【文章內容簡介】 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，當拉力要求較大時采取較高的壓力進行注漿。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，可以達到較高的拉攏力。 . 錨桿構造 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)結構成支護結構，圖 2為錨桿與地下墻聯(lián)結構造圖。 圖 2 錨桿構造圖 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，因此按照彈塑性理論和土力學原理進行精確的設計計算是十分復雜的，且與實際情況有出入，所以一般還是根據經驗數據進行設計，然后通過現場試驗進行檢驗。 土層錨桿設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，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 應保證不使錨桿引起地面隆起和地面不出現地基的剪切破壞，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 應通過計算確定，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 根據需要而定，一般要求錨固體置于滑動土體以外的好土層內，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。 錨桿設置時應注意以下幾點： (1)土層錨桿的允許拉力與土層好壞關系很大，在硬土層內最大拉力可達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盡量設置在良好的土層內。設置前，應對地基土的土層構成，土的性質，地下水情況進行詳細勘察，不允許將錨固層設置在有機土層或液性指數 IL 或液限wL50％的粘土地基，或相對密度 Dr的松散地層內； (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置； (4)錨桿要避開鄰近的地下構筑物和管道； (5)土層錨桿非錨固段部分，要保證不與周圍土體粘結，以便當土滑動時，能夠自由伸長，而不影響錨桿的承載能力； (6)在有腐蝕性介質作用的土層內，錨桿應進行防腐。 . 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阻力。由于拉桿與錨固體之間的極限握裹力遠大于錨固體與土體之間的極限側阻力，所以在拉桿選擇適 當的前提下，錨桿的承載能力主要取決于后者。 . 錨桿的整體穩(wěn)定性 進行土層錨桿設計時，不僅要研究土層錨桿的承載能力，而且要研究支護結構與土層錨桿所支護土體的穩(wěn)定性，以保證在使用期間土體不產生滑動失穩(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，土層滑動面在支護結構的下面，由于土體的滑動，使支護結構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 方法進行驗算。 深部破裂面在基坑支護結構的下端處，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 用于錨固支護結構的土層錨桿，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，決定了支護結構的安危。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 ，荷載較小時表現為彈性變形，當荷載較大時，錨固體產生細微裂縫，即表現為塑性變形。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，該滑動變形只有當土層錨桿接近破壞時才產生，一旦產生就表現為塑性變形，這種變形一般不允許產生。因此土層錨桿的蠕變，表現為彈性、塑性和粘性 流變之和，是一個較為復雜的理論問題。 (二 )土層錨桿的松弛 土層錨桿的松弛也是應該研究的一個問題，它有很大的實用性，特別是對于需要施加預應力的土層錨桿，當施加預應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，而錨桿內的內力卻隨時間面遞減。 對土層錨桿施加預應力一般有三個目的：①通過張拉使自由段的鋼拉桿產生彈性伸長，對錨固體產生預應力，以限制錨固土層的變形；②通過施加預應力對土層錨桿進行試驗，可以揭示設計和施工中的差錯；證實土層錨桿的適用性，預測其工作狀況，③檢驗土層錨桿與 板樁等支護結構協(xié)同工作的情況。因此，在我國使用的土層錨桿中，施加預應力的占較大的比重。 對土層錨桿宜施加多大的預應力值，是應該研究的一個問題，因為它與松弛損失的大小有關。 試驗證明，施加的預應力值愈高，松弛引起的荷載損失也愈大，穩(wěn)定荷載占原荷載的百分數也愈低。 . 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行必 要的準備工作。 . 施工準備工作 在土層錨桿正式施工之前，一般需進行下列準備工作： (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特性。 (2)要查明土層錨桿施工地區(qū)的地下管線、構筑物等的位置和情況，慎重研究土層錨桿施工對它們產生的影響。 (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，都應詳盡地做好準備工作。 . 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，要減少原來應力場的變化，盡量不使自重應力釋放。 土層錨桿的成孔設備，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，適應多種土層，成孔效率高等優(yōu)點。國內使用的有螺旋式鉆孔機、沖擊式鉆孔機和旋轉沖擊式鉆孔機，亦有的采用改裝的普通地質鉆機成孔。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 。主要根據土層錨桿的承載能力和現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，應將有關數據記錄下來，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。若對水質有疑問，應事先進行化驗。 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，嚴密搗實，再以 2～ 4MPa 的壓力進行補灌，要穩(wěn)壓數分鐘灌漿才告結束。 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，能夠將殘留在孔內的泥漿等置換出來。第一次灌漿量根據孔徑和錨固段的長度而定。第一次灌漿后把灌漿管拔出，可以重復使用。 待第一次灌注的漿液初凝后，進行第二次灌漿，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。 國外對土層錨桿進行二次灌漿多采用堵漿器。我國是采用上述方法進行二次灌漿，由于第一次灌入的水泥砂漿已初凝，在鉆孔內形成“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，國內外都試用過化學漿液 (如聚胺酯漿液等 )代替水泥漿，這些化學漿液滲透能力強，且遇水后產生化學反應，體積可膨脹數倍，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，待錨固體強度達到 80％設計強度以上，便可對錨桿進行張拉和錨固。張拉前先在支護結構上安裝圍檁。張拉用設備與預應力結構張拉所用者相同。 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。 預加應力的錨桿，要正確估算預應力損失。由于土層錨桿與一般預應力結構不同，導致預應力損失的因素主要有： (1)張 拉時由于摩擦造成的預應力損失； (2)錨固時由于錨具滑移造成的預應力損失； (3)鋼材松弛產生的預應力損失； (4)相鄰錨桿施工引起的預應力損失； (5)支護結構 (板樁墻等 )變形引起的預應力損失； (6)土體蠕變引起的預應力損失； (7)溫度變化造成的預應力損失。 上述七項預應力損失，應結合工程具體情況進行計算。 . 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，主要根據經驗或通過試驗確定，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 應在有代表性的土層中進行，所用錨桿的材料，幾何尺寸，施工工藝，土的條件等應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