【文章內(nèi)容簡介】 圖 1 三種錨桿類型 第二種錨桿類型為擴大 的圓柱體，注入壓力灌漿液而形成，適用于粘性土和無粘性土，當(dāng)拉力要求較大時采取較高的壓力進(jìn)行注漿。在粘性土中形成較小擴大區(qū)，在無粘性 土中，可得到較大擴大區(qū)。如圖 1(b)所示。 第三種錨桿類型是采用特殊的擴孔裝置在孔眼內(nèi)長度方向擴 1 個或幾個擴孔圓柱體 如圖 1(c)所示。這類錨桿要有特制機械擴孔裝置，通過中心桿壓力將擴張式刀具緩緩張開刮土。在粘性土和砂土中都適用，可以達(dá)到較高的拉攏力。 . 錨桿構(gòu)造 1．錨桿的組成 錨桿由錨頭、鋼拉桿 (鋼索 )、塑料套管定位分隔器 (鋼鉸線用 )以及水泥砂漿等組成，它與擋土樁墻聯(lián)結(jié)構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)，圖 2為錨桿與地下墻聯(lián)結(jié)構(gòu)造圖。 圖 2 錨桿構(gòu)造圖 2．錨桿的錨頭，鋼材及附件 錨桿的鋼材分粗鋼筋，鋼管及鋼鉸線，統(tǒng)稱鋼索，一般要求材料強度高。在鋼索全長分自由段與錨固段，自由段的鋼索套塑料管以保證張拉時鋼索能自由伸長。錨固段內(nèi)要求灌漿或壓力灌漿密實，與鋼索有足夠的握裹力。粗鋼筋的錨頭如圖 3 所示，鋼鉸線的錨頭如圖 4 所示。用于鋼鉸線的定位分隔器如圖 5。 圖 3 鋼 筋 錨 桿 頭 裝 置 ； 圖 4 多根鋼束錨桿頭裝置； 圖 5定位分隔器。 . 土層錨桿設(shè)計 土層錨桿由于涉及鋼材、水泥和土體三種材料，其承載能力與施工因素密切有關(guān)，因此按照彈塑性理論和土力學(xué)原理進(jìn)行精確的設(shè)計計算是十分復(fù)雜的，且與實際情況有出入，所以一般還是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計，然后通過現(xiàn)場試驗進(jìn)行檢驗。 土層錨桿設(shè)計要考慮的問題包括：錨桿布置；錨桿承載能力；錨桿的整體穩(wěn)定性；錨桿尺寸確定等。 . 錨桿布置 錨桿布置包括錨桿埋置深度、錨桿層數(shù)，錨桿的垂直間距和水平間距，錨桿的傾斜角，錨桿的長度等。 (1)錨桿的 埋置深度 應(yīng)保證不使錨桿引起地面隆起和地面不出現(xiàn)地基的剪切破壞，最上層錨桿的上面需要有一定的覆土厚度，一般覆土厚度不小于 4~5m。 (2)錨桿的層數(shù) 應(yīng)通過計算確定，一般上下層間距為 2~5m，錨桿的水平間距多為 1~，或控制在錨固體直徑的 10 倍。 (3)錨桿的傾角 為了受力和灌漿施工方便，不宜小于176。 ，一般與水平成 15176。~25176。 傾斜角。 (4)錨桿的長度 根據(jù)需要而定，一般要求錨固體置于滑動土體以外的好土層內(nèi)，通常長度為 15~25m，單桿錨桿最大長度不超過 30m，錨固體長度 一般為 5~7m。 錨桿設(shè)置時應(yīng)注意以下幾點： (1)土層錨桿的允許拉力與土層好壞關(guān)系很大，在硬土層內(nèi)最大拉力可達(dá)1500kN，在一般粘性土或非粘性土中，單錨拉力約為 300~600kN， 因此錨桿的錨固層應(yīng)盡量設(shè)置在良好的土層內(nèi)。設(shè)置前，應(yīng)對地基土的土層構(gòu)成，土的性質(zhì)，地下水情況進(jìn)行詳細(xì)勘察，不允許將錨固層設(shè)置在有機土層或液性指數(shù) IL 或液限wL50％的粘土地基，或相對密度 Dr的松散地層內(nèi)； (2)在允許情況下盡量采用群錨，避免用單根錨桿； (3)各個部分的錨桿都不得密接或交叉設(shè)置； (4)錨桿要避開鄰近的地下構(gòu)筑物和管道； (5)土層錨桿非錨固段部分，要保證不與周圍土體粘結(jié)，以便當(dāng)土滑動時，能夠自由伸長，而不影響錨桿的承載能力； (6)在有腐蝕性介質(zhì)作用的土層內(nèi)，錨桿應(yīng)進(jìn)行防腐。 . 錨桿的承載能力 錨桿的承載能力即極限抗拔力。根據(jù)錨桿拉力的傳遞方式，錨桿的承載能力通常取決于：拉桿的極限抗拉強度；拉桿與錨固體之間的極限握裹力；錨固體與土體間的極限側(cè)阻力。由于拉桿與錨固體之間的極限握裹力遠(yuǎn)大于錨固體與土體之間的極限側(cè)阻力，所以在拉桿選擇適 當(dāng)?shù)那疤嵯?，錨桿的承載能力主要取決于后者。 . 錨桿的整體穩(wěn)定性 進(jìn)行土層錨桿設(shè)計時，不僅要研究土層錨桿的承載能力，而且要研究支護(hù)結(jié)構(gòu)與土層錨桿所支護(hù)土體的穩(wěn)定性，以保證在使用期間土體不產(chǎn)生滑動失穩(wěn)。 土層錨桿的穩(wěn)定性，分為整體穩(wěn)定性和深部破裂面穩(wěn)定性兩種，其破壞形式如圖 6所示，需分別予以驗算。 圖 6 土層錨桿的失穩(wěn) (a)整體失穩(wěn)： (b)深部破裂面破壞 整體失穩(wěn)時，土層滑動面在支護(hù)結(jié)構(gòu)的下面，由于土體的滑動，使支護(hù)結(jié)構(gòu)和土層錨桿失效而整體失穩(wěn)。對于此種情況可按土坡穩(wěn)定的驗算 方法進(jìn)行驗算。 深部破裂面在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的下端處，這種破壞形式是前聯(lián)邦德國的 于1953 年提出的，可利用 Kranz的簡易計算法進(jìn)行驗算。 . 土層錨桿的蠕變與松弛 (一 )土層錨桿的蠕變 用于錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)的土層錨桿，始終承受接近恒載的拉力，土層錨桿的變形一直在發(fā)展，這就是土層錨桿的蠕變。在實際工程中，需要了解土層錨桿的蠕變性能，因為土層錨桿的蠕變是收斂還是發(fā)散，決定了支護(hù)結(jié)構(gòu)的安危。尤其是對于軟土地基，土的蠕變大，土層錨桿的蠕變就成為突出的問題。 土層錨桿的蠕 變主要由下述四部分組成：①自由段鋼拉桿的伸長 δs ，一般為彈性變形，可由胡克定律求得；②錨固體的伸長 δa ，荷載較小時表現(xiàn)為彈性變形，當(dāng)荷載較大時，錨固體產(chǎn)生細(xì)微裂縫，即表現(xiàn)為塑性變形。錨固體由鋼拉桿與砂漿 (水泥漿 )組成，要考慮兩種材料的共同作用；③錨固體周圍土體在一定范圍內(nèi)的剪切變形 ρ ，荷載很小時為彈性變形，荷載較大時為塑性變形并伴隨有粘性流變；④錨固體與土體之間的相對滑動 s，該滑動變形只有當(dāng)土層錨桿接近破壞時才產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生就表現(xiàn)為塑性變形，這種變形一般不允許產(chǎn)生。因此土層錨桿的蠕變，表現(xiàn)為彈性、塑性和粘性 流變之和，是一個較為復(fù)雜的理論問題。 (二 )土層錨桿的松弛 土層錨桿的松弛也是應(yīng)該研究的一個問題，它有很大的實用性，特別是對于需要施加預(yù)應(yīng)力的土層錨桿，當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力張拉到一定荷載后將其錨固，隨著時間的推移，土層錨桿錨頭的變形保持不變，而錨桿內(nèi)的內(nèi)力卻隨時間面遞減。 對土層錨桿施加預(yù)應(yīng)力一般有三個目的：①通過張拉使自由段的鋼拉桿產(chǎn)生彈性伸長，對錨固體產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，以限制錨固土層的變形；②通過施加預(yù)應(yīng)力對土層錨桿進(jìn)行試驗，可以揭示設(shè)計和施工中的差錯；證實土層錨桿的適用性，預(yù)測其工作狀況，③檢驗土層錨桿與 板樁等支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的情況。因此，在我國使用的土層錨桿中，施加預(yù)應(yīng)力的占較大的比重。 對土層錨桿宜施加多大的預(yù)應(yīng)力值，是應(yīng)該研究的一個問題，因為它與松弛損失的大小有關(guān)。 試驗證明，施加的預(yù)應(yīng)力值愈高，松弛引起的荷載損失也愈大，穩(wěn)定荷載占原荷載的百分?jǐn)?shù)也愈低。 . 土層錨桿施工 土層錨桿施工，包括鉆孔、安放拉桿、灌漿和張拉錨固。在正式開工之前還需進(jìn)行必 要的準(zhǔn)備工作。 . 施工準(zhǔn)備工作 在土層錨桿正式施工之前，一般需進(jìn)行下列準(zhǔn)備工作： (1)土層錨桿施工必須清楚施工地區(qū)的土層分布和各土層的物理力學(xué)特性。 (2)要查明土層錨桿施工地區(qū)的地下管線、構(gòu)筑物等的位置和情況，慎重研究土層錨桿施工對它們產(chǎn)生的影響。 (3)要研究土層錨桿施工對鄰近建筑物等的影響。 (4)要編制土層錨桿施工組織設(shè)計。 一些特殊的土層錨桿，施工前還可能另有其他的要求，都應(yīng)詳盡地做好準(zhǔn)備工作。 . 鉆孔 土層錨桿的鉆孔工藝，直接影響土層錨桿的承載能力、施工效率和整個支護(hù)工程的成本。鉆孔的費用一般占成本的 30％以上，有時 甚至超過 50％。鉆孔時注意盡量不要擾動土體，盡量減少土的液化，要減少原來應(yīng)力場的變化，盡量不使自重應(yīng)力釋放。 土層錨桿的成孔設(shè)備，國外一般采用履帶行 走 全液 壓 萬能 鉆孔 機 ，孔 徑范 圍50~320mm，具有體積小，使用方便，適應(yīng)多種土層，成孔效率高等優(yōu)點。國內(nèi)使用的有螺旋式鉆孔機、沖擊式鉆孔機和旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機，亦有的采用改裝的普通地質(zhì)鉆機成孔。在黃土地區(qū)亦可采用洛陽鏟形成錨桿孔穴，孔徑 70~80mm。 . 安放拉桿 土層錨桿用的拉桿，常用的有鋼管 (鉆桿用作拉桿 )、粗鋼筋、鋼絲束和鋼絞線 。主要根據(jù)土層錨桿的承載能力和現(xiàn)有材料的情況來選擇。承載能力較小時，多用粗鋼筋；承載能力較大時，我國多用鋼絞線。 . 壓力灌漿 壓力灌漿是土層錨桿施工中的一個重要工序。施工時，應(yīng)將有關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來，以備將來查用。灌漿的作用是；①形成錨固段，將錨桿錨固在土層中；②防止鋼拉桿腐蝕；③充填土層中的孔隙和裂縫。 灌漿的漿液為水泥砂漿 (細(xì)砂 )或水泥漿。水泥一般不宜用高鋁水泥，由于氯化物會引起鋼拉桿腐蝕，因此其含量不應(yīng)超過水泥重的 ％。由于水泥水化時會生成SO3，所以硫酸鹽的 含量不應(yīng)超過水泥重的4％。我國多用普通硅酸鹽水泥。 拌合水泥漿或水泥砂漿所用的水，一般應(yīng)避免采用含高濃度氯化物的水，因為它會加速鋼拉桿的腐蝕。若對水質(zhì)有疑問，應(yīng)事先進(jìn)行化驗。 選定最佳水灰比亦很重要，要使水泥漿有足夠的流動性，以便用壓力泵將其順利注入鉆孔和鋼拉桿周圍。同時還應(yīng)使灌漿材料收縮小和耐久性好，所以一般常用的水灰比為 ～ 。 灌漿方法有一次灌漿法和二次灌漿法兩種。一次灌漿法只用一根灌漿管，利用泥漿泵進(jìn)行灌漿，灌漿管端距孔底 20cm 左右，待漿液流出孔口時，用水泥袋紙等搗塞人孔 口，并用濕粘土封堵孔口，嚴(yán)密搗實，再以 2～ 4MPa 的壓力進(jìn)行補灌，要穩(wěn)壓數(shù)分鐘灌漿才告結(jié)束。 二次灌漿法要用兩根灌漿管 (直徑 3／4in 鍍鋅鐵管 )，第一次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端 50cm 左右，管底出口處用黑膠布等封住，以防沉放時土進(jìn)入管口。第二次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端100cm 左右，管底出口處亦用黑膠布封位，且從管端 50cm 處開始向上每隔 2m 左右作出 lm 長的花管，花管的孔眼為 φ8mm ，花管做幾段視錨固段長度而定。 第一次灌漿是灌注水泥砂漿，其壓力為 ～ ，流量為 100L／ min。水泥砂漿在上述壓力作用下沖出封口的黑膠布流向鉆孔。鉆孔后曾用清水洗孔，孔內(nèi)可能殘留有部分水和泥漿，但由于灌人的水泥砂漿相對密度較大，能夠?qū)埩粼诳變?nèi)的泥漿等置換出來。第一次灌漿量根據(jù)孔徑和錨固段的長度而定。第一次灌漿后把灌漿管拔出，可以重復(fù)使用。 待第一次灌注的漿液初凝后，進(jìn)行第二次灌漿，控制壓力為 2MPa 左右，要穩(wěn)壓 2min，漿液沖破第一次灌漿體，向錨固體與土的接觸面之間擴散，使錨固體直徑擴大，增加徑向壓應(yīng)力。由于擠壓作用，使錨固體周圍的土受到壓縮，孔隙比減小，含水量減少，也提高了土的內(nèi)摩擦 角。因此，二次灌漿法可以顯著提高土層錨桿的承載能力。 國外對土層錨桿進(jìn)行二次灌漿多采用堵漿器。我國是采用上述方法進(jìn)行二次灌漿，由于第一次灌入的水泥砂漿已初凝，在鉆孔內(nèi)形成“塞子”，借助這個“塞子”的堵漿作用，就可以提高第二次灌漿的壓力。 對于二次灌漿，國內(nèi)外都試用過化學(xué)漿液 (如聚胺酯漿液等 )代替水泥漿，這些化學(xué)漿液滲透能力強，且遇水后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，體積可膨脹數(shù)倍，這樣既可提高土的抗剪能力，又形成如樹根那樣的脈狀滲透。 . 張拉和錨固 土層錨桿灌漿后，待錨固體強度達(dá)到 80％設(shè)計強度以上，便可對錨桿進(jìn)行張拉和錨固。張拉前先在支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝圍檁。張拉用設(shè)備與預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉所用者相同。 從我國目前情況看，若鋼拉桿為變形鋼筋，其端部加焊一螺絲端桿，用螺母錨固。若鋼拉桿為光圓鋼筋，可直接在其端部攻絲，用螺母錨固。如用精軋鋼紋鋼筋，可直接用螺母錨固。張拉粗鋼筋用一般單作用千斤頂。 鋼拉桿為鋼絲束，錨具多為鐓頭錨，亦用單作用千斤頂張拉。 預(yù)加應(yīng)力的錨桿，要正確估算預(yù)應(yīng)力損失。由于土層錨桿與一般預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失的因素主要有： (1)張 拉時由于摩擦造成的預(yù)應(yīng)力損失； (2)錨固時由于錨具滑移造成的預(yù)應(yīng)力損失； (3)鋼材松弛產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失； (4)相鄰錨桿施工引起的預(yù)應(yīng)力損失； (5)支護(hù)結(jié)構(gòu) (板樁墻等 )變形引起的預(yù)應(yīng)力損失； (6)土體蠕變引起的預(yù)應(yīng)力損失； (7)溫度變化造成的預(yù)應(yīng)力損失。 上述七項預(yù)應(yīng)力損失，應(yīng)結(jié)合工程具體情況進(jìn)行計算。 . 土層錨桿的試驗和檢驗 土層錨桿的承載力尚無完善的計算方法，主要根據(jù)經(jīng)驗或通過試驗確定，試驗項目包括極限抗拔試驗 ，性能試驗和驗收試驗。 1．極限抗拔試驗 應(yīng)在有代表性的土層中進(jìn)行，所用錨桿的材料，幾何尺寸，施工工藝，土的條件等應(yīng)與工程實際使用的錨桿條件相同。荷載加到錨桿破壞為止，以求得極限承載