锚固技术几个关键问题图文丰富

叶四桥博士/教授注册岩土工程师

2013年12月锚固技术几个关键问题1岩土锚固技术概述一、岩土锚固技术概述什么是岩土锚固技术锚固是指通过可确定力的方向和大小的锚固受拉杆件（钢筋或钢绞线等），将被加固的岩土体或建筑结构体与相对稳定的岩土体“锚”在一起，以达到限制被加固岩土体有害变形的发展，保护围岩、边坡、建筑结构体等的稳定。锚杆、稻草土砖、加筋土锚固技术的特点充分发挥岩土体自身能量，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力大大减轻结构物自重，节约工程造价主动制约机制随机补强深层控制一、岩土锚固技术概述锚固技术的分类按应用对象分类岩石锚固土层锚固海洋锚固按施加预应力分类预应力锚固非预应力锚固巨型锚固：锚固力大于800t大型锚固：锚固力300~800t小型锚固：锚固力100t中型锚固：锚固力100~300t按锚固机理分类粘结型锚固摩擦型锚固混合型端头锚固型一、岩土锚固技术概述按锚固体传力形式压力型锚固拉力型锚固剪力型锚固按锚固体形态圆柱型端头扩大型连续球体型一、岩土锚固技术概述锚固技术的分类锚固技术的应用领域1）深基础工程基坑支护地下停车场地下室抗浮地下铁道或地下街一、岩土锚固技术概述2）边坡稳定边坡加固斜坡挡土滑坡防治锚固挡墙一、岩土锚固技术概述3）结构抗倾防止高塔倾倒防止高架桥倾倒防止高坝倾倒防止挡土墙倾倒一、岩土锚固技术概述4）加压装置5）洞室加固桩荷载试验沉箱下沉加压洞室变形控制一、岩土锚固技术概述6）冲冲击击区区的的抗抗浮浮及及防防护护坝下游冲击区防护排洪洞冲击区防护一、、岩岩土土锚锚固固技技术术概概述述7）各各种种构构筑筑物物的的稳稳定定与与锚锚固固桥墩基础加固悬臂桥锚固吊桥桥墩锚固大跨跨度度结结构构物物稳稳定定一、、岩岩土土锚锚固固技技术术概概述述锚杆2锚杆杆（（索索））类类型型与与特特点点2.1预应应力力锚锚杆杆与与非非预预应应力力锚锚杆杆预应应力力锚锚杆杆与与非非预预应应力力锚锚杆杆结结构构构构造造比比较较（a）预预应应力力锚锚杆杆(anchor)（b）非非预预应应力力锚锚杆杆(bolt)预应应力力锚锚杆杆与与非非预预应应力力锚锚杆杆受受力力特特性性比比较较2.1预应应力力锚锚杆杆与与非非预预应应力力锚锚杆杆预应力锚杆非预应力锚杆1、安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态1、安装后地层移动锚杆才能被动地发挥作用2、控制地层与结构物变形能力强2、控制地层与结构物变形能力差3、按一定密度布置锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定3、难于在地层内形成压缩区4、预加应力后，能明显地提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度4、仅靠杆体自身强度发挥其抗拉抗剪作用5、张拉工序能检验锚杆的承载能力5、尚缺乏检验此类锚杆施工质量与承载力的有效方法6、结构构造与施工工艺比较复杂6、结构简单，施工方便2.1预应应力力锚锚杆杆与与非非预预应应力力锚锚杆杆2.2拉力力型型与与压压力力型型锚锚杆杆拉力力型型锚锚杆杆和和压压力力型型锚锚杆杆结结构构示示意意图图(a)拉力力型型锚锚杆杆(b)压力力型型锚锚杆杆拉力力型型锚锚索索结结构构示示意意图图图3压力力型型锚锚索索的的结结构构图图拉力力型型与与压压力力型型锚锚杆杆的的荷荷载载分分布布2.3荷载载集集中中型型与与荷荷载载分分散散型型锚锚杆杆荷载载集集中中型型荷载载分分散散型型荷载集中中型与荷荷载分散散型锚杆杆工作特特性比较较荷载集中中型锚杆杆粘结应应力分布布特征单孔复复合锚锚固；；荷载分分散；；灌浆体体由受受拉变变为受受压。。压力分分散型型结构构构造造图压力分分散型型锚杆杆(单孔复复合锚锚固））粘结结应力力分布布特征征荷载分分散型型锚杆杆承载载体的的构造造拉力集集中型型压力分分散型型简单防防腐灌浆体体受拉拉易开开裂多层防防腐灌浆体体受压压不易易开裂裂压力分分散型型锚固固的耐耐久性性显著著提高高拉力分分散型型锚索索结构构图2.4可重复复高压压灌浆浆型锚锚杆锚杆结结构图图注浆套套管工工作原原理密封性性均匀性性重复性性预埋二二次劈劈裂灌灌浆管管密封装装置重复高高压灌灌浆型型锚固固技术术的优优越性性抗拔力力提高高60~120%；蠕变量量减小小1/2~2/3；节约造造价1/3左右。。一次常常压灌灌浆体体与二二次高压灌灌浆体体的比比较2.5扩体型型锚杆杆锚杆荷荷载传传递方方式的的比较较(a)摩擦型型(b)摩擦－－支承承复合合型（1）底端端扩体体型锚锚杆爆炸成成型的的底端端扩体体锚杆杆用旋转转叶片片形成成的扩扩体锚锚杆固定地地层砂砂固定长长度：：6～10m极限承承载力力900～1400kN比Φ=12cm的圆柱柱体锚锚固体体承载载力提提高2～3倍。（2）多段段扩体体型锚锚杆扩体型型锚杆杆承载载力计计算砂性土土黏性土土3锚头及及锚杆杆构件件锚头设设计锚头是是均衡衡地向向锚杆杆体传传递外外力的的主要要部件件。锚头通通常由由锚具具、承承压板板和台台座组组成。。锚头一一般形形式有有：4锚杆防防腐锚杆的的防腐腐设计计1.一般要要求：：应按锚锚杆的的使用用年限限、锚锚杆所所处环环境的的腐蚀蚀程度度及锚锚杆破破坏后后果等等因素素确定防防腐类类型与与标准准。锚杆防腐的的有效效期应当等等于锚锚杆的的有效效期。。锚杆在在其全全部自自由长长度上上必须须能够够自由移移动，锚杆杆试验验与加加荷时时所有有荷载载都能能由自自由段段传到到锚固固段。。锚杆的防防护设施施必须具有足够够的强度度和韧性性，在锚杆杆加荷时时不致破破坏。锚杆及其其防护系系统在制制作、运运输和安安装过程程中不应受到到破坏。防护系统统的材料料在预料料的工作作环境内内保持不开开裂、不不变脆或或成为流流体；具有化学学稳定性性，不与相相邻材料料发生反反应，并并保持其抗抗渗性。2.环境侵蚀蚀性：PH<4.5电阻率<2000Ω.cm出现硫化化物出现复杂杂电流或或造成对对其他地地下混凝凝土结构构的化学学侵蚀3.锚杆的防防护类型型与等级级一级防护护：双层防腐腐保护，，预应力力筋全长长均有套套管二级防护护：单层防腐腐保护，，锚固段段预应力力筋仅用用灌浆防防腐锚杆的防防腐设计计锚杆的防防腐保护护决策图图锚杆使用寿命临时（<24月）永久（>24月）地层侵蚀性有侵蚀无侵蚀二级防护无防护地层侵蚀性未知或有侵蚀无侵蚀一级防护严重破坏后果一级防护不严重地方价格增量便宜昂贵一级防护二级防护锚杆的防防腐保护护要求防护等级锚杆类型锚头自由段锚固段拉力型压力型拉力型一级二级过度管若暴露在空气中需加锚具罩注入油脂的护套

外套注入水泥浆的光滑塑料管注入水泥浆的波纹管无粘结钢绞线与灌浆灌浆无粘结钢绞线或外套注入水泥浆的光滑塑料管注入油脂的护套过度管若暴露在空气中需加锚具罩过度管若暴露在空气中需加锚具罩拉力型锚锚杆一级级防护构构造拉力型锚锚杆二级级防护构构造可重复张张拉锚杆杆的锚头头防护构构造5锚杆的张张拉与锁锁定锚杆的张张拉锁定定影响锚杆杆初始张张拉力的的因素地层徐变变钢质杆体体的松弛弛套管与杆杆体钢材材的摩擦擦地层内部粘性性土层的压密密预应力筋材锚锚固时的定位位锚杆的变形锚杆变形组成成：杆体自由由段的弹性伸伸长、锚固体体与地层间的的剪切变形锚杆变形一般般由试验确定定，摩擦型可可按下式估算算：摩擦型锚杆的的变形量估算算——施加于锚杆上上的拉力——锚固体直径——变形量——地层抗剪切系系数——锚固自由段长长度——锚固段长度——锚固体横截面面积——锚杆杆体横截截面积——锚固体弹性模模量——锚杆杆体弹性性模量——锚杆灌浆体弹弹性模量——锚杆灌浆体横横截面积锚杆初始张拉拉力（锁定荷荷载）值：岩体加固与边坡抗抗滑锚固，因岩体松散而而施加的预应应力或加固地地基和抵抗下下滑力而设置置的锚杆，以以拉力设计值（工作荷载））作为锁定荷荷载。结构物背面地地层为松散土层，一般情况锁锁定荷载为设设计拉力设计计值的0.6～0.8倍。对允许变形的结构物的锚锚固，被锚固固的结构物采采用铰接构造造，允许其变变位时锚杆不不必按设计拉拉力锁定，可可根据设计条条件决定锁定定荷载，一般般取设计拉力力值的0.5～0.7倍。预计地层有明显徐变的情况，可先先将锚杆张拉拉到设计拉力力值的1.2～1.3倍，然后退回到到设计拉力值值锁定。锚杆的张拉锁锁定6锚杆现场检验验主要有基本试验，验验收试验和蠕蠕变试验。基本试验（锚杆的性能试试验、破坏性性试验）任何一种新型型锚杆或已有有锚杆品种用用于未曾用过过的地层时，，均应进行基基本试验。锚杆基本试验验是锚杆工程程施工前，在在现场进行的的锚杆极限抗抗拔承载力试试验。采用分级加荷荷、卸荷的增增量试验法，，记录起始荷荷载下和每次次加荷、卸荷荷时锚杆的位位移。其目的是确定定锚杆的极限限承载力和锚锚杆设计参数数的合理性性，为锚杆设设计、施工提提供依据。1．锚杆基本试试验的最大试试验荷载不宜宜超过锚杆承承载力标准值值的0.9倍；2．锚杆基本试试验应采用分分级循环加卸卸载法，加荷荷等级和锚头头位移测读时时间间隔应符符合下表的规规定。检测数量（1）同一工程在在同一条件（（锚杆参数及及所处地层条条件、施工工工艺相同）下下进行锚杆极极限抗拔试验验，基本试验验和蠕变试验验的数量不少少于3根。（2）验收试验的的锚杆数量不不得少于锚杆杆总数的5%，且不得少于于3根，对有特殊殊要求的工程程，可按设计计要求增加验验收检测锚杆杆的数量。（3）对任何一种种本地区未做做过的新型锚锚杆，应事先先通过试验确确定其可行性性，并选择锚锚杆设计参数数。检测条件控制制锚杆抗拔试验验应满足以下下条件：（1）锚杆极限抗抗拔试验采用用的地层条件件、杆体材料料、锚杆参数数和施工工艺艺必须与工程程锚杆相同；；（2）锚杆锚固段段的浆体强度度达到15MPa或达到设计强强度等级的75%时，方可进行行锚杆试验。。注：1、在每级加加荷等级观观测时间内内，测读锚锚头位移不不应少于3次；2、预估破坏坏荷载可以以根据拉杆杆标准强度度计算即为为Asfptk，式中As－锚杆杆体体（筋体））的截面面面积；fptk－锚杆杆体体（筋体））抗拉强度度标准值（二）锚锚杆（索索）的验收收试验锚杆验收试试验是在锚锚固工程完完工后为了了检验所施施工的锚杆杆是否达到到设计的要要求而进行行的检验性性抗拔试验验，该试验验起到鉴别别工程是否否符合要求求的目的。。锚杆验收收试验满足足以下条件件，即为合合格：（1）验收试验验所得的总总弹性位移移超过自由由段长度理理论弹性伸伸长的80％，但小于于自由段长长度与1／2锚固段长度度之和的理理论弹性伸伸长。（2）在最大试试验荷载作作用下，锚锚头位移趋趋于稳定。。验收试验验收试验旨在快速经经济地确定定锚杆是否否具有足够够的承载力力、锚杆自自由段长度度是否满足足要求和锚锚杆蠕变在在规定的范范围内是否否稳定。1．最最大大试试验验荷荷载载应应取取锚锚杆杆轴轴向向拉拉力力设设计计值值的的1.0倍；2．加荷等等级及锚锚头位移移测读时时间间隔隔应符合合下列规规定；①初始始荷载宜宜取锚杆杆轴向拉拉力设计计值Nt的0.1倍；②加荷荷等级及及观测时时间按表3-2规定进行行；③每级级荷载应应稳定5~10min，在每级级加荷等等级观测测时间内内，测读读锚头位位移不应应少于3次，并记记录荷载载施加后后1min、6min、10min时的位移移量。如如在1~10min内锚头头位移移增量量超过过1mm，则该该级荷荷载应应再维维持50min，并在在荷载载施加加后15min、20min、25min、30min、45min和60min时记录录锚头头位移移增量量。④加加荷至至最大大试验验荷载载并观观测15min，待位位移稳稳定后后即卸卸荷至至0.1Nt，并测测读锚锚头位位移。。然后后加荷荷至锁锁定荷荷载锁锁定。。⑤试试验结结果宜宜按每每级荷荷载对对应的的锚头头位移移列表表整理理，并并绘制制荷载载—位移（（Q-s）曲线线。（三））锚锚杆杆（索索）的的蠕变变试验验在软粘粘土中中设置置的锚锚杆，，在较较大荷荷载作作用下下会产产生很很大的的蠕变变变形形，为为了掌掌握软软粘土土中的的锚杆杆的工工作特特性，，国内内外的的有关关标准准都对对锚杆杆的蠕蠕变试试验作作了相相应的的规定定。我我国有有关锚锚杆标标准规规定，，凡塑塑性指指数大于20的土层中的的锚杆，均均应进行蠕蠕变试验，，且试验的的根数不应应少于3根。蠕变试验塑性指数大大于17的软土层和和蠕变变形形明显的岩岩体中的锚锚杆应进行行蠕变试验验，用作蠕蠕变试验的的锚杆不应应少于3根。锚杆蠕蠕变试验加加荷等级与与观测时间间见表3-3，在观测时时间内荷载载必须保持持恒定，锚锚头位移趋趋于稳定。。每级荷载载作用下按按时间间隔隔(min)1，2，3，4，5，10，15，20，30，45，60，75，90记录锚头蠕变变量。蠕变试验的加加荷等级和观观测时间应满满足表6.13的要求，在观观测时间内，，荷载必须保保持恒定，每每级荷载下观观测蠕变量随随时间的变化化。最后将每每级荷载下的的锚杆蠕变量量一时间对数数曲线在s～lgt坐标系中绘出出。定义S～lgt曲线的斜率值值(s～lgt曲线为直线)为蠕变系数。。式中：：Ks——某一级级荷载载下的的蠕变变系数数；s1——t1时刻的的蠕变变量；；s2——t2时刻的的蠕变变量。。锚杆蠕蠕变试试验所所测得得的最最后一一级荷荷载下下的最最终一一段观观测时时间内内的蠕蠕变系系数不不应大大于2.0mm。（四））锚锚杆杆（索索）的的长期期观测测锚杆张张拉锁锁定后后第一一个月月内每每日观观测1次；2-3个月内内每周周观测测1次；4-6个月内内每