kuò)大，所以錨桿的拉力與其說(shuō)是依靠錨固體與土之間的摩擦，不如說(shuō)是依靠作用于錨固體的被動(dòng)土壓力來(lái)獲得支承，亦即錨固體的支承機(jī)理是F《Q。2023/2/411復(fù)合型復(fù)合型錨桿的支承方式比較復(fù)雜，實(shí)際上是摩擦力及支承力兩者兼而有之，共同承擔(dān)。可以認(rèn)為，摩擦力與支承力的大小近似相等(F=Q)屬于此種型式。2023/2/412灌漿錨桿的工作原理

錨固段受力時(shí)，拉力Ti首先通過(guò)拉桿周邊的砂漿握固應(yīng)力u傳遞到砂漿中，然后再通過(guò)錨固段鉆孔周邊的地層摩擦阻力τ而傳到錨固地層中。因此，拉桿如受到拉力的作用，除了鋼筋本身需要足夠的截面積A承受拉力外，即Ti

＝pi*A(pi為鋼筋單位面積上的應(yīng)力)，錨桿的抗拔作用還必須同時(shí)滿足以下三個(gè)條件。(1)錨固段的砂漿對(duì)于拉桿的握固力需能承受極限拉力(2)描固段的地層對(duì)于砂漿的摩擦力需能承受極限拉力(3)錨固的土體在最不利的條件下需能保持整體穩(wěn)定性2023/2/4133、灌漿描桿的抗拔力(p212)

巖層中的砂漿握固力照規(guī)定的灌漿工藝施工，巖層孔壁的摩擦阻力τ一般大于砂漿的握固應(yīng)力u。因此，巖層錨桿的極限抗拔力(Tu巖)和最小錨固長(zhǎng)度一般取決于砂漿的握固應(yīng)力，因此Tu巖≥πdLeu式中：d—拉桿的直徑(m)；Le—錨稈的有效錨固長(zhǎng)度(m)；u—砂漿對(duì)于拉桿的平均握固應(yīng)力（KN/m2）Ti-Ti+1=πdLiui2023/2/414錨固段孔壁的抗剪強(qiáng)度

在風(fēng)化層和土層中，錨桿的極限抗拔力τ取決于錨固段地層對(duì)砂漿所能產(chǎn)生的最大摩擦阻力：Tu＝πDLeτ式中：D—錨桿的直徑(m)；Le—錨稈的有效錨固長(zhǎng)度(m)；τ—砂漿對(duì)于拉桿的平均握固應(yīng)力（KN/m3）除取決于地層特性外，錨桿的極限抗拔力還與施工方法、灌漿質(zhì)量有關(guān)，需要根據(jù)抗拔試驗(yàn)得出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參考使用Tu＝πDLe

τ≥πdLeuDτ≥

du2023/2/415三、錨桿的施工技術(shù)施工前需要了解：(P215)

施工地段地形地質(zhì)情況、地層性狀、地下水的狀態(tài)、地下埋設(shè)管道、障礙物的的情況、鄰近建筑情況等。

錨桿的施工包括施工準(zhǔn)備、錨桿孔的鉆鑿、錨桿的制作和安放、注漿、錨桿的拉張和鎖定等環(huán)節(jié)。１、施工準(zhǔn)備平整場(chǎng)地、選定設(shè)備（鉆孔機(jī)械、拉張機(jī)具）、準(zhǔn)備材料、通水通電等。２、成孔工藝（錨桿孔的鉆鑿）

對(duì)于所有錨桿孔的施工工程來(lái)說(shuō)，一般淮則是選擇一種方法使其對(duì)周圍土層產(chǎn)生的擾動(dòng)最小。這種擾動(dòng)可能由于使用高的沖洗壓力引起水力劈裂或是土體的損失所造成。錨桿的成孔應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的孔徑、長(zhǎng)度和傾向，采用適宜的鉆孔方法確保精度，使其后續(xù)桿體插入和注漿作業(yè)能順利進(jìn)行。2023/2/416一般要求

(1)在鉆孔過(guò)程中，對(duì)錨固區(qū)段的位置和巖土分層厚度進(jìn)行驗(yàn)證，如計(jì)劃的錨固地層過(guò)分軟弱，則要采取注漿加固或變更錨固地層。

(2)根據(jù)不同的巖土條件，應(yīng)選用不同的鉆機(jī)和鉆孔方法，以保證在桿體插入和注漿過(guò)程中孔壁不至于塌陷；鉆機(jī)直徑符合設(shè)計(jì)要求，以使孔壁不至于過(guò)分?jǐn)_動(dòng)。

(3)鉆孔以清水為好，膨潤(rùn)土懸濁液和泥漿水都會(huì)減弱錨桿的錨固力，應(yīng)避免使用。鉆孔用水對(duì)周邊地基和錨固地層地基有不良影響時(shí)，應(yīng)考慮無(wú)水鉆孔法。(4)錨固長(zhǎng)度區(qū)段內(nèi)的孔壁有沉渣或粘土附著，會(huì)使錨桿錨固力下降，因此要求清水充分清洗孔壁。(5)施工過(guò)程中若有地下水從鉆孔內(nèi)流出，必要時(shí)采取注漿堵水，以防止錨固段漿液流出而影響錨桿的錨固力。(6)可采用透水試驗(yàn)或從鉆孔時(shí)送入水的回流情況判斷地層的透水強(qiáng)度。(7)對(duì)于滑坡整治和斜坡穩(wěn)定等工程，鉆孔水會(huì)產(chǎn)生不良影響，可采用固結(jié)灌漿以改良地層，或采用無(wú)水鉆孔法。2023/2/417鉆孔精度

鉆孔精度視結(jié)構(gòu)物的重要程度和使用目的有所不同。鉆孔過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常檢查鉆孔的垂直度，一般偏離鉆孔軸線的誤差為鉆孔長(zhǎng)度的2％。按照國(guó)家規(guī)范。３、鉆孔機(jī)械和鉆孔方法

錨桿孔一般分為兩類，一類是荷載較小的短錨桿的鉆孔，另一類是傳遞較大拉力的長(zhǎng)錨桿的鉆孔。

(1)小直徑短錨桿的鉆孔在巖石上鉆鑿短錨桿的鉆孔(孔徑小于45mm，長(zhǎng)度小4.0m)，一般采用氣動(dòng)沖擊鉆機(jī)。

(2)大直徑長(zhǎng)錨桿的鉆孔承載力大的錨桿一般要求采用大直徑(60-168mm)的深鉆機(jī)(5-50m)?？梢杂脹_擊鉆、旋轉(zhuǎn)鉆或兩者相結(jié)合的方式來(lái)鉆鑿長(zhǎng)的錨桿孔。應(yīng)當(dāng)根據(jù)巖土類型、鉆孔直徑和長(zhǎng)度、接近錨固工作面的條件、所用沖洗介質(zhì)的種類以及錨桿類型和所要求的鉆進(jìn)速度來(lái)選擇合適的鉆機(jī)。2023/2/418

在土層中鉆孔，其鉆進(jìn)方式一般采用回轉(zhuǎn)式、沖擊回轉(zhuǎn)式和回轉(zhuǎn)沖擊反循環(huán)式。目前國(guó)內(nèi)土錨工程中采用的鉆機(jī)主要有：日本礦研株式會(huì)社RPD型鉆機(jī),德國(guó)克虜伯公司DHR80A鉆機(jī),意大利WORTHINGTON公司W(wǎng)D101型鉆機(jī),冶金部建筑研究總院研制的YTM87型土錨鉆機(jī),地礦部機(jī)械電子研究所研制的土星-881L型鉆機(jī)等。４、錨桿孔的擴(kuò)孔方法

為了增大錨桿的承載力，有時(shí)需要對(duì)鉆孔深處的端部進(jìn)行擴(kuò)孔處理。可通過(guò)專門的擴(kuò)孔機(jī)具或在孔內(nèi)放入少量炸藥進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔的方法有；機(jī)械擴(kuò)孔、爆炸擴(kuò)孔、水力擴(kuò)孔和壓漿擴(kuò)孔。2023/2/4192023/2/420３、錨桿桿體的制作與安放(1)錨桿桿體的制作(P221)錨桿材料的確定取決于錨固工程對(duì)象、錨桿承載力、錨桿長(zhǎng)度、數(shù)量及現(xiàn)場(chǎng)提供的施加應(yīng)力及鎖定的設(shè)備。錨桿材料可用普通鋼筋、精軋螺紋鋼筋和高強(qiáng)鋼絲、鋼鉸線。①棒條錨桿的制作棒條錨桿的制作，一般按錨桿要求的長(zhǎng)度切割鋼筋，并在桿體外端加工成螺紋以便安放螺母，在桿體上每隔2－3m安放隔離件，以使桿體在孔內(nèi)居中，保證有足夠的保護(hù)層。②多股鋼鉸線錨桿的制作錨固段的鋼鉸線呈波浪形，是通過(guò)夾緊環(huán)與擴(kuò)張環(huán)(隔離環(huán))的交替設(shè)置而成的。隔離環(huán)它同時(shí)具有兩種功能，既能使鋼鉸線分離，使之周邊有足夠的水泥漿粘附，又能保證所需的保護(hù)層厚度不小于20mm。隔離環(huán)的間距為1.0-1.5m。2023/2/4212023/2/4222023/2/423永久性預(yù)應(yīng)力錨桿(索)與臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力錨桿(索)的主要區(qū)別是：用塑料波形管對(duì)錨固段進(jìn)行封閉，波形管與桿體間用灰漿或樹脂充填，并借助波形管粗糙的外表面使它與周圍的灰漿有可靠的粘結(jié)。這樣，即使在桿體施荷以后，波形管外表面的灰漿體出現(xiàn)橫向裂縫，也不會(huì)再有危險(xiǎn)，因?yàn)樗煌旰玫牟ㄐ喂鼙Ｗo(hù)著。國(guó)內(nèi)目前使用的永久性預(yù)應(yīng)力錨稈(索)采用波形管的仍不多。③多根鋼絲錨桿的制作

首先將鋼絲校直并切割成要求的長(zhǎng)度，然后借助帶孔的金屬分線板將鋼絲按層次布置好，并在每隔0.5-1.0m處接合在一起。制作過(guò)程中，最重要的是鋼絲就位，因?yàn)榉胖玫匿摻z若在全長(zhǎng)上不是相互平行的，就不能利用鋼絲的截面，而且會(huì)降低鋼絲的強(qiáng)度。2023/2/424(2)錨桿桿體的安放

在一般情況下錨桿桿體與液漿管同時(shí)插入鉆孔底部，尤其對(duì)于土層錨桿，要求鉆孔完后立即插人桿體。插入時(shí)將錨桿有支架一面向下方，若鉆孔時(shí)使用套管，則在插入桿體后漿后再將套管拔出。若是用風(fēng)鉆鉆出的小口徑錨桿孔，則要求灌漿后再插入桿體。4、注漿材料與工藝

錨桿通常用水泥漿或水泥砂漿將錨桿與地層固定并對(duì)錨桿加以保護(hù)。錨桿的粘結(jié)強(qiáng)度和防腐效果在很大程度上取決于拌合料的成分及其注入方式。注漿是錨桿施工中的一個(gè)關(guān)鍵工序，施工時(shí)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)記錄下來(lái)，以備發(fā)生事故時(shí)查用。注漿設(shè)備：一般有磅秤、攪拌機(jī)、壓漿泵等。錨桿灌漿一般使用水泥砂漿，并要求砂漿的強(qiáng)度不小于30000kN／m2。小孔徑錨桿在必要時(shí)才使用純水泥漿。2023/2/425注漿方法有一次注漿法和二次注漿法兩種

一次注漿法:利用注漿泵通過(guò)注漿管將砂漿泵入錨孔，待漿液流出孔口時(shí)，封閉孔口，再以較高壓力進(jìn)行補(bǔ)灌，穩(wěn)壓數(shù)分鐘，灌漿即告結(jié)束。注漿管一般用φ30mm左右的鋼管或膠皮管做成，一端與壓漿泵連接，另一端與錨桿拉桿同時(shí)送入孔內(nèi)，管端距孔底應(yīng)預(yù)留0.5m左右的空隙。注漿管如采用膠管，使用時(shí)應(yīng)用清水洗凈內(nèi)外管，開動(dòng)注漿泵將攪拌好的砂漿注入鉆孔底部，自孔底向外灌注。隨著砂漿的泵入，應(yīng)逐步將注漿管向外拔出直至孔口。這樣灌注可將孔內(nèi)的水和空氣擠出孔外，以保證注漿質(zhì)量。

二次注漿法是把錨桿的錨固段與非錨固段分兩次進(jìn)行灌注。先灌注錨固段，在灌注的水泥砂漿具有一定強(qiáng)度后，對(duì)錨固段進(jìn)行張拉，然后再灌注非錨固段。因此，國(guó)外有些國(guó)家稱二次注漿法為預(yù)應(yīng)力注漿法。二次注漿法可使錨固段與非錨固段界限分明，還便于在錨固段用質(zhì)量好的水泥砂漿進(jìn)行壓力注漿，而在非錨固段可用貧水泥砂漿不加壓力進(jìn)行灌注。2023/2/426注漿時(shí)要注意，對(duì)于靠近地面的土層錨桿，注漿時(shí)如壓力過(guò)大，可能引起地表面膨脹隆起，或者影響附近原有的地下構(gòu)筑物和管道的使用。５、錨桿的張拉與鎖定

錨桿的張拉，就是通過(guò)張拉設(shè)備使錨桿桿體的自