錨桿支護技術及工程應用

張 浩

(中煤科工集團重慶設計研究院，重慶400016)

1 錨桿的類型及特點

錨桿是用水泥砂漿將一組鋼拉桿(粗鋼筋或鋼絲束，鋼鉸線等)錨固在伸向地層內部的鉆孔中，并在外端承受拉力的圓柱狀錨體，它的中心受拉部分是鋼拉稈，鋼拉桿所承受的拉力是通過拉桿周邊握裹力而傳遞到水泥砂漿中，然后再通過錨固段周邊地層的摩阻力而傳遞到錨固區的穩定地層中。

按錨桿受荷后其固定段內灌漿體是處于受拉狀態還是處于受壓狀態，將錨桿分為拉力型與壓力型錨桿，見圖1所示。拉力型錨桿的荷載是依賴其固定段桿體與灌漿體接觸的界面上的剪應力由頂端(固定段與自由段交界處)向底端傳遞的，錨桿工作時，固定段的灌漿體易出現張拉裂縫，防腐性能差。壓力型錨桿則借助無粘結鋼鉸線或帶套管鋼筋使之與灌漿體隔開和特制的承載體，將荷載直接傳至底部的承載體由底端向固定段的頂端傳遞的，這種錨桿雖然成本略高于拉力型錨桿，但受荷后灌漿體受壓，不易開裂，用于永久性錨固工程是有發展前途的，據一些研究資料表明，在同等荷載作用下，拉力型錨桿固定段上應變值比壓力型大，這進一步證明壓力型錨桿防腐性能優于拉力型［4］。

圖1 拉力型錨桿和壓力型錨桿

2 錨桿的設計

2.1 設計計算

錨桿的設計工作包括:錨桿的配置及其與結構的相互關系、錨桿設計拉力的確定、錨桿截面設計、錨頭聯結設計、錨桿長度設計、錨桿和結構物的整體穩定性驗算等內容。

(1)錨桿對接擋墻(樁)加固力計算。深基礎支擋墻(樁)所需的加固力計算是根據作用于支擋墻(樁)上力的平衡關系求得。計算方法與錨桿排數、墻(樁)嵌入基坑面以下深度以及支承狀況和開挖工序有關。

(2)土層錨桿的極限抗拔力計算和錨固體長度計算［12］。土層錨桿的極限抗拔能力取決于錨固段地層對錨固漿體產生的摩阻力，其式可表達為:

式中:Tu為錨桿的極限抗拔力(kN);D為錨桿鉆孔的直徑(m);Le為錨桿的有效錨固長度(m);τ為錨固段周邊的抗剪強度(MPa)。

錨桿的極限抗拔力(Tu)是由錨桿、固護系統和土體的整體、穩定性決定的，而土層的抗剪強度τ是由下式計算:

式中:c為錨固區土層的粘聚力;φ為土的內摩擦角;h為錨固段以上地層覆蓋厚度;γ為錨固段以上地層容重;K0為錨固段孔壁的土壓系數。

(3)錨桿截面積計算。在確定錨桿桿體的截面積時按以下公式計算:

式中:S為錨桿截面積;Nt為錨桿設計軸向力;K為錨桿安全系數;fptk為錨拉桿強度標準值。

2.2 錨桿的穩定性驗算

錨桿作為支擋結構而承受土壓力，必須進行外部穩定和內部穩定方面的驗算［2］。外部穩定是指錨桿圍護系統和土體全部合在一起的整體穩定?？梢圆捎脠D解法來進行分析，現以單排錨桿護壁為例，如圖2(a)所示，說明內部穩定計算［5］、［6］。錨桿極限抗力的水平分力可以從圖2(b)中的平衡圖得出。

圖2 錨桿內部穩定分析法

3 應用實例——以某工程為例

3.1 工程概況及處理方法

暴雨作用，導致213國道K1011+350～450 m段出現滑坡，工程概況如圖3所示，為保證附近高壓電塔及公路邊坡的穩定，特對其進行邊坡加固處置，設計工程量如表1所示，具體方案為:

(1)整個坡面采用鋼筋混凝土框格梁方法處理。

(2)鋼筋混凝土框格梁采用4 m×4 m間距。

(3)框格梁采用40 cm×50 cm(寬×高)配筋上下各4根φ25鋼筋間距10 cm，保護層5 cm。箍筋φ10間距25 cm。

(4)坡面坡比采用1∶0.5～1∶0.75，每10 m設一個臺階，留2.0 m寬護坡道，并設高30 cm、寬25 cm攔水坎，水宜排入猛子溝方向巖面上。

圖3 工程平面

表1 設計工程量

開挖結束后，清除巖面松動巖塊，搭設鋼管腳手架施工平臺，進行錨桿施工。錨桿采用手風鉆或圓盤鉆機配套自鉆式錨桿鉆孔、氣壓注漿機注漿。錨桿施工工藝流程如圖4所示。

圖4 錨桿施工工藝流程

3.2 錨桿類型

自鉆式錨桿，采用水泥砂漿全長注漿，用于永久支護。自鉆式錨桿桿體兼作鉆桿、注漿管之用途。

(1)錨桿材料按照施工圖紙要求選用自鉆式錨桿。錨桿規格為:

錨桿 φ32，L=9 m、6 m。

(2)注漿錨桿的水泥砂漿采用強度等級不低于32.5的普通硅酸鹽水泥。

(3)采用最大粒徑小于2.5 mm的中細砂。

(4)按施工圖紙要求，在注漿錨桿水泥砂漿中添加的速凝劑和其它外加劑，不含有對錨桿產生腐蝕作用的成分。

3.3 錨桿成孔

(1)錨桿孔的開孔按施工圖紙布置的鉆孔位置或錨桿間距進行，孔位偏差不大于100 mm。

(2)錨桿孔的孔軸方向符合施工圖紙要求。施工圖紙未作規定時，系統錨桿的孔軸方向垂直于開挖面;局部加固錨桿的孔軸方向與可能滑動面的傾向相反，其與滑動面的交角大于 45°。

(3)錨桿孔的深度符合施工圖紙的規定，孔深偏差不大于50 mm。

3.4 清孔及注漿

錨桿成孔至設計深度后，用壓力風清洗干凈鉆孔。水泥砂漿標號按照施工圖紙要求，其強度等級不低于20 MPa;預應力錨桿水泥砂漿強度等級不低于30 MPa。錨桿注漿的水泥砂漿配合比在以下范圍內通過試驗確定:①水泥 ∶砂=1∶1～1∶2(重量比);②水泥 ∶水=1∶0.38～1 ∶0.45，注漿機具:錨桿注漿泵。砂漿拌和均勻，邊拌邊用。一次拌和的砂漿在初凝前用完，并防止石塊、雜物混入。

4 結束語

(1)對土層錨桿的錨固機理和現有的計算理論進行了綜述，回顧了錨固工程的應用歷史，對土層錨桿的應用及研究現狀進行了介紹，并簡要說明了土層錨桿的工作機理。

(2)論述了錨桿的類型，并對錨桿的荷載傳遞機理進行了總結。

(3)錨桿支護的計算還不成熟，還需要很多的假定，但錨桿技術具有結構輕、安全可靠、適應性強的特點，經濟效益好，施工方便等優勢。

(4)道路開挖與支護可同時進行，互不干擾，大大縮短施工工期。錨桿施工機械簡單，有利于節省投資成本。

［1］程良奎.巖土錨固的現狀與發展［J］.土木工程學報，2001，34(3)

［2］高大釗，孫鈞.巖土工程的回顧與前瞻［M］.北京:人民交通出版社，2001

［3］盧肇鈞，吳肖茗，張肇伸.錨桿技術及其應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，1997

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［5］姜子斌.土層錨桿技術在海河護岸治理工程中的應用［J］.水利水電工程設計，1997(3)

［6］孔恒，王夢恕.巖體錨固系統的作用機理認識［J］.西部探礦工程，2002(3)