岩土锚固法讲解课件

1、地 基 处 理第五章 岩土锚固法 一、概述 1. 锚固技术的发展及应用概况锚固技术是将一种新型的受拉、受压、受剪杆件的一端固定在边坡或地基二岩层或土层中，（锚固段），而另与工程建筑物联系，以承受其施力在建筑的推力。使建筑物保持稳定的一种技术方法。换言之，锚固技术就是要充分发挥较深层岩土能量的潜力，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力。同时还可以减轻结构物的自重。节约材料，工效及稳定性较好。因此，现在世界各地都在大力发展这门技术。这门技术最早是在1911年美国首次用岩石锚杆等支护矿山巷道。1918年西利西安矿山开采时使用锚索支护。1934年阿尔及利亚的舍尔浇坝加高使用的预应力锚杆（索）。1957年

2、法国Bauer公司在深基坑中使用土层锚杆。 一、概述 1. 锚固技术的发展及应用概况我国在60年代开始引进并推广此技术。在矿山巷道，铁路隧道及各种地下工程都有使用，特别是近10年来，此项技术个广泛用于高层建筑和大型工程中，如北京的王府井饭店，社成大厦，新桥饭店，亮马河大厦，宝华大厦，上海太平洋饭店，杨浦大桥，云南漫湾电站边坡治理，吉林的丰满电站大坝加固，上海龙华污水处理厂沉淀池抗浮工程等，都相继大规模采用预应力锚杆。目前，国际锚固上各类岩石锚杆已达600余种。每年使用量达2.5亿根，耗资近10亿美元，其成功率在98.23以上。因此，锚固技术几乎遍及土木建筑领域的各个方面，如边坡、基坑、隧洞、地

3、下工程、坝体、码头、海岸保护、船坞、桥梁、高耸结构、悬索建筑、坑洁结构等方面。一、概述2.锚固的分类1）按应用对象分：岩石锚杆、土层锚杆、海洋锚杆。2）按是否预先施加应力分：预应力锚杆、非预应力锚杆。3）按锚杆固结机理分：粘结型锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆、混合型锚杆。4）按锚固体传力方式分：压力型锚杆、拉力型锚杆，剪力型锚杆。5）按锚固体形态分：圆柱型锚杆、端部扩大型锚杆、连续球体型锚杆。众多的锚杆品种，可以满足在不同的岩土条件、工程对象和工作状态下，得心应手地选择、设计和采用不同承载能力要求的锚杆。一、概述3.常见锚杆的类型和结构目前，国内外使用的绝大部分属于预应力锚杆，而锚杆的类型主

4、要集中为三种：1）圆柱型锚杆这是最早开发的一种锚杆形式。施加拉力时，预应力由自由段传递给锚固体，再由锚固体上段逐渐往下传递，靠锚固体与周围介质间的粘结摩阻强度传递结构物的拉力。特点：工艺简单，适用于各种岩石和较坚硬的土层，但在软弱粘土中，往往难以满足设计拉力值的要求，即粘土粘结拉力较弱，不能形成较强的拉应力区。一、概述2）端部扩大头型锚杆端部扩大型锚杆可用爆炸及叶片地前两钟施工方法扩孔。一、概述目前，国外及台湾等地区采用较多的是在锚固段最底端设置扩孔叶片，平时为闭合状，当钻至预定深度时，叶片张开进行扩孔作业，叶片上端与旋转变化头连接，扩孔完成后灌满喷浆，扩孔叶片滞留在孔底，作为加强锚固结构之用

5、。端部扩大头型，锚杆靠锚固体与岩土体间的摩阻强度及受力处的端承强度来传递结构拉力，在相同锚固长度条件下，端部扩大头型锚杆的承载力远比圆柱型大。特点：适用于粘结软弱土层以及受毗邻地界限制，土锚固强度受限的地段，和一般圆柱型锚杆无法满足要求的情况。一、概述3）连续球体型锚杆这种锚杆利用设于自由段与锚固段交界处的封袋和带许多的环围的套管，可对锚固段进行高压灌浆处理，必要时还可以使用高压破坏原来已有一定强度的泥浆体。对锚固段进行二次或多次灌浆处理，使锚固段形成一连串球状体，使之与周围有更高的粘结强度。特点：除用于岩层外，还可对锚固于淤泥，淤泥质粘土地层或要求较高锚固力的土层锚杆，宜采用，且效果具佳。一

6、、概述4.预应力锚杆的应用1）深基础工程类深基坑支档地下室抗浮地下停车场多层地下铁道及地下街一、概述4.预应力锚杆的应用2）边坡稳定工程边坡加固斜坡挡土结构加固锚固挡墙滑坡防治一、概述4.预应力锚杆的应用3）结构抗倾覆应用防止高架桥倾倒防止高塔倾倒坝体稳定控制挡土墙稳定控制一、概述4.预应力锚杆的应用4）加压装置桩的荷载试验沉箱下沉加重一、概述4.预应力锚杆的应用5）隧洞崩塌及变形的防止防止隧洞坍塌控制隧洞（竖井）围岩变形一、概述4.预应力锚杆的应用6）冲击区的抗浮与防护坝下游冲击区防护排洪隧洞冲击区保护一、概述4.预应力锚杆的应用7）各种建筑物的稳定与锚固防止桥墩基础加固悬臂桥锚固吊桥桥墩锚

7、固大跨桥桥基加固大跨拱结构物控稳此外，还有一些特殊建筑物的地基基础稳定问题。也有不同程度的运用。二、岩土锚杆的力学作用与设计1.岩土锚固的基本原理岩土锚固的基本原理是依据锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉、压、剪应力，或保持地层开挖面自身的稳定。主要功能表现在：1）提供作用于结构物上的承受外荷载的拉力，其方向朝着与岩土相接触的点。二、岩土锚杆的力学作用与设计2）使被锚固地层产生压应力区，或通过二岩石起加固作用。二、岩土锚杆的力学作用与设计3）加固并增加地层强度，也相应地改善了地层的其他力学性能；4）当锚杆通过被锚固结构时，能使结构本身产生预应力；5）通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一

8、种共同工作的复合结构，使岩石能更有效地承受拉力和剪力。二、岩土锚杆的力学作用与设计2. 岩土锚固的力学作用 1）抵抗竖向位移对于水池、水库、车库、船坞等坑洼式结构物，当地下水的上浮力大于结构物重量时，将导致结构物上浮，倾斜和破坏。故在设计上必须有制控竖向位移的方法。传统方法是，加重法，即加厚结构尺寸。采用锚固结构抵抗竖向位移，可大大减少坑洼式结构的体积。锚固力P:m:抵抗上浮力的安全系数1.051.2)；U:地下水浮力；Q:结构物重量；h:基底以上的地下水位高度；V:结构物体积；r:结构物材料重度；F:结构的基底面积。二、岩土锚杆的力学作用与设计 2）抵抗倾倒对于坝体建筑，其稳定性取决于作用在

9、结构上的绕转动边的正负弯矩的比值。以AB边为转动边，则G产生的为负弯矩，则水压F1与浮力F2皆产生不利的正弯矩。一般情况下很难用G来平衡产生的倾覆正弯矩，因工程砼大，往往可能抗倾倒力难以用砼体积来调整。因此一般采用锚固技术，其锚固力中心可以位于距转动点A的最大距离处，以较小的锚固力产生较大的抗倾覆弯矩。锚固力P按力矩平衡求得：二、岩土锚杆的力学作用与设计 2）抵抗倾倒锚固力P按力矩平衡求得：P:锚固力；m:抵抗倾覆的安全系数；M+，M-:由F1,F2和G分别产生的正负弯矩；t:锚固力与转动点A的垂距。二、岩土锚杆的力学作用与设计此外，对深基坑工程，采用护壁桩或连续墙也常出现倾倒的危险，也可用锚

10、固的方法来抵抗倾倒。二、岩土锚杆的力学作用与设计 3）控制地下洞室围岩变形和防止坍塌地下洞室的形成，破坏了原始应力状态，导致围岩的变形，松散，破坏甚至坍塌，长期以来所用的木钢支架和混泥土衬砌，被动的承受围岩的松散压力，由于施工较迟缓，结构与围岩相分离等弱点，有时仍会出现支护结构的破坏和围岩的坍塌。采用锚杆或锚喷相结合支护，能主动加固围岩，提高围岩结构面的抗剪强度，保持岩块间的咬合镶嵌效应，同时，锚杆与围岩锁在一起，共同工作，形成加固的围岩自承区。二、岩土锚杆的力学作用与设计 4）阻止地层的剪切破坏在边坡工程中，对岩石边坡，滑动面多在断层、节理、裂隙等软弱结构面上，其滑面受这类结构面控制，而在砂

11、质土中，滑面多为平面状。粘土的滑面则呈圆弧状。为保持稳定，传统方法：a:削坡，达到稳定的边坡角；b:分级削坡，降低坡降，高度；c:设置挡土墙结构。在许多情况下，这些办法往往不经济，或是不可能实现的。采用预应力锚杆加固边坡，能提供足够的抗滑力和提高潜在滑面的抗剪强度，变被动维护为主动防治。 按条分法求解边坡的安全系数：二、岩土锚杆的力学作用与设计二、岩土锚杆的力学作用与设计此外，由于岩石产状和软硬程度的差异，其破坏失稳模式也不相同，有滑移、倾倒、转动破坏和风化剥蚀等。利用锚杆可安置不同的部位和倾角，以抵抗边坡的变形失稳。 一般锚杆杆轴应与岩石结构面（或潜在滑动 面）里最大角相交。即PnPt 0。

12、二、岩土锚杆的力学作用与设计 5）抵抗结构物基底的水平位移 对于坝体的水平位移，其阻力是由自重决定的，其安全系数为： :基底面的摩擦系数； N:垂直只有与基础平面的总合力； T:水平位移产生的合力（平行基础底面）。 二、岩土锚杆的力学作用与设计当K值不能保证其稳定时，则可用锚杆加固，即节约材料，显著降低工程造价，又能缩短工期。所要求垂直于基础地面的锚固力P由下式求得： 二、岩土锚杆的力学作用与设计若锚固力作用线与基础底面的垂线呈a角，则上式：锚杆的最区角可取上式， 时，二、岩土锚杆的力学作用与设计 6）预加固地基锚固处理能使地基受到压缩，各类建筑在建造前地基得到加固，以消除地基的极度沉陷对结构

13、产生的额外应力或使结构体破坏。a:对结构边缘进行锚固以弥补高压灌地基的差异变形。b：用预锚固结土层的方法消除差异沉降。二、岩土锚杆的力学作用与设计3.锚杆结构 1）锚杆锚固力计算及锚固体设计 依锚固体形式的不同（圆柱，扩头连球），计算方法也有差异。圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；而扩大头型锚杆则由扩大端头的面承力及周围地层的摩擦力提供：a.圆柱型 锚杆的极限锚固力：锚固体长度：K:安全系数； L:锚固体长度； Nt:锚杆设计轴向拉力值； q:锚固体表面与周围岩土体间的粘结强度； d:锚固体直径(8 15 )。二、岩土锚杆的力学作用与设计 b.端部扩大型：此种类型是引用国外

14、资料，从圆形锚锭板的试验发现，扩大头埋入深度h与板径D之比值h/D同锚固力因素 呈线性关系，只能维持到h/D=10左右，当h/D继续增大时， 趋于定值，即不受h/D的影响。而 随摩擦角 的增加而增大。在砂土中的锚固力：在外力作用下需锚固体长度由下式求得：P:锚固力； K:安全系数； Nt:锚杆设计轴向拉力值； D、d、L1、L2:锚固体结构尺寸； q:锚固体表面与周围岩土体间的粘结强度； ：锚固力因素； h:扩大头上覆土层厚度； :砂土重度。 二、岩土锚杆的力学作用与设计在粘结土中：其锚固力计算可类似砂土的计算，即 锚固体长度由下式求得： Cu：粘土不排水抗剪强度；对于前面的K值：以中国工程建

15、设标准化协会标准土层锚杆设计与施工规范为依据： 对临时性锚杆：K=1.4 1.8 对永久性锚杆：K=1.8 2.2 二、岩土锚杆的力学作用与设计对永久性锚杆，若地层有长期的徐变的可能时，锚杆的安全系数可提高到3.5。 对于粘结强度q的取值见表： 粘性土：坚硬：60 70kPa 硬塑：50 60kPa 可塑：40 50kPa 软塑：30 40kPa 粉土： 中高状，100 150kPa 砂土： 松散：90 140kPa 稍密：160 200kPa 中密：200 250kPa 密实：270 400kPa 岩石：泥岩：600 1200kPa 风化岩：600 1000kPa 软质岩：1000 1500

16、kPa 二、岩土锚杆的力学作用与设计 2）锚杆自由段（张拉段）长度的确定按规范要求，自由段一般不小于5.00m,以防止由于锚具的缺陷或移动使施加的预应力显著衰弱，同时，自由段一般应超过破裂面1.0m以上，以利于改善锚固地层的稳定性。 3）锚杆预应力的设计一般情况下预应力筋尽可能采用绞线，高强度钢丝或高强精轧螺纹钢丝，因为这样能降低锚杆的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的哦工作量。此外受力达到屈服时的延伸量（应变）比普通钢筋大几倍之多。 若弹性模量相同(E=1.9X10-5MPa)，达到屈服点时：钢筋： 钢绞线：此外，细绞线便于运输和安装，且不受狭窄地段的限制，锚杆预应力筋的截面面积 ：二

17、、岩土锚杆的力学作用与设计Nt:锚杆设计轴向拉力值； K:安全系数 fp:应力筋的标准值对普通的钢筋，仅用于Nt 500kN长度L 20m的锚杆。二、岩土锚杆的力学作用与设计4. 锚杆的锁定荷载和锚头的设计 对于锚杆加固，原则上可按锚杆设计轴向拉力值（工作荷载）作为预应力值而加以锁定。但锁定荷载应据锚杆的使用目的，地层性状而加以调整 ，具体表现在： 1） 岩体加固和边坡抗滑动锚固。 因岩体松散而施加预应力，或为加固地基和抵抗滑动力而施加的预应力锚杆，以设计拉力（工作荷载）为好。 2）对允许变形的结构物的锚固 被锚固的结构物在采用铰接构造，允许其变位情况时，锚杆不必按设计拉力值锁定，可根据设计条

18、件决定锁定荷载。一般为设计拉力值的0.5 0.7倍。二、岩土锚杆的力学作用与设计4. 锚杆的锁定荷载和锚头的设计 3）结构物背面地层为松散土质 被锚固的结构物背面地层，因土质松散，由于张力引起的徐变和塑性变形大的情况，可由这些地点的续航拉试验结果确定锁定荷载。一般情况，锁定荷载为设计拉力值的0.6 0.8倍。 4）预计地层有明显徐变的情况可先将锚杆张拉到设计拉力值的1.2 1.3倍，然后增加到设计拉力值锁定，这样可以减少地层的徐变量。 锚杆头部的传力支座、尺寸和结构构造应具有足够的强度和刚度，不得产生有害的变形。锚具的型号，尺寸的选择应保持锚杆预应力值的恒定。三、岩土锚杆的施工 1. 施工准备

19、 1）施工前的调查 a. 工程规划，锚杆计划、设计图，地层性状等基础资料是否齐备； b. 地下水状态和水质：在钻孔和注浆过程中，需大量的过程用水，要考虑地下水是否可以利用，另外，应预先调研地下水的喷出对钻孔方法、注浆数量和浓度的影响，并采取相应的对策；c. 地下埋设物和障碍物。这是在规划设计阶段已考虑的问题，在施工前应再度进行细部检查、复核，实际确认后方可施工； d. 锚杆工程周边状态，掌握各种状态对施工的影响并确定对策； e. 废弃物的处理:对钻孔，注浆及冲洗管路的排出污水，必须进行适当的处理；f. 作业限制，须保规划，地方法令，应充分了解并掌握这些规划，法令对确定工程进度和管理的影响； g

20、. 其他:对施工空间，多种设备，工程用道路，与其他工种的配合关系，安全及卫生管理，气象条件等与必需进行相应的检查和准备工作。 三、岩土锚杆的施工 1. 施工准备 2）施工组织设计（施工组织设计书包括的项目） 工程目的； 工程概要：工程名称，工程地点，工期，采用的规范，工程号，地质情况； 设计对锚杆的规格和锚固力的要求； 工程进度； 组织编制表； 使用机械； 临时设施；三、岩土锚杆的施工 1. 施工准备 2）施工组织设计（施工组织设计书包括的项目） 使用材料； 作业程序及各种人员的配备； 施工管理及质量控制； 安全管理计划； 应交付工程验收的各种技术资料；(13) 编制施工管理程序图表：包括机械

21、组织的安装调试，钻孔及杆件插入；一二次注浆及养护（试件强度确认），锚杆张拉及锁定，观测及机具移量。三、岩土锚杆的施工 1. 施工准备 2）施工组织设计（施工组织设计书包括的项目） 此外，还需确保一下内容：用水量及有关给排水设施 供电正常：（钻机、水泵、搅拌机，注浆泵、张拉设置等都为电力设施） 作业空间： a.搅拌钻及水泥浆； b.钢质杆（索）体加工场地； c.钻孔作业空间； d.作业脚手架。三、岩土锚杆的施工1. 锚杆孔的钻凿 1）一般要求 在钻孔过程中，对锚固区段的位置和土分层原型进行验证，如计划的锚固地层过分软弱，则要采取注浆加固或变更锚固的地层； 根据不同的岩土条件，选用不同的钻机和钻孔

22、方法，以保证在杆体插入和注浆过程中孔壁不致塌陷，钻孔直径符合设计要求，又安全使孔壁过分扰动； 钻孔用水以潜水为好，膨润土悬浊液和泥浆水都会减弱锚杆的锚固力，应避免使用。若钻孔对周边锚固地层有不良影响时，应考虑采用无水钻孔；三、岩土锚杆的施工1. 锚杆孔的钻凿 1）一般要求 锚固区段内的孔壁如有沉渣或粘土附着，会使锚固力下降，故要采用清水清洗； 施工过程若有地下水从钻孔内流出，必要时采取注浆堵水，以防止锚固段浆液流出而影响锚固力； 可采用透水试验或从钻孔时送入水的回流情况判断地层的透水性； 对于滑坡整治和斜坡稳定等工程，钻孔水会产生不良影响，可采用固结灌浆以改良地层或采用无水钻孔法。 三、岩土锚

23、杆的施工1. 锚杆孔的钻凿 2）钻孔的精度我国工程建设标准化协会编制的土层锚杆设计与施工规范（CECS:22:90）规定： 锚杆水平方向孔距误差不应大于50 ，垂直方向孔距误差不应大于100 ； 钻孔底部的偏斜尺度不应大于锚杆长度的3 % ； 钻孔入口点的允许误差为75 ； 钻孔入口点与轴线的倾角，水平角的允许误差为+-2.5度以下； 锚杆孔任何长度上偏离轴线的允许误差不大于锚杆长度的1/30。 三、岩土锚杆的施工1. 锚杆孔的钻凿 2）钻孔的精度我国工程建设标准化协会编制的土层锚杆设计与施工规范（CECS:22:90）规定： 锚杆水平方向孔距误差不应大于50 ，垂直方向孔距误差不应大于100

24、 ； 钻孔底部的偏斜尺度不应大于锚杆长度的3 % ； 钻孔入口点的允许误差为75 ； 钻孔入口点与轴线的倾角，水平角的允许误差为+-2.5度以下； 锚杆孔任何长度上偏离轴线的允许误差不大于锚杆长度的1/30。 三、岩土锚杆的施工1. 锚杆孔的钻凿 3）钻孔方法及钻孔机械钻孔方法一般有两类： 小直径短锚杆的钻孔： 在岩石上钻凿短锚杆的钻孔（孔径小于45mm，长度小于4m），一般采用气动冲击钻机。用于加固地下硐室 ，锚杆孔的钻凿，也可以使用 液动式单臂或多臂凿岩台车，国内一些单位也曾研制并使用专门用作锚杆成孔，安装的机具。 大直径长锚杆的钻孔 承载力大的锚杆一般要求采用大直径（60 168 ）的潜孔钻（5 50 ）。可以用冲击钻，旋转钻或有二者相结合的方式钻凿长的锚杆孔。三、岩土锚杆的施工主要的钻机类型：日本矿山株式会的RPD型钻机：为全液压齐功能钻机，配有液压凿岩机，正用于各类岩土中的钻孔，有履节带 机构，既可用于式淋花钻钻 ，也可用循环护壁钻进，用上海展览馆中二期工程。 法国克虏伯公司DHR80A钻机：性能与前者相似北京的许多深基坑土锚杆的钻孔曾用过。意大利WokTINGTON:WD101钻机：该机可实现钻杆与套管同步回转，张轴压力和坚固的合金钻头对称各种复杂的地位。上海太平洋饭店基基坑土工程中用过。三、岩土锚杆的施工主要的钻机类型：我国冶金研究总部：YTM87型，锚钻