锚杆培训101123

1锚杆(土钉)静载试验江苏省建筑工程质量检测中心有限公司方平2◆教材◆JGJ120-1999建筑基坑支护技术规程◆CECS22：2005岩土锚杆(索)技术规程◆CECS96：1997基坑土钉支护技术规程◆GB50007-2002建筑地基基础设计规范◆GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范3第一章前言一、土锚概述土层锚杆，亦称土锚，它的一端与支护结构联结，另一端锚固在土体中，将支护结构所承受的荷载（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。4◆自1872年英国北威尔士露天页岩矿首次应用锚杆加固边坡及1912年德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护技术至今已有一百多年的历史。◆我国于20世纪50年代开始试用锚杆支护技术，至70年代前期还处于探索阶段，直到1978年才开始重点推广，80年代开始向英国学习锚杆支护技术后推广到煤巷支护，90年代又向澳大利亚学习引进成套先进的锚杆支护技术，目前已得到较广泛的推广和应用。5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。德、奥、英、法、美和日本等陆续将土层锚杆广泛应用于各类工程结构中，土层锚杆的应用数量迅速增加，施工工艺日趋完善，井已形成成套的施工专用机具。61969年在墨西哥召开的第七届国际土力学与基础工程会议上，专门就土层锚杆的蠕变和锈蚀等问题进行了讨论；1977年在日本东京召开的第八届国际土力学与基础工程会议上，又讨论了土层锚杆的计算理论和提高其承载能力的方法等。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实现施工长达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。7随着我国经济建设的迅速发展，尤其是在城市建设中，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。8在高含水量（含水量往往高达40％~60％以上，呈软塑甚至流塑状态）、高压缩性（淤泥质粘土和粉质粘土为主）的松散粘土层中是否能够应用，一直是大家关心的问题。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了贡献。9锚杆的结构锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。10锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、导向幅、架线环、束线环、注浆塞等11121-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-自由隔离层；6-钻孔；7-对中支架；8-隔离架；9-钢绞线：10-架线环；11-注浆体；12-导向幅；Lf-自由段；La-锚固段13端部扩大头型锚杆1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔离层；7-钢筋；8-注浆体；9-端部扩头体；Lf-自由段长度；La-锚固段长度14连续球体型锚杆1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔离层；7-止浆密封装置；8-预应力筋；9-注浆导管；Lf-自由段长度；La-锚固段长度15锚杆的分类锚杆的分类方法较多，通常可以按应用对象、按是否预先施加应力、按锚固机理以及锚固形态进行分类。按应用对象可分为岩石锚杆和土层锚杆：岩石锚杆是指内锚段锚固于各类岩层中的锚杆，而自由段可以位于岩层或土层中。土层锚杆是指锚固于各类土层中的锚杆，其构造、设计、施工与岩石锚杆有共同点也有其特殊性。16按是否预先施加应力分为预应力锚杆和非预应力锚杆：非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；非预应力锚杆通常采用II、III级螺纹钢筋，锚头较简单，如板肋式钳杆档墙、锚板护坡等结构中通常采用非预应力锚杆，锚头最简单的作法就是将锚筋作成直角弯钩并浇注于面板或肋梁中。预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态；预应力锚杆在锚固工程中占有重要地位，预应力锚杆的设计与施工比非预应力锚杆复杂，其锚筋一般采用精轧螺纹钢筋(25~32)或钢绞线．目前在公路滑坡处治中广泛采用预应力锚索加固技术。17按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆和连续球型锚杆：圆柱型锚杆是国内外早期开发的一种锚杆形式，这种锚杆可以预先施加预应力而成为预应力锚杆，也可以是非预应力锚杆；锚杆的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度提供，这种锚杆适用于各类岩石和较坚硬的土层，一般不在软弱粘土层中应用，因软粘土中的粘结摩阻强度较低，往往很难满足设计抗拔力的要求。18端部扩大头型锚杆是为了提高锚杆的承载力而在锚固段最底端设置扩大头的锚杆，锚杆的承载力由锚固体与土体间的摩阻强度和扩大头处的端承强度共同提供，因此在相同的锚固长度和锚固地层条件下端部扩大头型锚秆的承载力远比圆柱型锚杆为大；这种锚杆较适用于粘土等软弱土层以及比邻地界限制土锚长度不宜过长的土层和一般圆柱型锚杆无法满足要求的情况；端部扩大头型锚杆可采用爆破或叶片切削方法进行施工。连续球型锚杆是利用设于自由段与锚固段交界处的密封袋和带许多环圈的套管(可以进行高压灌浆，其压力足以破坏具有一定强度5.0MPa的灌浆体)，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，从而提高锚固体与周围土体之间的锚固强度；这种锚杆一般适用于淤泥、淤泥质粘土等极软土层或对锚固力有较高要求的土层锚杆。19按锚固机理还可分为有粘结锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆。目前在边坡加固工程中广泛采用锚钉也是一种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入短而密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定件；这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地层。20土层锚杆作用机理土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉杆件，它的一端与工程构筑物或挡土墙联结，另一端锚固在稳定的土层中，以承受由土压力、水压力、风荷载等产生的拉力。土层锚杆由锚头、锚头垫座、钻孔、防护套管、拉杆、锚固体等组成，锚杆杆体（拉杆）由变形钢筋（直径18～32）、特制钢管或钢铰线等材料组成。21锚杆长度根据潜在滑裂面，分为自由段lf和锚固段la两部分：锚固段是通过注浆体将拉力传递到周围稳定土层中的杆件部分，是锚杆受力的主体。自由段位于不稳定土层中，处于自由段的锚杆杆体与土层脱离，一旦土层滑动，它可以自由伸缩，其作用是利用弹性伸长将拉力传递给锚固体的杆件部分。22试验证明锚杆受力时，沿锚固段全长分布的粘结应力是很不均匀的。特别当采用较长的锚固段时，受荷初期，粘结应力峰值在锚固段前段，并随荷载增大峰值向锚固段根部转移，前段的粘结应力则显著下降。当荷载进一步增大，粘结应力峰值传递到接近锚固段根部，在锚固段前部较长范围内，粘结应力进一步下降，甚至趋近于零。由此可见，能有效发挥锚固作用的粘结应力分布长度是有一定限度的。也就是说，平均粘结应力随着锚固段的长度的增加而减小。2324土层锚杆的抗拔承载能力受拉杆强度、拉杆与锚固体之间的握裹力、锚固体与土体间的摩阻力等因素影响。为了增大单根锚杆的承载能力，一般将锚固体端部作成扩大端，或者采取二次高压劈裂注浆（压力2.5~4MPa）的方法，冲破有一定强度的灌浆体，浆液向土体渗透和扩散，形成不规则的水泥浆镶嵌体，使锚固段直径有效扩大，锚杆的抗拔力大大提高。25土层锚杆的锚固段应设置在强度较高的粘性土、粉土及砂土地层中，避免在有机质土、液限WL50%和相对密度Dr0.3的地层中设置锚固段。否则显著的蠕变作用导致锚杆初始预应力值的急剧降低，或因注浆体与土层的摩阻强度过低而使锚固力无法满足设计要求。基坑支护中采用的锚杆，均为设计使用期不超过24个月的临时性锚杆。26土层锚杆布置应注意以下几点：（1）根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-1999）规定，为不使锚杆隆起，应使锚杆的向上垂直分力小于覆土自重，锚固段上的覆土厚度不宜小于4.0m。（2）为防止出现“群锚效应”而影响锚杆极限抗拔力的有效发挥，锚杆布置不宜太密，以免土层中受力区引起应力叠加而增大锚杆位移。群锚效应与锚固体间距、直径、长度及地层性状有关。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-1999）规定，锚杆的上下排垂直间距不宜小于2m；水平间距不宜小于1.5m。27（3）锚杆的倾角（指锚杆与水平面的夹角）应有利于满足工程抗滑、抗塌、抗倾或抗浮的要求。但就控制注浆质量而言，如锚杆倾角过小时，由于注浆材料的泌水和沉淀硬化作用所产生的残余浆渣会影响锚杆的承载力，故《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）规定锚杆倾角应避开-10%~+10%的范围，以12.5°~20°为宜。《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-1999）规定，锚杆倾角宜为15°~25°，且不应大于45°。28（4）从锚杆在荷载作用下的传力过程说明，能有效发挥锚固作用的粘结应力分布长度是有限的，平均粘结应力随着锚固段长度的增加而减小，适宜的锚固长度为6~12m。《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-1999）规定，锚杆自由段长度不小于5m，土层锚杆锚固段长度不宜小于4m。为保证锚杆与锚固结构体系的整体稳定性，锚杆应伸入稳定土层一定长度，且超过潜在滑动面的长度不能小于1.5m。自由段长度过短则弹性位移过小，一旦锚头出现松动等情况，可能会造成较大的预应力损失。29（5）具有止水帷幕的锚杆设置时应尽量避开具有微承压水、承压水的粉土、砂土层。如无法避免时，应采用自钻式锚杆施工，并通过试验确定其适用性。（6）预应力锚杆初始应力值（预应力锁定值）宜为锚杆拉力设计值的0.75~0.90倍。30（7）注浆要求：注浆设备应满足在1h内完成单根锚杆的连续注浆，一次注浆宜用灰砂比1:0.5~1:1的水泥砂浆或水灰比0.45~0.50的纯水泥浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料，注浆压力不宜大于上覆土压力的2倍，最大可达1.5~2MPa。第二次采用水灰比0.45~0.50的纯水泥浆对锚固体进行二次高压注浆。二次注浆应在一次注浆形成的水泥结合体强度达到5MPa后进行。注浆压力和注浆时间可根据锚固段的体积确定，并分段依次由下而上进行，注浆压力宜控制在2.5~4MPa之内。锚杆锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜小于M10。31土层锚杆轴向拉力设计值Nt的确定《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）规定：安全等级为一级及缺乏地区经验的二级基坑侧壁，应进行锚杆基本试验。确定锚杆的轴向拉力设计值Nt，取基本试验确定的极限承载力值，除以受拉安全系数1.3即可。32对于侧壁安全等级为二级且有邻近工程经验时，可按下式计算锚杆轴向受拉承载力设计值，并应进行锚杆验收试验。)221(21sddCkLjqsjkdLiqsikdNt33锚杆验收试验所采用的锚杆轴向拉力设计值，一般在基坑围护设计方案中已确定，锚杆验收试验只是对已施工的锚杆的轴向承载力是否满足设计要求进行检验性检测。34土层锚杆承载能力影响因素单根锚杆的承载力主要决定于：①锚杆拉杆的抗拉极限强度；②拉杆与锚固体（注浆体）之间的极限握裹力；③锚固体与土体之间的极限摩阻力。35对于土层锚杆，一般情况下拉杆强度、拉杆与锚固体之间的握裹力总是比较大的，所以锚杆的承载能力主要决