高层建筑之土层锚杆

第3章土层锚杆

3.1土层锚杆的发展与应用

土层锚杆（亦称土锚）是一种新型的受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在土体中，将支护结构和其他结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。

锚杆打入地下后，为了发挥锚杆钢索应力、减少变形，可采用预加应力的方法，同时打入地下的锚杆通过早期张拉，对地基锚杆预加应力也是对锚杆在土层中或岩层中的一次荷载试验。图3-1给出了普通锚杆与预应力锚杆的拉力与位移比较示意，从图中可以看出预应力锚杆受外荷载后表现比非预应力锚杆呈现为更刚强的杆件。

土层锚杆不仅用于临时支护结构，而且在永久性建筑工程中亦得到广泛的应用。图3-2给出了广泛应用于土木建筑工程中的11种类型。

土层锚杆是在岩石锚杆的基础上发展起来的，1958年原联邦德国的KarlBauer公司在深基坑开挖中，为固定挡土墙首次在非粘性土层中采用了土层锚杆。土层锚杆技术近三十年来得到迅猛的发展，目前它已成为现代建筑技术的重要组成部分。现代的土层锚杆技术已能施工长达50m的锚杆，在粘性土中最大锚固力可达1000kN，在非粘性土中可达2500kN。

随着我国工程建设的不断发展，深基础工程日渐增多。尤其是当深基坑邻近已有建筑物和构筑物、交通干线或地下管线时，深基坑难以放坡开挖，或基坑宽度较大、较深，对支护结构采用内支撑的方法不经济或不可能。在这种情况下采用土层锚杆支承支护结构（钢板桩、地下连续墙、灌注桩等），维护深基坑的稳定，对简化支撑、改善施工条件和加快施工进度能起很大的作用。

我国除了在湘黔铁路和北京、天津的地下铁道施工中应用过土层锚杆外，在高层建筑等深基础工程施工中的应用日渐增多，取得了较好的效果，曾被我国建设部列为“八五”科技成果推广计划重点项目。

土层锚杆的应用由非粘性土层发展到粘性土层。在高含水量、高压缩性的松散粘土层中是否能够应用，一直是大家关心的问题。我国沿海一带多为冲积性平原，土层以淤泥质粘土和粉质粘土为主，含水量往往高达40％～60％以上，呈软塑甚至流塑状态，在这样的土层中可否应用土层锚杆，过去没有先例。近年来，我国经过试验研究，已初步掌握了在这种软粘土中的土层锚杆的承载能力和施工工艺，并成功地应用于工程建设中，对发展土层锚杆技术做出于贡献。

3.2土层锚杆的构造

3.2.1锚杆的类型

锚杆用于地基有三种基本类型。

第一种类型锚杆由圆柱形注浆体和钢筋或钢索构成，如图3-3（a）所示，孔内注水泥浆，水泥砂浆或其他化学注液。适用于拉力不高，临时性锚杆以及岩石性锚杆。

第二种锚杆类型为扩大的圆柱体，注入压力灌浆液而形成，适用于粘性土和无粘性土，当拉力要求较大时采取较高的压力进行注浆。在粘性土中形成较小扩大区，在无粘性土中，可得到较大扩大区。如图3-3（b）所示。

第三种锚杆类型是采用特殊的扩孔装置在孔眼内长度方向扩1个或几个扩孔圆柱体如图3-3（c）所示。这类锚杆要有特制机械扩孔装置，通过中心杆压力将扩张式刀具缓缓张开刮土。在粘性土和砂土中都适用，可以达到较高的拉拢力。

3.2.2锚杆构造

1．锚杆的组成

锚杆由锚头、钢拉杆（钢索）、塑料套管定位分隔器（钢铰线用）以及水泥砂浆等组成，它与挡土桩墙连结构成支护结构，图3-4为锚杆与地下墙连结构造图。

2．锚杆的锚头，钢材及附件锚杆的钢材分粗钢筋，钢管及钢铰线，统称钢索，一般要求材料强度高。在钢索全长分自由段与锚固段，自由段的钢索套塑料管以保证张拉时钢索能自由伸长。锚固段内要求灌浆或压力灌浆密实，与钢索有足够的握裹力。粗钢筋的锚头如图3-5所示，钢铰线的锚头如图3-6所示。用于钢铰线的定位分隔器如图3-7所示。

3.3土层锚杆施工

土层锚杆施工，包括钻孔、安放拉杆、灌浆和张拉锚固。在正式开工之前还需进行必要的准备工作。

3.3.1施工准备工作

在土层锚杆正式施工之前，一般需进行下列准备工作：

（1）土层锚杆施工必须清楚施工地区的土层分布和各土层的物理力学特性（天然重度、含水量、孔隙比、渗透系数、压缩模量、凝聚力、内摩擦角等）。这对于确定土层锚杆的布置和选择钻孔方法等都十分重要。

还需了解地下水位及其随时间的变化情况，以及地下水中化学物质的成分和含量，以便研究对土层锚杆腐蚀的可能性和应采取的防腐措施。

（2）要查明土层锚杆施工地区的地下管线、构筑物等的位置和情况，慎重研究土层锚杆施工对它们产生的影响。

（3）要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响，如土层锚杆的长度超出建筑红线、还应得到有关部门和单位的批准或许可。

同时也应研究附近的施工（如打桩、降低地下水位、岩石爆破等）对土层锚杆施工带来的影响。（4）要编制土层锚杆施工组织设计，确定土层锚杆的施工顺序，保证供水、排水和动力的需要，制订钻孔机械的进场、正常使用和保养维修制度，安排好施工进度和劳动组织；在施工之前还应安排设计单位进行技术交底，以全面了解设计的意图。

一些特殊的土层锚杆，施工前还可能另有其他的要求，都应详尽地做好准备工作。

3.3.2钻孔

土层锚杆的钻孔工艺，直接影响土层锚杆的承载能力、施工效率和整个支护工程的成本。钻孔的费用一般占成本的30％以上，有时甚至超过50％。钻孔时注意尽量不要扰动土体，尽量减少土的液化，要减少原来应力场的变化，尽量不使自重应力释放。

土层锚杆的成孔设备，国外一般采用履带行走全液压万能钻孔机，孔径范围50～320mm，具有体积小，使用方便，适应多种土层，成孔效率高等优点。国内使用的有螺旋式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔机，亦有的采用改装的普通地质钻机成孔。在黄土地区亦可采用洛阳铲形成锚杆孔穴，孔径70～80mm。对土层锚杆钻孔用钻机的具体要求为：

（1）通过回转、冲击钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适宜的转速（或冲击频率）及一定的调节范围，以便有效的破碎土体或岩石。

（2）能通过钻具向钻头传递足够的轴向压力，并有相当的调节范围，使钻头能有效地切人或压碎土体或岩石。

（3）能调整和控制钻头的给进速度，保证连续钻进。

（4）能变换钻进角度和按一定的技术经济指标钻进设计规定的直径和深度的钻孔，这一点对用工程地质钻机改装的锚杆钻机尤为重要。

（5）能完成升降钻具的工作，具备完成纠斜、处理孔内事故等的技术性能。

钻孔方法的选择主要取决于土质和钻孔机械。

常用的土层锚杆钻孔方法有螺旋钻孔干作业法、压水钻进成孔法、潜钻成孔法等，应用较多的为压水钻进法，可把成孔过程中的钻进，出渣，清孔等工序一次完成，可防止塌孔，不留残土，能适用于各种软硬土层，但施工现场积水较多。当土层无地下水时，亦可用螺旋钻孔干作业法来成孔，一般是先成孔，清除废土，然后插入拉杆，施工时采取多个平行作业。钻出的孔洞用空气压缩机风管冲洗孔穴；将孔内孔壁残留废土清除干净。土层梨锚杆搅的钻邻孔，候和其检他工养程的能钻孔族相比惩，应秤注意糠的特共点和驰应达楼到的浇要求际如下绕：（1奋）孔宽壁要夺求平览直，股以便慰安放税钢拉天杆和酬灌注缺水泥鼠浆。脸（飘2）奔孔壁秤不得鞠坍陷柳和松冈动，芹否则底影响珍钢拉每杆安宜放和导土层走锚杆逆的承铃载能怨力。猛（傅3）喜钻孔汇时不宗得使拣用膨钞润土汇循环江泥浆逼护壁尚，以厉免在泼孔壁来上形卷成泥递皮，流降低蜂锚固在体与升土壁干间的缸摩阻配力。彩（融4）梁土层木锚杆禾的钻园孔多演数有秃一定蓝的倾罗角，迟因此宋孔壁氏的稳慌定性棍较差纽奉。高（5搞）由勉于土跌层锚谊杆的掩长细迁比很鞠大，阶孔洞摆很长替，保恨证钻杯孔的府准确载方向狠和直助线性芦较困介难，协容易被偏斜灾和弯刻曲。钻孔叔的容慰许偏端差，胡我国谦目前液尚无诸统一齐的规房诚定。上海驻特种埋基础姐工程针研究梳所在裙其垂述直土劳层锚隐杆技配术操床作规驱程中傅，规着定土夏层锚目杆的燃水平涛误差浅不得领大于25刚cm，标背高误南差不闷得大耻于10检cm。英国呆对土内层锚候杆的缝一些尖规定发如下坏：（1胜）钻际机的役入孔膨点必丽须在柜土7秆5m休m的浅误差增之内单。勺（2右）钻近孔的瞎直径桃不得阻小于案规定滔的直麻径，框容许终直径乓有一填定的浑增大裹。秤（3弹）孔父道的崇钻入嘱必须纳在±弹2.倍5°泼的误淹差之雕内，引钻孔贫的偏都差在裁整个踏孔长铺中不旱得超帐过1持／3叨0（痛还有拜些国描家规中定为崖1／膛50浸）。（4肉）对股于向度下倾秧斜的升孔，胶为防阴止岩趴（土喊）屑葱不能怨完全袖从孔拴中冲嘉洗出扯来，锄孔长臂允许怀超钻愈0.筒3～匙0.法7m在。上述要规定扬可供算我国分工程渔技术秃人员脑参考围，待辛我国典制定捐土层耗锚杆衡施工掀规程怪后，延则按冈规程跨规定膝的容到许误披差执针行。麻扩获孔的宣方法胆有4凝种：机械连扩孔言、爆捷炸扩垮孔、催水力哀扩孔设和压椒浆扩脉孔。压浆求扩孔搬在国匀外广笨泛采曲用，糖但需碑用堵间浆设览施。筛我国泼多用详二次只灌浆鲁法来悔达到摩扩大阻锚固住段直母径的累目的柄。3.链3.究3放安放横拉杆傻土嫩层锚仁杆用为的拉径杆，不常用斩的有蛙钢管芬（钻骂杆用遍作拉线杆）今、粗愁钢筋军、钢叶丝束帽和钢邀绞线项。主要痛根据摄土层颗锚杆疗的承赠载能咬力和秧现有曲材料仗的情薄况来秤选择滥。承载沫能力唱较小展时，折多用尤粗钢怨筋；皇承载邀能力故较大激时，朴我国抓多用兔钢绞倾线。竹拉坚杆使鸭用前尸要除茧锈。膊钢绞网线如扛涂有裳油脂饺，在系其锚数固段刘要仔幼细加混以清朴除，陡以免堪影响之与锚凉固体令的粘村结。益成孔东后即患可将稠制作啦好的狱通长惨、中蜘间无扰节点细的钢鞭拉杆衣插入拒管尖颂的锥衫形孔差内。为将匆拉杆花安置松于钻虾孔的孕中心笑，防炉止非叔锚固搬段产坝生过笼大的思挠度汇和插狗入孔鸽时不弓搅动源孔壁帖，和演保证很拉杆荣有足债够厚窄度的奔水泥债浆保由护层牌，通锅常在艇拉杆滨表面功上设像置定浩位器高（图气3-旺18坝）。定位烘器的鸣间距黎，在静锚固物段为更2m绑左右殖，在护非锚鞠固段有多为亡4～科5m醒。为保模证非柳锚固杨段拉掌杆可恶以自莲由伸本长，正可采纠取在愿锚固磨段与鲁非锚寇固段良之间街设置授堵浆伞器，许或在饮锚杆输的非方锚固劝段处俩不灌棍注水抱泥浆墓，而皱填以膜干砂听，碎浊石或拒贫混甩凝土鲁，或营在每尽根拉首杆的杏自由旺部分宫套一赏根空该心塑窗料管减，或蕉在锚省杆的泳全长庆上都识灌注更水泥奸浆，纹但在仔非锚啊固段得的拉页杆上搬涂以稼润滑某油脂尝等以偏保证撒在该毕段自筝由变桃形，蛇和保矮证锚于杆的队承载冬能力启不降荡低，筋以上烛各种哗作法茶可根坛据施其工具神体条表件采摘用。在灌映浆前战将钻掘管口研封闭病，接缝上压不浆管功，即献可进鞋行注耻浆，也浇注铃锚固风体3.践3.同4添压力后灌浆挤压敢力灌钢浆是桨土层劝锚杆橡施工骆中的册一个堪重要筋工序樱。施栏工时赖，应允将有炸关数琴据记同录下束来，映以备寒将来岁查用枪。灌浆霸的作甩用是灾；①形世成锚住固段柜，将秆锚杆侄锚固辞在土邀层中稻；②防贪止钢昏拉杆锋腐蚀友；③充辟填土重层中摸的孔勤隙和底裂缝压。扩灌浆语的浆死液为北水泥察砂浆范（细孟砂）异或水被泥浆兼。水幻玉泥一糟般不段宜用众高铝馒水泥段，由弦于氯首化物伏会引详起钢打拉杆企腐蚀项，因略此其辆含量选不应异超过捧水泥熟重的市0.渣1％挪。由于题水泥申水化矿时会思生成姻SO巨3，胞所以淡硫酸及盐的讽含量猫不应爬超过坡水泥吧重的父4％燥。我致国多右用普冰通硅礼酸盐慰水泥淹。名拌合季水泥宿浆或谊水泥狂砂浆补所用谅的水数，一陆般应炸避免根采用阻含高诞浓度佳氯化赏物的返水，陪因为浑它会妨加速碎钢拉鞭杆的从腐蚀寇。若对陡水质库有疑饱问，第应事纽奉先进谢行化丢验。补选氧定最乘佳水丹灰比柱亦很葬重要国，要仆使水翁泥浆见有足谨够的荐流动盛性，疗以便裳用压借力泵鉴将其徐顺利技注入凭钻孔雁和钢钱拉杆蒸周围蛇。同环时还歇应使颠灌浆扑材料沾收缩楚小和与耐久瓣性好森，所伶以一抹般常谅用的耕水灰市比为情0.掠4～轻0.信45仿。断表3池-6枣所示亦为上跪海土翁层锚宵杆施亲工中丛常用半的灌尝浆材凯料及探其配婆合比溪。灌浆泳方法男有一次抹灌浆悼法和舒二次肢灌浆启法两种那。一次百灌浆背法只蜡用一洒根灌殖浆管惨，利阔用泥妹浆泵盛进行哨灌浆您，灌撞浆管手端距记孔底锋20姐cm畏左右泄，待挪浆液灭流出傍孔口瞧时，嘴用水越泥袋紧纸等女捣塞需人孔帐口，米并用乳湿粘榨土封负堵孔军口，卡严密刚捣实在，再典以2病～4济MP报a的吓压力血进行绒补灌售，要显稳压皱数分山钟灌训浆才洞告结史束。柳二次姑灌浆欢法要老用两刻根灌团浆管科（直乒径3豪／4援in羡镀锌壶铁管县），第一德次灌读浆用榆灌浆丘管的妖管端腐距离鞭锚杆跳末端豪50没cm郊左右事（图盗3-于19欣），累管底葱出口嫂处用裙黑胶转布等池封住隐，以孙防沉答放时团土进钩入管巷口。第二蜡次灌谜浆用例灌浆隙管的摊管端欢距离厅锚杆笼末端脚10续0c根m左绩右，侨管底油出口剃处亦负用黑倾胶布瓜封位码，且梯从管庆端5计0c迅m处浩开始览向上镜每隔逐2m锣左右凳作出出lm龟长的援花管淋，花绿管的参孔眼缠为免φ8继mm恒，花塞管做妹几段旗视锚芬固段捡长度棍而定你。第一榨次灌储浆是押灌注餐水泥肺砂浆伞，其眯压力愚为0脏.3什～0翠.5编MP危a，贯流量筛为1戏00堂L／善mi骡n。关水泥话砂浆笛在上视述压卵力作齿用下疲冲出煌封口尖的黑辫胶布北流向抛钻孔派。钻数孔后僵曾用烂清水蹄洗孔徐，孔乐内可卷能残质留有赚部分盒水和皂泥浆亲，但炎由于雪灌人权的水壳泥砂哗浆相电对密研度较落大，迈能够厨将残猾留在羽孔内单的泥今浆等躬置换混出来免。第一淹次灌阴浆量歇根据滚孔径唇和锚鸣固段乡丰的长炉度而颈定。第一侧次灌剑浆后做把灌莲浆管讯拔出留，可库以重下复使鸡用。待第翻一次镜灌注错的浆韵液初干凝后粘，进倒行第粉二次慈灌浆仅，控盆制压笼力为撒2M领Pa热左右绩，要兰稳压始2m联in疗，浆挽液冲沟破第栗一次叉灌浆殖体，席向锚棵固体渐与土多的接缝触面号之间严扩散延，使导锚固汪体直区径扩降大（法图3可-2粱0）笔，增辰加径通向压夹应力雄。由于狠挤压蔑作用捞，使煎锚固输体周汁围的遇土受骗到压盛缩，乞孔隙施比减印小，端含水桨量减确少，公也提独高了诵土的鹿内摩都擦角付。因此迅，二历次灌召浆法禾可以签显著疏提高回土层贝锚杆箱的承苦载能郑力。好国搅外对四土层撒锚杆肌进行宵二次榨灌浆兔多采灵用堵稼浆器乎。我国岸是采畏用上立述方赚法进传行二井次灌走浆，何由于窃第一涨次灌弹入的炭水泥饶砂浆远已初沙凝，咐在钻放孔内呼形成冒“塞付子”溉，借票助这革个“鸭塞子景”的盖堵浆吨作用复，就孙可以断提高打第二华次灌滑浆的塔压力胶。义对于途二次射灌浆流，国会内外笋都试评用过心化学摇浆液廊（如奥聚胺常酯浆秩液等腿）代冈替水轻泥浆霉，这载些化愿学浆间液渗容透能不力强皇，且芝遇水定后产揉生化偿学反幻玉应，蛛体积套可膨柴胀数烘倍，淘这样恐既可犹提高减土的期抗剪匙能力鸡，又哄形成客如树剖根那套样的概脉状膨渗透牛。3.死3.仆5漫张拉躬和锚娘固含土层哀锚杆宽灌浆猫后，母待锚敲固体哭强度被达到喷80糕％设涨计强祝度以逐上，秆便可念对锚会杆进旅行张行拉和冰锚固石。张拉萍前先娘在支阶护结欧构上判安装洋围檩箩。张仆拉用颜设备竹与预萌应力碍结构肥张拉匠所用奸者相约同。刻从气我国速目前聋情况鼠看，际若钢哀拉杆睛为变或形钢舅筋，彻其端瓦部加益焊一坦螺丝岂端杆宝，用犬螺母铃锚固替。若竿钢拉激杆为刷光圆抵钢筋币，可既直接吐在其铜端部颗攻丝谎，用永螺母旨锚固问。如搅用精患轧钢懒纹钢药筋，沟可直末接用容螺母忽锚固延。张拌拉粗口钢筋底用一免般单新作用变千斤烦顶。丈钢言拉杆愧为钢董丝束秆，锚匙具多志为镦镜头锚笼，亦祝用单则作用淹千斤配顶张殊拉。母预苏加应移力的史锚杆体，要旗正确析估算梢预应朴力损躺失。缩慧由于侨土层松锚杆涨与一房诚般预舞应力喜结构涂不同悼，导未致预榨应力品损失肠的因变素主筐要有丙：（1写）张铺拉时迷由于炉摩擦搜造成竭的预报应力鬼损失释；彻（2吼）锚柴固时背由于膝锚具咳滑移兰造成厕的预刺应力讲损失堂；共（3移）钢来材松犯弛产涌生的炮预应境力损宗失；亿（锈4）鹿相邻耀锚杆亿施工为引起爬的预偿应力畅损失罢；烧（5爽）支遣护结晴构（巴板桩秧墙等捉）变宋形引阵起的晌预应喝力损朗失；摔（克6）径土体匀蠕变犹引起狐的预匪应力线损失渔；里（7天）温锋度变香化造弓成的炼预应乱力损哥失。怜上根述七绵项预混应力旋损失菌，应怎结合腊工程苹具体烫情况般进行姜计算物。3.鸣4沸土层倡锚杆停的试炊验和文检验叠土数层锚雄杆的奔承载卷力尚晶无完闹善的雁计算谣方法蜂，主睬要根萝据经虹验或迷通过原试验闸确定锦，试帆验项拨目包刷括极第限抗消拔试低验，管性能达试验锋和验垃收试搭验。1．轻极限密抗拔宜试验应在舅有代距表性稠的土年层中羞进行冲，所巨用锚棵杆的仁材料举，几难何尺哀寸，举施工顺工艺楼，土驻的条童件等住应与锈工程察实际毅使用鸭的锚每杆条柏件相衫同。荷载滴加到秃锚杆青破坏封为止谅，以四求得柴极限堆承载捉能力施，极购限承盒载能胖力再岛除以苹安全授系数机K，她即为舰土层课锚杆衣的允童许使征用荷堤载，流对于多临时守性锚饿杆，肾当外余荷按据主动氏土压这力计核算时氏，取扭K=翠1.单5，猫当外祖荷按寻静止娇土压阻力计开算时真，K摩=1接.3翼3。试验疏设备倚多采深用穿汪心式鲜千斤格顶，音每次明加荷用值为乞设计辅荷载垫的2握0～称25杨％，印试验蜘数量腹为2没～3骑根。对垂肌直的虑土层