《擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程》第七章土層錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工培訓(xùn)T

擋土結(jié)構(gòu)與基坑工程

木林隆博士巖土大樓820室65982005mulinlong@第7講土層錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工概述常用錨桿類型錨桿內(nèi)的荷載傳遞錨桿的設(shè)計(jì)錨桿的施工錨桿的分類概述錨桿支護(hù)作為一種支護(hù)方式，與傳統(tǒng)的支護(hù)方式有著根本的區(qū)別，傳統(tǒng)的支護(hù)方式常常是被動(dòng)地承受坍塌巖體土體產(chǎn)生的荷載，而錨桿可以主動(dòng)地加固巖土體，有效地控制其變形，防止坍塌的發(fā)生。錨桿全長黏結(jié)型錨桿端頭錨固型錨桿摩擦型錨桿其他型錨桿普通水泥砂漿錨桿早強(qiáng)水泥砂漿錨桿樹脂卷錨桿水泥卷錨桿機(jī)械式錨固黏結(jié)式錨固縫管式(全長摩擦型)自鉆式錨桿楔管式(全長摩擦型)中空注漿錨桿土中打入式錨桿楔連式脹殼式側(cè)楔式樹脂卷式快硬水泥式錨桿支護(hù)的作用原理概述錨桿是將受拉桿件的一端（錨固段）固定在穩(wěn)定地層中，另一端與工程構(gòu)筑物相聯(lián)結(jié)，用以承受由于土壓力、水壓力等施加于構(gòu)筑物的推力，從而利用地層的錨固力以維持構(gòu)筑物（或巖土層）的穩(wěn)定。錨固作用原理，可歸納為兩種不同的理論：一種是建立在結(jié)構(gòu)工程概念上，其基本特征是“荷載―結(jié)構(gòu)”模式。一種是巖層錨桿，是建立在巖體工程概念上，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，防圍巖破壞于未然。軟土巖石概述錨桿支護(hù)的特點(diǎn)提供開闊的施工空間，極大地方便土方開挖和主體結(jié)構(gòu)施工。錨桿施工機(jī)械及設(shè)備的作業(yè)空間不大，適合各種地形及場(chǎng)地。對(duì)巖土體的擾動(dòng)?。辉诘貙娱_挖后，能立即提供抗力，且可施加預(yù)應(yīng)力，控制變形發(fā)展。錨桿的作用部位、方向、間距、密度和施工時(shí)間可以根據(jù)需要靈活調(diào)整。用錨桿代替鋼或鋼筋混凝土支撐，可以節(jié)省大量鋼材，減少土方開挖量，改善施工條件，尤其對(duì)于面積很大、支撐布置困難的基坑。錨桿的抗拔力可通過試驗(yàn)來確定，可保證設(shè)計(jì)有足夠的安全度。概述錨桿的發(fā)展與現(xiàn)狀錨桿支護(hù)于19世紀(jì)末20世紀(jì)初初現(xiàn)雛形，1950年代中期，在國外的隧道中開始廣泛使用小型永久性的灌漿錨桿噴射混凝土代替以往的隧道襯砌結(jié)構(gòu)。1970年代開始，國外許多大城市修建地下車站或地下建筑物時(shí)，大量采用錨桿與地下連續(xù)墻聯(lián)合支護(hù)。錨桿支護(hù)技術(shù)于1960年代引進(jìn)我國。1.應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模不斷擴(kuò)大2.相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善3.對(duì)巖土錨固效應(yīng)與荷載傳遞方式的研究取得了很多有價(jià)值的成果4.各種新型錨桿在工程實(shí)踐中得到大量開發(fā)、應(yīng)用5.錨桿的承載力水平大幅度提高6.施工機(jī)械、施工工藝不斷發(fā)展常用錨桿類型拉力型錨桿和壓力型錨桿在同等荷載條件下，拉力型錨桿固定段上的應(yīng)變值要比壓力型錨桿的大。但是，壓力型錨桿的承載力受到灌漿體抗壓強(qiáng)度的限制，如僅采用一個(gè)承載體，則承載力不太高。常用錨桿類型單孔單一錨固與單孔復(fù)合錨固單孔單一錨固在一個(gè)鉆孔中只安裝一根獨(dú)立的錨桿，盡管可由多根鋼絞線或鋼筋構(gòu)成錨桿桿體，但只有一個(gè)統(tǒng)一的自由長段和錨固長度。會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。其錨固體在工作時(shí)受拉，易開裂，為地下水的滲入提供通道，對(duì)防腐極其不利，嚴(yán)重影響錨桿的使用壽命。單孔復(fù)合錨固單孔復(fù)合錨固體系是在同一鉆孔中安裝幾個(gè)單元錨桿，而每個(gè)單元錨桿均有自己的桿體、自由長度和錨固長度，而且承受的荷載也是通過各自的張拉千斤頂施加，并通過預(yù)先的補(bǔ)償張拉（補(bǔ)償每個(gè)單元在同等荷載下因自由長度不等而引起的位移差）而使所有單元錨桿始終承受相同的荷載。常用錨桿類型擴(kuò)張錨根固定的錨桿采用擴(kuò)張錨根的方法來提高錨桿承載力是十分有效的。其摩阻面積的增大對(duì)提高承載力有一定作用，但更主要的是突出部分的地層對(duì)錨桿拔出的抗力。擴(kuò)張錨根固定的錨桿主要有兩種形式：一種是僅在錨根底端擴(kuò)張成一個(gè)大的擴(kuò)體，稱為底端擴(kuò)體型錨桿；一種是在錨根（錨固體）上擴(kuò)成多個(gè)擴(kuò)體，稱為多段擴(kuò)體型錨桿。常用錨桿類型可回收錨桿可回收錨桿是指用于臨時(shí)性工程加固的錨桿，在工程完成后可回收預(yù)應(yīng)力鋼筋。可回收錨桿施工使用經(jīng)過特殊加工的張拉材料、注漿材料和承載體，可分為以下三類：機(jī)械式可回收錨桿化學(xué)式可回收錨桿力學(xué)式可回收錨桿錨桿內(nèi)內(nèi)的荷荷載傳傳遞從桿體體到灌灌漿體體的荷荷載傳傳遞黏著力力機(jī)械聯(lián)聯(lián)鎖摩擦力力錨桿內(nèi)內(nèi)的荷荷載傳傳遞各類巖巖土層層中錨錨桿的的荷載載傳遞遞特點(diǎn)點(diǎn)巖石中中的錨錨桿錨桿灌灌漿體體與錨錨桿孔孔壁巖巖石間間的黏黏結(jié)力力取決決于巖巖石與與灌漿漿體的的強(qiáng)度度、孔孔壁的的粗糙糙度及及清孔孔質(zhì)量量。隨隨著錨錨固長長度的的增大大，所所要求求的黏黏結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度就就會(huì)按按比例例降低低。砂性土土中的的錨桿桿砂性土土的錨錨桿，，灌漿漿體與與土體體的黏黏結(jié)強(qiáng)強(qiáng)度通通常大大于土土體的的抗剪剪強(qiáng)度度。這這是由由于水水泥漿漿的滲滲透，，使實(shí)實(shí)際的的錨固固體直直徑大大于鉆鉆孔的的直徑徑；同同時(shí)，，由于于水泥泥漿的的高壓壓滲透透的使使得錨錨固體體表面面產(chǎn)生生橫向向壓力力，提提高了了土體體與錨錨固體體間的的摩擦擦力。。錨桿內(nèi)內(nèi)的荷荷載傳傳遞各類巖巖土層層中錨錨桿的的荷載載傳遞遞特點(diǎn)點(diǎn)粘土中中的錨錨桿黏性土土中錨錨桿錨錨固體體與黏黏土的的平均均摩阻阻力隨隨土的的強(qiáng)度度增加加和塑塑性減減小而而增加加，隨隨錨固固長度度增加加而減減小。。在進(jìn)進(jìn)行二二次或或多次次灌漿漿后，，水泥泥漿液液在錨錨固段段周邊邊土體體中滲滲透、、擴(kuò)散散，形形成水水泥土土，提提高了了土體體的抗抗剪強(qiáng)強(qiáng)度和和錨固固體與與土的的摩阻阻力。。灌漿漿壓力力越高高、灌灌漿量量越大大，則則錨固固體與與土之之間的的摩阻阻力增增加幅幅度越越大。。錨桿的設(shè)計(jì)規(guī)劃與設(shè)置單根錨桿設(shè)計(jì)計(jì)拉力的確定定單根錨桿的設(shè)設(shè)計(jì)拉力需根根據(jù)施工技術(shù)術(shù)能力、巖土土層分布情況況等因素來確確定。錨桿位置的確確定錨桿的錨固區(qū)區(qū)應(yīng)當(dāng)設(shè)置在在主動(dòng)土壓力力楔形破裂面面以外，錨固固段需設(shè)置在在穩(wěn)定的地層層以確保有足足夠的錨固力力，一般要求求錨桿錨固體體上覆土層厚厚度不宜小于于4m。錨固體設(shè)置間間距錨桿間距應(yīng)根根據(jù)地層情況況、錨桿桿體體所能承受的的拉力等進(jìn)行行經(jīng)濟(jì)比較后后確定。錨桿桿的水平間距距不宜小于1.5m，上下排垂直直間距不宜小小于2m。錨桿的設(shè)計(jì)規(guī)劃與設(shè)置錨桿的傾角一般采用水平平向下15°-25°傾角，不應(yīng)大大于45°。錨桿水平分分力隨錨桿傾傾角的增大而而減小。傾角角太大將降低低錨固的效果果，而且作用用于支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)上的垂直分分力增加，可可能造成擋土土結(jié)構(gòu)和周圍圍地基的沉降降。為有效利利用錨桿抗拔拔力，最好使使錨桿與側(cè)壓壓力作用方向向平行。錨桿的層數(shù)數(shù)錨桿層數(shù)根根據(jù)土壓力力分布大小小、巖土層層分布、錨錨桿最小垂垂直間距等等而定，還還應(yīng)考慮基基坑允許變變形量和施施工條件等等綜合因素素。錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)劃與設(shè)置置錨桿自由長長度的確定定錨桿自由長長度的確定定必須使錨錨桿錨固于于比破壞面面更深的穩(wěn)穩(wěn)定地層上上，以保證證錨桿系統(tǒng)統(tǒng)的整體穩(wěn)穩(wěn)定性；使使錨桿能在在張拉荷載載作用下有有較大的彈彈性伸長量量，不致于于在使用過過程中因錨錨頭松動(dòng)而而引起預(yù)應(yīng)應(yīng)力的明顯顯衰減。不不宜小于5m并應(yīng)超過潛潛在滑裂面面1.5m。錨桿桿體筋筋材的設(shè)計(jì)計(jì)錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)劃與設(shè)置置錨桿的安全全系數(shù)錨桿設(shè)計(jì)中中應(yīng)考慮兩兩種安全系系數(shù)：對(duì)錨固體設(shè)設(shè)計(jì)和對(duì)桿體筋材材截面尺寸寸設(shè)計(jì)的安全全系數(shù)。錨桿桿體筋筋材截面尺尺寸設(shè)計(jì)安安全系數(shù)，，臨時(shí)錨桿為為1.6，永久錨桿為為1.8。錨桿破壞后危害程度最小安全系數(shù)錨桿服務(wù)年限≤2年錨桿服務(wù)年限>2年危害輕微，不會(huì)造成公共安全問題1.41.8危害較大，但公共安全無問題1.62.0危害大，會(huì)出現(xiàn)公共安全問題1.82.2錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)桿體材料強(qiáng)度高較好的塑性性和良好的的加工性能能耐腐蝕性好好，尤其是是對(duì)永久性性錨桿幾何尺寸誤誤差小，便便于控制預(yù)預(yù)加應(yīng)力鋼絞線要求求伸直性好好，便于穿穿索，有利利施工，在在不綁扎的的情況下切切斷應(yīng)不易易松散錨桿桿體材材料的基本本要求錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)錨固體設(shè)計(jì)計(jì)用機(jī)械裝置置把錨索固固定在堅(jiān)硬硬穩(wěn)定的地地層中；用注漿體把把錨固段錨錨桿體與孔孔壁黏結(jié)在在一起；用擴(kuò)大錨頭頭鉆孔等手手段把錨固固段固定在在穩(wěn)定地層層中。錨固方法破壞形式沿著錨桿體體與注漿體體接合處破破壞；沿著注漿體體與地層接接合處破壞壞；由于埋入穩(wěn)穩(wěn)定地層中中的深度不不夠而使地地層呈錐體體狀剪壞；；由于錨桿體體強(qiáng)度不足足而出現(xiàn)斷斷裂破壞；；錨固段注漿漿體被壓碎碎或破裂；；整體支護(hù)力力不夠而出出現(xiàn)錨桿群群的破壞。。錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)錨固體設(shè)計(jì)計(jì)錨桿設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)在調(diào)查、、試驗(yàn)、研研究的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，充分分考慮錨固固區(qū)地層的的工程地質(zhì)質(zhì)、水文地地質(zhì)條件和和工程的重重要性。在滿足工程程使用功能能的條件下下，應(yīng)確保保錨固設(shè)計(jì)計(jì)具有安全全性和經(jīng)濟(jì)濟(jì)性。確保錨桿施施加于結(jié)構(gòu)構(gòu)或地層上上的預(yù)應(yīng)力力不對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)物本身和和相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)物產(chǎn)生不不利影響，，錨固體產(chǎn)產(chǎn)生的位移移應(yīng)控制在在允許范圍圍內(nèi)。永久錨桿的的有效壽命命不應(yīng)小于于被加固結(jié)結(jié)構(gòu)物的服服務(wù)年限。。設(shè)計(jì)采用的的錨桿均應(yīng)應(yīng)在進(jìn)行錨錨固性能試試驗(yàn)后才能能用于工程程加固。錨固設(shè)計(jì)結(jié)結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果有較較大差別時(shí)時(shí)，應(yīng)在調(diào)調(diào)整錨固設(shè)設(shè)計(jì)參數(shù)后后重新進(jìn)行行試驗(yàn)。錨固設(shè)計(jì)的的一般要求求錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)錨固體設(shè)計(jì)計(jì)錨桿錨固體體的設(shè)計(jì)圓柱狀錨固固體錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)錨固體設(shè)計(jì)計(jì)錨桿錨固體體的設(shè)計(jì)擴(kuò)體型錨固固體砂土粘土錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)錨桿支護(hù)系系統(tǒng)擋土墻應(yīng)力力分析一般擋墻只只要考慮彎彎矩、剪力力，而錨桿桿工程的擋擋土壁需要要考慮彎矩矩、剪力和和軸力。擋土壁斷面面計(jì)算按一般要求求進(jìn)行斷面面計(jì)算。腰梁設(shè)計(jì)以錨桿位置置作為支點(diǎn)點(diǎn)，對(duì)上述述荷載可按按簡(jiǎn)支梁進(jìn)進(jìn)行彎矩及及剪力計(jì)算算。錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)調(diào)查作用于側(cè)壁壁上土壓力力計(jì)算錨桿配置，，角度的決決定土質(zhì)柱狀圖圖、土質(zhì)試試驗(yàn)附近建筑物物狀況錨固地層的的位置錨桿力的確確定錨桿體的設(shè)設(shè)計(jì)錨桿的種類類、安全系系數(shù)錨桿的直徑徑，錨固層層c、α2-3根現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)驗(yàn)證證錨桿長度的的決定側(cè)壁構(gòu)筑物物整體穩(wěn)定性計(jì)算算張拉材料的的設(shè)計(jì)、檢檢驗(yàn)初期拉緊力力確定錨桿頭部確確定側(cè)壁內(nèi)部和和外部的穩(wěn)定，群錨效應(yīng)蠕蠕變否否錨桿的施工工鉆孔在黏性土鉆鉆孔最合適適的是帶十十字鉆頭和和螺旋鉆桿桿的回轉(zhuǎn)鉆鉆機(jī)。在松散土和和軟弱巖層層中，最適適合的是帶帶球形合金金鉆頭的旋旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。。在堅(jiān)硬巖層層中的直徑徑較小鉆孔孔，適合用用空氣沖洗洗的沖擊鉆鉆機(jī)。鉆直徑較大大鉆孔，需需使用帶金金剛石鉆頭頭和潛水沖沖擊器的旋旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，，并采用水水洗。應(yīng)根據(jù)地層層類型和鉆鉆孔直徑、、長度以及及錨桿的類類型來選擇擇合適的鉆鉆機(jī)和鉆孔孔方法。錨桿的施工工錨桿桿體的的制作與安安裝鋼筋錨桿的的制作相對(duì)對(duì)比較簡(jiǎn)單單，按設(shè)計(jì)計(jì)預(yù)應(yīng)力筋筋長度切割割鋼筋。鋼絞線通常常為一整盤盤方式包裝裝，宜使用用機(jī)械切割割，不得使使用電弧切切割。壓力分散型型錨桿采用用無黏結(jié)鋼鋼絞線、特特殊部件和和工藝加工工制作?？芍貜?fù)高壓壓灌漿錨桿桿采用環(huán)軸軸管原理設(shè)設(shè)置注漿套套管和特殊殊的密封及及注漿裝置置。桿體制作錨桿的施工工錨桿桿體的的制作與安安裝錨桿的安裝裝錨桿一般由由人工安裝裝，對(duì)于大大型錨桿有有時(shí)采用吊吊裝。錨頭的施工工錨具、墊板板應(yīng)與錨桿桿體同軸安安裝切割錨頭多多余的錨桿桿體宜采用用冷切割的的方法，錨錨具外保留留長度不應(yīng)應(yīng)小于100mm打筑墊墩用用的混凝土土標(biāo)號(hào)一般般大于C30錨桿的施工工注漿體材料料與注漿工工藝水泥漿成分分灌注錨桿的的水泥漿通通常采用質(zhì)質(zhì)量良好新新鮮的普通通硅酸鹽水水泥和干凈凈水摻入細(xì)細(xì)沙配制攪攪拌而成的的，必要時(shí)時(shí)可采用抗抗硫酸鹽水水泥。水泥泥齡期不應(yīng)應(yīng)超過一個(gè)個(gè)月，強(qiáng)度度應(yīng)大于32.5MPa。灌注錨桿的的水泥漿最最適宜的水水灰比為0.4~0.45注漿工藝水泥漿采用用注漿泵通通過高壓膠膠管和注漿漿管注入錨錨桿孔通常采用擠擠壓式或活活塞式兩種種注漿泵注漿常分為為一次注漿漿和二次高高壓注漿兩兩種注漿方方式錨桿的施工工張拉鎖定錨具用于鎖定預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼絲絲的墩頭錨錨具、錐形形錨具用于鎖定預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼絞絞線的擠壓壓錨具用于鎖定精精軋螺紋鋼鋼筋的精軋軋螺紋鋼筋筋錨具用于鎖定中中空錨桿的的螺紋錨具具用于鎖定鋼鋼筋的螺絲絲桿錨具錨桿的錨頭頭用錨具通通過張拉鎖鎖定，錨具具的類型與與預(yù)應(yīng)力筋筋的品種相相適應(yīng)錨桿的施工工張拉鎖定墊板錨桿用墊板板的材料一一般為普通通鋼板，外外形為方形形，其尺寸寸大小和厚厚度應(yīng)由錨錨固力的大大小確定。。張拉當(dāng)注漿體達(dá)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度的80%后可進(jìn)行張張拉。采用用單根預(yù)張張拉后再整整體張拉的的施工方法法，可以大大大減小應(yīng)應(yīng)力不均勻勻現(xiàn)象。（1）根據(jù)錨桿桿類型及要要求，可采采取整體張張拉、先單單根預(yù)張拉拉然后整體體張拉或單單根-對(duì)稱-分級(jí)循環(huán)張張拉方法；；（2）采用先單單根預(yù)張拉拉然后整體體張拉的方方法時(shí)，錨錨桿各單元元體的預(yù)應(yīng)應(yīng)力值應(yīng)當(dāng)當(dāng)一致，預(yù)預(yù)應(yīng)力總值值不宜大于于設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)應(yīng)力的10%，也不宜小小于5%；（3）采用單根根-對(duì)稱-分級(jí)循環(huán)張張拉的方法法時(shí)，不宜宜少于三個(gè)個(gè)循環(huán)，當(dāng)當(dāng)預(yù)應(yīng)力較較大時(shí)不宜宜少于四個(gè)個(gè)循環(huán)；錨桿的施工工張拉鎖定張拉（4）張拉千斤斤頂?shù)妮S線線必須與錨錨桿軸線一一致，錨環(huán)環(huán)、夾片和和錨桿張拉拉部分不得得有泥沙、、銹蝕層或或其他污物物；（5）張拉時(shí)，，加載速率率要平緩，，速率宜控控制在設(shè)計(jì)計(jì)預(yù)應(yīng)力值值的0.1/min左右，卸荷荷載速率宜宜控制在設(shè)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力力值的0.2/min；（6）在張拉時(shí)時(shí)，應(yīng)采用用張拉系統(tǒng)統(tǒng)出力與錨錨桿體伸長長值來綜合合控制錨桿桿應(yīng)力，當(dāng)當(dāng)實(shí)際伸長長值與理論論值差別較較大時(shí)，應(yīng)應(yīng)暫停張拉拉，待查明明原因并采采取相應(yīng)措措施后方可可進(jìn)行張拉拉；（7）預(yù)應(yīng)力筋筋鎖定后48h內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損損失大于錨錨桿拉力設(shè)設(shè)定值的10%，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)補(bǔ)償張拉。。錨桿的施工工張拉鎖定張拉（8）錨桿的張張拉順序應(yīng)應(yīng)避免相近近錨桿相互互影響。（9）單孔復(fù)合合錨固型錨錨桿必須先先對(duì)各單元元錨桿分別別張拉，當(dāng)當(dāng)各單元錨錨桿在同等等荷載條件件下因自由由長度不等等引起的彈彈性伸長差差得到補(bǔ)償償后，方可可同時(shí)張拉拉各單元錨錨桿。先張張拉最大自自由長度的的單元錨桿桿，最后張張拉最小自自由長度的的單元錨桿桿，再同時(shí)時(shí)張拉全部部單元錨桿桿。（10）為了確保保張拉系統(tǒng)統(tǒng)能可靠的的進(jìn)行張拉拉、其額定定出力值一一般不應(yīng)小小于錨桿設(shè)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力力值的1.5倍。錨桿的施工工防腐與防護(hù)護(hù)永久防腐（1）非預(yù)應(yīng)力力錨桿的自自由段位于于土層中時(shí)時(shí)，可采用用除銹、刷刷瀝青船底底漆、瀝青青玻纖布纏纏裹其層數(shù)數(shù)不