浅析锚杆锚固施工技术的控制

　　摘要：作为经济有效的加固措施，锚杆锚固技术已大量用于基坑支护、隧洞、挡土墙、水坝加固和边坡加固等工程，该技术的应用可以节省大量圬工材料和经费，本文根据这一技术在实际工程应用中的经验作逐一探讨。
　　关键词：锚杆；锚固；注浆；施工技术
　　
　　1、在灌浆锚杆结构中应注意的问题
　　1.1.灌浆锚杆的抗拔力
　　岩层中锚孔的深度应超过破裂面，并需在稳定地层中达到足够的长度，即有效锚固段。有效锚固段所能承受的最大拉力称为锚杆的极限抗拔力。
　　当锚固段受力时，拉力首先通过钢拉杆边的砂浆握裹力而传递到砂浆中，然后通过锚固段周边的地层摩阻力而传递到锚固地层中，因此，锚杆除了钢筋本身须在足够的抗拉截面面积外，锚杆的抗拔作用还必须同时满足：（1）锚固段砂浆对锚杆的握裹力需能承受的极限拉力。（2）锚固段地层对砂浆的摩擦力需能承受的极限抗力。（3）锚固段的土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。
　　1.2.锚固段砂浆的握裹力
　　一般在较完整的岩层中的孔壁摩阻力都大于砂浆的握裹应力（水泥砂浆强度≥30MPa），所以岩层锚杆的抗拔力和最小锚固长度一般取决于砂浆的握裹力。
　　即Tμ≤πdLeμ
　　式中：Tμ—锚杆的极限抗拔力（KN）
　　d—锚杆的直径（m）
　　Le—锚杆的有效锚固长度（m）
　　μ—砂浆对钢筋的平均握应力（KN/m2）
　　其中，μ值的确定根椐钢筋混凝土试验资料的建议：在一般情况下，钢筋与普通混凝土之间的握裹应力取砂浆标准施度的1/10。
　　1.3.锚固段孔壁的抗剪强度
　　在软岩或土层中，锚杆孔壁对砂浆的摩擦力一般低于砂浆对钢拉杆的握裹力。因此，在软岩或土层中的锚杆极限抗拔力取决于锚固段地层对于锚固段砂浆所能产生的最大摩阻力。
　　即Tμ≤πDLeτ
　　式中：D—锚杆钻孔的直径（m）
　　τ—锚固段周边的抗剪强度（MPa）
　　其余同前。
　　τ值除取决于地层特性外，还与施工方法、灌浆质量有关。如果工艺良好，土层锚孔壁对于砂浆的摩阻力应取决于沿接触面外围的土层抗剪强度。
　　τ=C+δtgφ
　　φ—土的内摩擦角
　　δ—孔壁周边法向压应力。
　　其中，C、φ值取决于锚固区土层性质；δ则受地层压力和灌浆工艺两方面因素的影响，一般灌浆锚杆在灌浆过程中未加特铢压力，其孔壁周围的结向压力与主要取决于地层压力，所以有以下计算公式：
　　τ=C+K。rhtgφ
　　式中h—锚固段以上的地层覆盖厚度
　　K。—锚固段孔壁的土压系敝
　　R—上覆层容重
　　一般情况下，土压系敝K。可能接近1，或略小于1，如在软岩及土层中往往采用增大D值来提高抗拉拔力的试验确定。在软岩和土层中，在计算锚固长度时，关键是决定孔壁抗剪强度值。资料表明，Tμ的计算值当实测值有相当大的离散性，因此，计算值只能作为一种估计，具体数值必须依靠现场拉拔试验验证后，才能成为可靠的依据。根据拉拔试验的极限抗拔力Tμ决定锚杆允许承载力To时，要考虑安全系数K，即To=KTμ对临时性锚杆K=1.5∽2.0永久性锚杆K=2.5∽3.0，受长期重复荷载作用时，不应小于3.0。
　　
　　2、灌浆锚杆的设计
　　2.1.锚杆设计拉力的确定
　　单根锚杆的设计拉力主要应根据施工技术方面的可能性、可靠性及其便利与否而定。
　　设计拉力过大则拉杆截面大，相应重量也大，插入孔中较困难，施工质量不易保证而且万一拉力试验和确认试验发现有问题时也不好处理；过小，则需用锚杆根数过多，必会增加工程造价。一般选择孔径在90-120mm之间，设计拉力在600KN以下为好。
　　2.2.锚杆截面设计及锚头联结设计
　　设计单根拉力确定后，根据受拉钢筋设计方法确定锚杆截面，同时还应考虑施工方面的要求也应得到满足否则应重新调整；锚头联结可根据预应力铪设计原理设计。
　　2.3.锚杆位置设计
　　锚杆沿墙面或坑壁的配置应能承受墙面或坑壁的土压力。因此，当土压力分布和单根锚杆的设计拉力确定以后即可设计锚杆的配置和根数。在考虑锚杆间距时，大孔径锚杆应不小于3.0m，小孔径锚杆不小于1.0m，若需要过密地设置时应考虑组群效果问题。
　　2.4.锚杆长度设计
　　锚杆长度包括：有效锚固段和非锚固段两部分。非锚固段的长度按建筑物与稳定地层的实际距离而定，有效锚固段长度应根据锚固段地层的性质和极限抗拔力的大小来决定。由前述知，在完整硬质岩层中，Tμ＝πdLeμ又含钢筋的极限拉应力δs：则
　　(πd×d/4)δs=πdleμ
　　Lemin=δs•d/4μ
　　实践表明：采用热轧螺纹钢筋作拉杆，在完整硬质岩层的锚孔中，其应力传递深度不超过2m，影响岩层锚杆抗拔能力的主要因素是砂浆的握裹力。
　　软岩和土层的极限抗拨力数值差异很大，往往是受许多复杂条件和地质因素的影响，如地层性质、埋藏深度、地下水、灌浆方法等，因此以软质岩、土层作为锚固层时，要求在施工前进行现场拉拨试验，可根据试验及相关资料，进行估算其有效锚固长度。最终的锚固长度应要根据现场拉拨试验的极限抗拨力进行修正。
　　2.5.锚杆和结构物的整体稳定性验算
　　在灌浆锚杆基本确定之后，还应该对结构物的整体稳定性进行验算，这是必要的。即使锚杆各部设计都非常合理，但整个结构物的稳定性达不到要求，锚杆设计也必须重新考虑，加长锚杆，并重新检算。
　　
　　3、锚杆注浆的质量控制
　　3.1.注浆施工前的准备
　　在对岩土层锚杆注浆施工前，设计单位或建设单位应向施工单位提供灌浆设计文件并进行技术交底，其中应包括下列内容：工程相关设计图纸、水文地质资料、灌浆试验报告、灌浆施工技术要求、灌浆质量检查方法、初步设计的灌浆施工组织设计。
　　3.2.制定重要的注浆参数
　　灌浆工程所采用的水泥品种，应根据灌浆目的和环境水的侵蚀作用等由设计确定。一般情况下，应采用普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，所有使用水泥必须符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》文件的相关规定。灌浆浆液水灰比必须严格按照设计的要求配置。所有外加剂凡能溶于水的应以水溶液状态加入，各类浆液掺入掺和料和外加剂的种类及其掺加量应通过室内浆材试验和现场灌浆试验确定。
　　3.3.制作浆液
　　制浆材料必须称量，称量误差应小于5%，水泥等固体材料宜采用重量称量法，各类浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。纯水泥浆液的搅拌时间，使用普通搅拌机时，应不少于3min，使用高速搅拌机时，宜不少于30s。浆液在使用前应过筛，自制备至用完的时间宜小于4h。拌制细水泥浆液和稳定浆液应加入减水剂并采用高速搅拌机，高速搅拌机搅拌转速应大于1200r/min，搅拌时间宜通过试验确定，细水泥浆液自制备至用完的时间宜小于2h。
　　3.4.机具要求
　　搅拌机的转速和搅拌能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排量相适应，并应能保证均匀连续地拌制浆液。灌注纯水泥浆液应采用多缸柱塞式灌浆泵，灌浆管路应保证浆液流动畅通，并应能承受1.5倍的灌浆压力。灌浆泵和灌浆孔口处均应安设压力表。使用压力宜在压力表最大表值的1/4-3/4之间。
　　3.5.灌浆方法和方式
　　灌浆孔的基岩段长小于6m时，可采用全孔一次灌浆法，大于6m时，可采用自上而下分段灌浆法、自下而上分段灌浆法、综合灌浆法或孔口封闭灌浆法。基岩灌浆方式有循环式和纯压式两种。帷幕灌浆应优先采用循环式，射浆管距孔底不得大于50cm；浅孔固结灌浆可采用纯压式。灌浆浆液的浓度应由稀到浓，逐级变换。
　　3.6.灌浆结束标准和封孔方法
　　帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，灌浆孔封孔应采用“分段压力灌浆封孔法”；采用自下而上分段灌浆时，应采用“置换和压力灌浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”。固结灌浆封孔应采用“机械压浆封孔法”或“压力灌浆封孔法”。
　　灌浆应同时满足两个条件后，方可结束：（1）在设计压力下，注入率不大于1L/min时，延续灌注时间不少于90min；（2）灌浆全过程中，在设计压力下的灌浆时间不少于120min。
　　3.7.特殊情况处理
　　灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按照下述原则进行处理：（1）应及早恢复灌浆。否则应立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。（2）恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓继续灌注。（3）恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。
　　
　　4、结语
　　锚杆锚固技术在我国建筑工程领域，特别是基坑支护、隧道、边坡支护、水利水电、公路桥梁等方面有良好的工程实践运用，取得了预期的效果，具有良好的发展前景。
　　
　　参考文献
　　【1】 刘立炜;王雷;门玉明;土层锚杆时间效应的模型试验研究[J];山西建筑;2010年30期
　　【2】 张旭;深基坑锚杆支护[J];科技信息;2010年33期

《浅析锚杆锚固施工技术的控制》

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