浅谈深基坑施工的锚杆支护

维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术　建材与装饰２００７年７月下旬刊　浅谈深基坑施工的锚杆支护　李铁古　（广东省电白县第三建筑工程公司）　摘要：当前，深基坑支护工程一般采用排桩或地下连续墙加支撑的支挡型结构。而锚杆支护由于具有施工速度快、施工难度较小、造　价较低以及具有开阔的基坑作业空间而有利于土方开控及地下室施工等特点，已成为深基坑支护中普遍采用的支护技术。　关键词：深基坑；锚杆支护；施工　１自由段长度与负摩阻问题　器须贴近孔口，同时须垫高机座，会给工人起卸钻具带来操作困　难。锚杆角度超过４Ｏ。时，施工难度大增。土层锚杆有关规范规　土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉构件，它一端与工程　定：锚杆角度不应小于ｌ３。，并不大于４５。，以１５。　３５。为宜。锚杆　构筑物相连、另一端锚固在土层中，整根锚杆长度分为自由段和　角度一般取２０。　３Ｏ。更为合适。　锚固段。自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段，其功能　是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层　３试验锚杆基本试验　粘结的区段，其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚　由于土层锚杆技术正处于发展阶段，设计理论尚有待完善。　固体的承压作用，将自由段的拉力传至土层深部。一般来说，锚　杆自由段ＩＪｆ是根据基坑土体滑裂面计算出来的即Ｌｆ＝（Ｈ＋ａ—ｄ），　锚杆设计一般是根据设计者本身经验及场地地质条件进行取　而锚固段长度则一般根据设计轴力ＮＩ来估算：Ｋ・Ｎｔ＝竹ＤＬａ・ｑｓ　值，而地质条件又是变化多端的，因此，任何一种新型锚杆或已　有锚杆用于未曾应用的土层时，必须进行基本试验，为设计、施　式中：口ｓ一锚固段与土体的粘结强度，与钻孔方法、土壤性质、内　工提供依据　目前通常所进行基本试验所得的极限荷载并非锚　摩擦角　抗剪强度、固结强度、锚杆上覆土厚度、灌浆压力等有　关。一般由试验确定，也可按规范取值。目前一些工程中存在自　固段极限摩阻力，是需经过修正的。因为锚杆施工时一般采用　“全孔注浆法”，整个锚孔全段充满砂浆。因此试验所得的极限荷　由段设计过短的情况，使得一部分锚固段处于滑裂面内主动区。　在基坑开挖过程中，当坑壁在主动土压力作用下出现变形时，主　载是由如下三个部分组成的　Ｒｕ＝Ｒａ＋Ｒｆ＋Ｒ０式中：Ｒａ～锚固段　动区内的锚固段将产生向基坑内方向的摩阻力，即负摩阻力，削　极限摩阻力；Ｒｆ一自由段极限摩阻力；ＲＯ一孔口扩孔区段砂浆抗　弱了锚固效果，从而使预应力受到损失，引起松弛。　剪阻力。孔口扩孔区段砂浆产生的抵抗力，可以通过一定方法进　行消除，钻孔时下一节孔口管可以有效防止扩孔，张拉时应尽量　２锚杆设计角度问题　保持台座中心孔径与孔口砂浆直径一样。锚杆张拉试验时，自由　段砂浆体实际上是产生摩阻力的，但这部分摩阻力在基坑开挖　在设计锚杆角度时，到底取多大合适呢？可从下面几个方面　后，将转变为负摩阻力。消除负摩阻力的方法是保证自由段不注　来考虑。　浆。施工时可以用止浆塞将自由段与锚固段隔开，亦可采用定量　（１）深基坑锚杆支护中，锚固力产生于滑裂面外深部稳定地　注浆法。　层。为了降低工程造价，锚杆长度一般在满足受力要求的情况下　尽量缩短长度，所以，锚杆往往设计成与水平面成一定的角度，　４锚杆成孑Ｌ工艺　角度越大，越早进入稳定地层。　（２）从结构受力分析，锚杆轴力Ｎｔ可分解为：水平分力：Ｎｔ　（１）地质条件复杂多变，但总的来说可分为：人工填土、冲积　水平＝Ｎｔｃｏｓ０（３一ａ１垂直分力：Ｎｔ垂直＝Ｎｔｓｉｎ０（３－ｂ）只有水平分力　层、残积层及基岩层，主要包括淤泥或淤泥质土、粉细砂或中粗　砂、粘性土或粉土等土层及各种风化程度不同的泥质、砂砾质等　对支护结构是有益的。从上式可以看出，０越小，水平分力越大，　对支护越有利；反之０越大，水平分力越小，相应的垂直分力会　基岩层。在这种地层成孔，采用普通斜孔钻孔工艺一般都能满足　要求，只是在遇到饱和松散的粉细砂层时，应注意护壁。通常通　越大。当锚杆角度０设计过大时，为了得到所需的水平分力，只　过调节泥浆性能、合理掌握钻进参数即可成孔。极少数情况如饱　有通过增加锚固段长度来实现，这样造成了工程造价的提高；同　时垂直分力过大，一方面会加大对支护桩（墙）的压力，在软弱地　和流砂流泥层需采用套管护壁。　层中，会使它产生下沉等不良影响；另一方面还会产生一个下滑　（２）钻头选用问题合理选用钻头，对锚杆成孔亦很重要。总　的来说，锚杆孔均采用不取芯的“全面钻进法”施工，钻头多为三　力，使锚杆台座或支承腰梁产生向下滑移，引起预应力松弛，并　可能造成坑壁变形也随之增大。特别是在连续墙锚杆支护工程　翼或四翼钻头，前者因水口大、不易堵水而用于较软土层，后者　中，一般是在连续墙内预埋一块钢板，以支承锚杆台座。　因合金多、施工速度快而用于稍硬的风化层，两者并没有明显的　使用界限。在遇到坚硬岩层时，全面钻进效率降低，可采用合金　（３）从施工方面分析，锚杆具有一定的角度，有利于钻孔孔　或金刚石钻头，用“取芯钻进法”进行施工。　壁保持稳定、下锚操作及灌浆施工。尤其在采用常压方式注浆　时，浆液在凝固过程中，由于液柱自身压力作用，会使锚固体变　（３）施工机械目前专业的锚杆机市面上并不多，且多是国产　新型机种，技术性能尚待完善。锚杆施工的主要机械仍是地质勘　得较为密实，有利于提高灌浆质量。但是，角度太大时，钻孔时机　・１９８・　维普资讯 http://www.cqvip.com 建材与装饰２００７年７月下旬刊　探钻机，这种钻机虽然性能不很突出，但暂时还能满足工程建设　需要。不过，发展高性能的专业锚杆机是形势发展的需要。　施工技术　７锚杆头漏水问题　深基坑支护中，锚杆头出现渗水现象是较常见的。渗水来源　不外乎：（１）基坑外地下水位较高；（２）地层承压水及裂隙水。渗　水通道产生的原因有：　（１）灌浆时孔口密封不严；　（２）锚杆张拉锁定时，由于注浆体、杆体与孔壁地层产生变　形而出现裂隙；　（３）基坑使用过程中，由于变形发生或应力轻松等引起裂　５关于锚杆制作　锚杆加工时，一般沿轴向每隔１．５～２．０ｍ设置一中位架俑离　架１，中位架作用有两个：　（１）保证杆体在孔内有一定的混凝土保护层．防止杆体材料　在孔内直接托底：　（２）防止杆材在运输安装时散乱。对钢绞线锚杆，中位架市　隙。渗漏水现象严重时会影响基坑内正常施工作业，甚至可能危　面上有专用产品买。　６锚杆注浆工艺　（１）配比问题锚杆注浆一般采用水泥砂浆或纯水泥浆以１４％的　ＵＥＡ低碱ｕ型混凝土膨胀剂代替中砂，收到满意效果，同时亦大大　改善了浆液的可灌性。锚杆施工—般与土方开挖交替进行，在张拉锁　定之前，一般需要等一段时间的龄期，以使锚杆注浆体达到一定强　度。土层锚杆规范要求大于１５ＭＰａ，也有建议达到设计强度８０％。笔　者通过加入４％ｏＮ型高效减水剂，１４ｄ龄期即可进行张拉施工，使工　期大为缩短。　（２）特殊地层中提高锚固力方法这里是指含淤泥或砂的软土　层及裂隙发育的涌漏水风化层。目前通常的注浆方式有两种，一　次常压注浆及二次高压注浆。一次常压注浆是指将注浆管连同杆　体一起下入孔底，在常压（一般０．４～０．６ＭＰａ）下．浆液由孔底注入，　边注浆边拔出注浆管，待孔口溢出浆液后即停止灌浆。二次高压　注浆是指在下锚的同时下入两条注浆管，一条为带有许多小孔的　预埋花管，并用黑胶布将小孔封闭，另一条在进行完一次常压灌　浆后被拔出。待浆体达到５．０ＭＰａ强度后．再从预埋的注浆管用大　于２．５ＭＰａ的高压进行劈裂注浆，使浆液自土体扩散、挤压，使锚　固体扩大。一次常压注浆时水泥用量约为：２０～２５包／孔，在二次高　压注浆时，一般水泥用量可达２￣５包。但二次高压注浆操作起来　较为繁琐。预埋花管的密封问题，要尤为慎重，如密封不严，在下　锚时容易脱开，一次注浆时水泥浆将会进入此管，二次注浆就无　法进行了；如果密封太牢固，二次注浆又存在浆液无法冲开密封　的问题。另外，两次注浆时间间隔问题，要根据工程实际情况由试　验确定，间距太短或太长，二次注浆都将因浆液无法灌入而失败。　在此提出一种“一次高压注浆”工艺，是综合上述两种注浆方式而　成。虽说效果比二次高压注浆稍差，但却操作简单易于掌握，失败　率低，这种方式只需一条注浆管，即在一次常压方式注浆完后，马　上用废水泥纸袋、麻袋及水玻璃等物将孔口快速密封，用１．８～　２．５ＭＰａ压力进行注浆。此法在对裂隙发育、涌漏水的地层时收到　了良好的效果。　（３）注浆形式质疑目前所采用的“全孔法”注浆方式是值得　商榷的。因为自由段内注浆体在土方未开挖、进行预应力张拉　时，它是产生摩阻力的，而一旦开挖后，由于它处滑裂面内主动　区，随着坑壁位移产生，它会转而产生负摩阻力。影响锚固效果，　要消除这一现象，须在注浆方式上进行改变，常压注浆方式下可　以进行锚固段定量注浆。高压注浆方式下可用止浆塞来隔离自　由段。　及周围建筑物、道路及地下管线的安全，必须采取措施进行封　堵；但要彻底根治渗漏水现象，只有在基坑变形完全稳定后方能　做到。一般是在地下室衬墙施工时进行。堵漏方式是：凿开漏水　通道，先用砂浆预埋两条注浆管引水，待砂浆具有一定强度时，　再通过此两条预埋管进行压力注浆堵漏。　８锚杆应力松弛问题　（１）松弛原因探讨，通过饱和软土中锚杆的松弛试验认为，　引起松弛的原因为锚固体周围土体受力后土体产生流变，以及　锚固体与土体的分界面在受力后产生相对的移动。对于深基支　护中的锚杆，还有以下原因可能导致应力松弛：　①由于自由段设计太短，使得一部分锚固段处于滑裂面内　的主动区，土方开挖后产生负摩阻效应造成应力松弛；　②全孔注浆方式时，自由段内砂浆体在土方开挖后亦产生　负摩阻力；　③锚杆倾角过大时，锚杆垂直分力使锚头台座及腰梁向下　产生滑移，造成应力松弛；　④当多排锚杆一起构成支护体系时，下层锚杆张拉锁定时，　会对上层锚杆受力情况产生影响，同一排内相邻锚杆施工时也　会相互影响，引起预应力损失；　⑤锚固时，锚具滑移；　⑥钢材本身松弛；　⑦锚具夹片长期外露锈蚀。　（２）“假张拉”现象在锚杆张拉锁定时，应精心操作，防止出　现“假张拉”现象。安装锚具时，应将压板有凹槽的一面对准锚　头，这样能保证千斤顶所施加的力Ｎｔ通过压板直接传至锚头及　台座，而锁片只是被压紧，并未受到力，此时锚杆实际受力Ｎｔ　与所施加的力Ｎｔ（油表读数）是一致的，即Ｎｔ＝Ｎｔ　。当压板装翻　时，千斤顶所施加的力Ｎｔ将通过压板传给锁片、再由锁片传给　锚头及台座；同时由于锁片的楔块作用．将钢绞线咬紧．钢绞线受　到锁片对它的正压力Ｐ的作用而产生摩擦力Ｆ。　９地下障碍物问题　城市内深基坑开挖支护工程中，尤其是锚杆施工，经常会遇　到周围建筑物基础、地下管线等的影响。地下管线由于埋得较　浅，一般可以通过改变锚杆标高及角度来避开；而对于相邻建筑　物基础，目前很多情况下是采取直接穿透的方法。这种做法已经　对相邻建筑物造成一定程度的损害。　・１９９＂