浅谈岩土锚固工程施工技术

　　摘要：分析了岩土锚固技术的作用和原理，对岩土锚固工程施工
　　技术提出几点看法。
　　关键词：岩土锚固，施工技术
　　
　　一、前言
　　在土木建筑工程中，岩土锚固是一门正在迅速发展中的工程技术，广泛应用于边坡稳定工程、深基坑工程、抗浮工程、抵抗倾覆的结构工程、隧洞与地下工程等。岩土锚固主要有两点作用：一是利用地层承受结构物的拉应力，为工程结构建立有效的支承；二是对地层施加预应力或加筋，以加固岩土体的不稳定部位。
　　岩土锚固是一种把锚杆（索）群埋入地层一定深度处的技术。即将锚杆（索）插入预先钻凿的孔眼并固定于其底端，固定后通常对其施加预应力，锚杆（索）外露于地面的一端用锚头固定。一种情况是锚头直接与结构物相接触，将锚固力传至结构上。另一种情况是通过梁板、格构或其他部件将锚头施加的应力传递于更为宽广的岩土体表面。
　　二、锚杆杆体的制作和存储
　　锚杆杆体的制作、存储宜在工厂或施工现场专门作业棚内进行。锚杆（索）锚固段杆体上不得有可能影响与注浆体有效粘结和影响锚杆（索）使用寿命的有害物质，并应确保满足设计要求的注浆体保护层厚度。在锚杆（索）自由段杆体上应设置有效的光滑套管隔离层。
　　锚杆杆体（钢筋、钢绞线、钢丝等）应采用切割机切断，并按设计要求进行防腐处理。锚杆杆体制作完成后应尽早使用，不宜长期存放；制作完成的杆体不得露天存放，宜存放在干燥清洁的场所；应避免机械损伤或油渍溅落在杆体上；当存放环境相对湿度超过85%时，杆体外露部分应进行防潮处理；对存放时间较长的杆体，在使用前必须进行严格检查。
　　三、锚杆（索）孔的钻凿
　　通常，锚杆（索）孔的钻凿是锚固工程中所占费用最高和影响工程进度的关键工序。毫无疑问，必须选用最为有效的钻凿方法，也必须认真细致地估算钻凿作业的进度。
　　1.小直径浅钻孔的钻凿
　　在岩石上钻凿小直径浅钻孔（孔径小于45mm，孔深小于4.0m），一般采用气动冲击钻机。用于大型岩石洞室孔径约为60mm、深6～9m的系统锚杆（索）孔的钻凿，气动冲击钻机常安装于高效移动式单臂或多臂凿岩台车上进行作业。
　　2.大直径长锚杆（索）孔的钻凿
　　承载力大的锚杆（索）一般要求采用大直径（60～168mm）的深钻孔（5～50m）。可以用冲击钻、旋转钻或两者相结合的方式来钻凿长锚杆（索）孔。
　　应当根据岩土类型与质量，钻孔直径和长度、接近锚固工作面的条件，所用冲洗介质的种类以及锚杆（索）类型和要求的钻进速度来选择合适的钻机。在岩石中钻凿大直径深锚杆孔，主要采用两类钻机：一类是多功能全液压履带式钻机，这类钻机的特点是扭矩大，提升力及给进力大，钻机移动快捷，施工效率高，适应地层条件复杂、钻孔直径大、钻孔深度大及工程量较集中的钻孔工程；另一类是轻型液压钻机，这类钻机的特点是重量轻，搬运方便，能在排架上施工，性价比高，能适应崇山峻岭和狭小工作空间条件下的钻孔作业，是我国目前应用最为广泛的一种大直径深钻孔的钻凿机械。在土层中钻凿大直径深锚杆孔，采用各类地质钻机及自制的螺旋钻。
　　3.钻孔冲洗
　　钻孔所用的冲洗方法可以明显地影响钻凿速度和钻孔质量。气洗法是冲击钻机和旋挖钻机最常用的方法。在干燥岩层中使用气洗法，其效果很好，如果存在足够得空气也可用于湿岩层。在后一种情况下的应用效果与水冲的效果相比并无很大差别。水洗方法最适合用于旋转式取芯钻凿和套管护壁钻孔。使用水洗可以获得干净的钻孔并且使灰浆与岩层间具有较好的粘结力，即使在潮湿岩层或饱和无黏聚力的土体中使用，冲击钻凿也可获得同样效果。但在黏性土及泥灰岩层中钻孔，使用水洗要慎重，因为水洗会降低这类地层的力学性能，影响锚杆（索）锚固体与岩层间的粘结强度。无论采用哪种洗孔方式，锚杆（索）孔的设计长度都要增长30～70cm，以便收容通过冲洗无法清除的残余的岩土渣块。当钻凿结束时，应当从孔底向上继续冲洗不少于10min。
　　4.扩孔钻凿方法
　　为了增加锚杆的承载力，有时需在钻孔底部进行扩孔处理，这可通过专用的钻孔机具或在孔内放置少量炸药进行扩孔。但机械扩孔不可避免地存在着如何排出孔内切削物的难题，尽管精心操作，仍会发生卡钻或形不成理想扩孔的情况，一般适用于密实土和黏性土层中钻孔的扩孔。
　　爆破扩孔适用于所有地层，与机械扩孔相比，扩孔直径通常较大且形状不规则，即可在钻孔完成后未插锚杆之前进行，也可在钻孔中注入水泥浆并插入锚杆后进行，两者都可获得良好扩孔效果。
　　四、锚杆杆体的就位
　　在杆体放入钻孔前，应检查杆体的加工质量，特别要严格检查锚杆防腐保护设施的完好性。安放杆体时，应防止扭压和弯曲。注浆管宜随杆体一同放入钻孔。杆体放入孔内应与钻孔角度保持一致，并不得损坏防腐层。全长粘结型锚杆杆件体插入深度不应小于锚杆设计长度的95%，预应力锚杆插入孔内深度不应小于锚杆设计长度的98%。杆体安放后，不得随意敲击和悬挂重物。对于非预应力的全长粘结型短锚杆，有时也采用先注浆后插杆的方式。
　　五、注浆
　　通常是用水泥浆或水泥砂浆将锚杆与地层固定或对锚杆加以保护。其硬化后就在钻孔中形成坚实的材料，将锚杆拉力传递给地层，同时也可以加固钻孔周围的岩层或土体。硬化后注浆材料的粘结强度与防腐保护效果在很大程度上取决于注浆拌合料的成分、拌制及注入方法。水泥砂浆常用于短钢筋锚杆，也可用于预应力锚杆的第一次灌浆，不得用于锚固段的二次劈裂灌浆。
　　六、锚杆（索）的张拉锁定
　　对锚杆（索）张拉就是通过张拉设备使锚杆（索）预应力筋的自由段产生弹性变形，并将初始预应力通过锚固段传递给地层与被锚固的结构物，以加固地层的不稳定部位或利用地层承受结构物的拉力。锚杆（索）的张拉试验在某种程度上可以判定锚杆（索）的适用性，预测锚杆（索）的长期工作性能，揭示出锚杆（索）设计和施工中的缺陷。
　　锚杆（索）张拉的最适当方法是直接拉拔，有时对低承载力的钢筋锚杆、自钻式锚杆也可采用扭力扳手拧紧螺母张拉，但这种张拉的方法存在许多不确定性。锚杆（索）张拉的方法取决于锚杆（索）的种类、锚具的类型和要施加的预应力的大小，其中最重要的是必须使拉力始终作用在锚杆（索）轴线方向且不得让预应力筋产生任何弯曲，为此可在锚固结构或岩土层表面设置承载板，使张拉荷载方向与锚杆（索）轴线方向保持一致。
　　对于用普通钢筋做杆体的锚杆力的锁定，通常采用特制的螺母，当采用千斤顶将杆体张拉至所要求的荷载后，用扳手拧紧螺母来保持施加的拉力（通过千斤顶前面的支腿开口可接触到螺母）。对钢丝或钢绞线用的锚具采用千斤顶、工具锚板和夹片及限位板进行张拉时，工作锚夹片的回缩锚定了预应力筋，通常限位板的设计回缩变形为2～4mm，这一变形会引起锚杆（索）预应力值的损失，在实际操作过程中应考虑其损失带来的影响。
　　对锚杆（索）施加预应力即进行张拉锁定的过程与验收试验基本相同，初始荷载一般取设计荷载的0.1倍（单孔复合锚固型锚杆除外），逐级加载（0.4Q、0.8Q、1.0Q、1.1～1.2Q）至最大张拉荷载（一般为设计荷载的1.05～1.1倍），记录每级荷载作用下（持续加载5min）锚头的位移。当锚杆（索）在最大张拉荷载作用下锚头位移稳定时，可将锚杆（索）张拉荷载降至初始荷载，记录锚头的变形量，得出总变形中的弹性变形和塑性变形。然后对锚杆（索）再张拉至锁定荷载进行锁定。如果锚杆（索）不合格，应查明原因，或作废或降低使用荷载。

《浅谈岩土锚固工程施工技术》

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