17锚固技术

《基础工程施工技术》第五章锚固技术一、概述锚固（杆）技术是安设在岩土层中的受拉杆件。它的一端固定在边坡或地基的岩土层中，另一端与工程建筑结构相连，用以承受由于土压力、水压力、风力等所施加于建筑结构的推力，从而利用地层的锚固力以维持建筑结构或岩土层的稳定。锚杆的应用图锚杆的应用图锚杆的应用图锚杆的应用图锚杆的应用图锚杆的应用图二、锚杆的构造锚杆是受拉杆件的总称。它由锚头、拉杆、锚固体三部分组成。锚头——台座（调整受力方向）、承压垫板（使集中力分散传递）、紧固（螺母或专用连接器，起联接作用）拉杆——是锚杆的中心受拉部分。（有效锚固长度、非锚固长度）材质为45siMnV高强度钢材（Ф25）、以及钢绞线、钢丝束。锚固体——是锚杆尾端的锚固部分。分为:摩擦型——靠锚固体摩擦力获得支承、承压型—靠锚固体的被动土压力来获得支承（锚定板）复合型—螺旋型、串玲型。锚杆结构示意图承压锚杆示意图三、锚杆的作用原理1锚杆的悬吊作用原理锚杆支护是通过锚杆将软弱、松动、不稳定的岩体悬吊在深层稳定的岩体上，以防其离层滑脱。起悬吊作用的锚杆主要是提供足够的拉力，以克服滑落岩土体的重力或滑动力来维持其稳定。示意图2、组合梁作用原理3、挤压加固原理T.A.Lang兰格通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用，当他在弹性体上安装具有预应力的锚杆时，发现在弹性体内形成以锚杆两头为顶点的锥形压缩区，若将锚杆以适当的间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，便形成了一定厚度的连续压缩带。国外澳大利亚雪山地下工程公司、国内冶金建筑研究院等单位曾分别用碎石、混凝土碎块作材料模拟破碎地层，然后用锚杆加固，发现加固后的模型的承压能力大幅度提高。挤压加固原理图灌浆锚杆的工作原理图4、灌浆锚杆的工作原理除了钢筋本身要有足够的强度承受拉力外，锚杆的抗拨作用还必需同时满足以下三个条件：1）锚固段的砂浆对拉杆的握固力需能承受极限抗拉力2）锚固段的地层对砂浆的磨擦力需能承受极限拉力3）锚固的土体在最不利的条件下需能保持整体稳定性。四、灌浆锚杆的抗拨力（一）锚固段的砂浆对钢筋的握固力1）岩层锚杆的握固力在完整岩层中的灌浆锚杆，要求水泥砂浆的强度不低于30Mpa，通常锚固体与岩石的摩擦力大于握固力。因此，岩层锚杆的极限抗拨力和最小锚固段长度取决于砂浆的握固力：T3.14dLu式中u—平均握固力握固力的确定Ti-Ti+1=3.14dUiLiTiTI+1LIUi=(Ti-Ti+1)/3.14dLi=(d/4)(pi-pi+1)/Li钢筋与水泥砂浆的粘附力约为其标准抗压强度的10%~20%，即u值为2500~4000KN/m2根椐计算锚固体最小长度为1~2m,实际证明当锚固深度为0.5m时钢筋能从砂浆中拨出，当锚固深度为1~4m时锚杆的钢筋将达到屈服强度2）土层锚杆的握固力由于土层对锚固段的单位长度的摩擦力小于砂浆对钢筋的握固力，因此土层锚杆的最小锚固长度主要是由土层的抗剪强度控制（二）锚固段孔壁的抗剪强度锚杆孔壁与砂浆接触面的抗剪强度，有三种不同的破坏形式：1）砂浆接触面外围的岩土层剪切破坏，岩土层的强度低于砂浆与接触面强度。2）沿着砂浆与孔壁的接触面剪切破坏，灌浆质量可能有问题3）接触面内砂浆的剪切破坏岩层锚杆抗拨力一般取决于砂浆对钢筋的握固力.土层锚杆杆抗拨力取决于沿接触面外围的土层抗剪强度.或法向压力主要取决于地层压力.tantanhkcc因此:五锚固工程设计（一）锚杆的结构类型选择圆柱型——用于粘土层，相对密度较大，含水量小，抗剪强度较高。端部扩大型——适用于松软土层，要求锚固力高、连续球体型——多用于淤泥、淤泥质土层，并要求锚固力高。（二）锚杆布置1、上覆地层厚度不小于4m2、锚杆的水平和垂直间一般不宜大于4m以免单根锚杆承载力过大而应力集中，但也不得小于1.5m以免群锚效应而降低锚固力。3、锚杆的安设角度15~35度。4、锚固体应固定于较完整和较硬的地层中5、锚杆数量应根椐锚固工程所需要的加固力和单根锚杆的锚固力确定m=T/N（三）锚杆的结构设计1、锚杆拉杆设计采用钢绞线、高强度钢丝或高强度螺纹钢筋45siMnv强度标准值f=540N/mm2横截面积N——设计轴向力、K——安全系数2、锚固体长度设计与锚固力计算a、圆柱型锚杆b、端部扩大型锚杆KNAf1）圆柱型锚杆的锚固力和锚固长度q-----锚固体与周围岩土的粘结强度.其值与钻孔方法,岩石的性质渗透性,抗剪强度,锚杆上覆地层厚度,灌浆压力等因素有关.一般由试验决定,初步设计时可参照下表:Ldqp考虑到工程的安全性，锚杆的锚固力为：N=P/KK为锚杆安全系数。根据危害的轻重、临时锚杆或永久锚杆选择K（1.4~2.2）锚固体长度设计值：dqKNL2）端部扩大头型锚杆锚固力和长度计算A、砂土中锚固力计算：P----砂土中锚杆的极限锚固力D----锚固体扩大部分直径-----锚固体表面与周围土体的粘结强度------锚固力系数,与h/D成线性关系-----土体重度-----埋深scqh考虑安全储备N=P/K；锚固长度计算为：若扩孔直径变化不大,则近似计算：锚固长度计算B、粘性土层的锚固力计算与砂性土层类似锚固长度：近似计算：岩层锚杆设计：岩层孔壁的摩擦力大于砂浆握固力，因此，锚固的最小长度和锚固力取决于砂浆的握固力。计算式为：P-----砂浆对锚杆的握固力L------有效锚固长度-------单位面积握固力,由实验确定sssapdLs锚固长度计算:sasskNLd六、锚杆施工技术锚杆的施工包括:施工前准备(勘察,施工设计,场地与机具准备)锚杆孔钻凿锚杆杆体的制作与安放锚杆的张拉与锁定（一）锚杆孔钻凿1、钻孔一般要求：1）在钻孔过程中对锚固区段和岩土分层厚度进行验证。如过分软弱则注浆加固或变更锚固地层2）根椐岩土条件选用不同的钻机和钻孔方法，保证安杆和注浆时不垮孔3）以清水钻进为好，有时应考虑干钻4）清孔5）透水试验（为确定灌浆工艺）6）若地下水从钻孔内流出，则注浆堵水2、钻孔方法和钻孔机械1）钻孔方法小直径短锚杆d45,L4m,岩层用气动冲击钻大直径长锚杆d=60~168,L=5~50土层用回转或回转冲击锚杆钻机锚杆钻机邯郸探矿机械厂（裕隆机械公司）钻机主要结构特点：采用全液压动力头结构，可无级变速机械拧卸钻杆回转与给进双泵液压系统回转器采用通孔形式，钻杆长度不受给进行程限制地矿部电子研究所:土星----881L型双动力头采用干护孔管与内螺旋钻杆同时钻进孔径150长度30米3扩孔扩孔方法：机械扩孔爆炸扩孔水力扩孔1)机械扩孔液压伸缩式扩孔钻具2)水力扩孔水力射孔倾角为45度、直径为10mm,数量3个120度均布，压力0.5~1.5MPa,150mm的钻头，扩大为200~300mm（二）锚杆杆体的制作与安放棒型锚杆钢绞线锚杆长锚杆最好是使用钢绞线。它柔性好、便于运输、可用于数十米的锚杆孔。多股钢绞线锚杆的制作（常用74和75用夹紧环和隔离环使绞线均布）（三）灌浆1)浆材:采用不小325标号的水泥。中砂（0.3~0.5mm)灰砂比1:1或1:0.5水灰比0.4~0.5加入0.2~0.5%木质素磺酸钙可提高流动性，加入0.05%铝粉膨胀量可达15%2)灌浆方法：一次灌浆法：二次灌浆法：把锚杆的锚固段与非锚固段分两次进行灌浆.(预应力注浆法)（四）锚杆的张拉与锁定穿心千斤顶、锁母或锁具（QM、XM型）控制应力小于0.6~0.65f(钢绞线的抗拉强度）锚杆张拉示意图