擋土結結構與與基坑坑工程程木林隆隆博博士士巖土大大樓820室65982005mulinlong@第7講土土層錨錨桿結結構設設計與與施工工概述常用錨錨桿類類型錨桿內內的荷荷載傳傳遞錨桿的的設計計錨桿的的施工工錨桿的的分類類概述錨桿支支護作作為一一種支支護方方式，，與傳傳統的的支護護方式式有著著根本本的區區別，，傳統統的支支護方方式常常常是是被動動地承承受坍坍塌巖巖體土土體產產生的的荷載載，而而錨桿桿可以以主動動地加加固巖巖土體體，有有效地地控制制其變變形，，防止止坍塌塌的發發生。。錨桿全長黏結型型錨桿端頭錨固型型錨桿摩擦型錨桿桿其他型錨桿桿普通水泥砂砂漿錨桿早強水泥砂砂漿錨桿樹脂卷錨桿桿水泥卷錨桿桿機械式錨固固黏結式錨固固縫管式(全全長摩擦型型)自鉆式錨桿桿楔管式(全全長摩擦型型)中空注漿錨錨桿土中打入式式錨桿楔連式脹殼式側楔式樹脂卷式快硬水泥式式錨桿支護的的作用原理理概述錨桿是將受受拉桿件的的一端（錨錨固段）固固定在穩定定地層中，，另一端與與工程構筑筑物相聯結結，用以承承受由于土土壓力、水水壓力等施施加于構筑筑物的推力力，從而利利用地層的的錨固力以以維持構筑筑物（或巖巖土層）的的穩定。錨固作用原原理，可歸歸納為兩種種不同的理理論：一種是建立立在結構工工程概念上上，其基本本特征是““荷載―結構”模式式。一種是巖層層錨桿，是是建立在巖巖體工程概概念上，充充分發揮圍圍巖的自穩穩能力，防防圍巖破壞壞于未然。。軟土巖石概述錨桿支護的的特點提供開闊的的施工空間間，極大地地方便土方方開挖和主主體結構施施工。錨桿桿施工機械械及設備的的作業空間間不大，適適合各種地地形及場地地。對巖土體的的擾動小；；在地層開開挖后，能能立即提供供抗力，且且可施加預預應力，控控制變形發發展。錨桿的作用用部位、方方向、間距距、密度和和施工時間間可以根據據需要靈活活調整。用錨桿代替替鋼或鋼筋筋混凝土支支撐，可以以節省大量量鋼材，減減少土方開開挖量，改改善施工條條件，尤其其對于面積積很大、支支撐布置困困難的基坑坑。錨桿的抗拔拔力可通過過試驗來確確定，可保保證設計有有足夠的安安全度。概述錨桿的發展展與現狀錨桿支護于于19世紀末20世紀初初現現雛形，1950年代中期，，在國外的的隧道中開開始廣泛使使用小型永永久性的灌灌漿錨桿噴噴射混凝土土代替以往往的隧道襯襯砌結構。。1970年代開始，，國外許多多大城市修修建地下車車站或地下下建筑物時時，大量采采用錨桿與與地下連續續墻聯合支支護。錨桿桿支護技術術于1960年代引進我我國。1.應用領域和和規模不斷斷擴大2.相關規范標標準逐漸完完善3.對巖土錨固固效應與荷荷載傳遞方方式的研究究取得了很很多有價值值的成果4.各種新型錨錨桿在工程程實踐中得得到大量開開發、應用用5.錨桿的承載載力水平大大幅度提高高6.施工機械、、施工工藝藝不斷發展展常用錨桿類類型拉力型錨桿桿和壓力型型錨桿在同等荷載載條件下，，拉力型錨錨桿固定段段上的應變變值要比壓壓力型錨桿桿的大。但但是，壓力力型錨桿的的承載力受受到灌漿體體抗壓強度度的限制，，如僅采用用一個承載載體，則承承載力不太太高。常用錨桿類類型單孔單一錨錨固與單孔孔復合錨固固單孔單一錨錨固在一個鉆孔孔中只安裝裝一根獨立立的錨桿，，盡管可由由多根鋼絞絞線或鋼筋筋構成錨桿桿桿體，但但只有一個個統一的自自由長段和和錨固長度度。會出出現嚴重的的應力集中中現象。其其錨固體在在工作時受受拉，易開開裂，為地地下水的滲滲入提供通通道，對防防腐極其不不利，嚴重重影響錨桿桿的使用壽壽命。單孔復合合錨固單孔復合合錨固體體系是在在同一鉆鉆孔中安安裝幾個個單元錨錨桿，而而每個單單元錨桿桿均有自自己的桿桿體、自自由長度度和錨固固長度，，而且承承受的荷荷載也是是通過各各自的張張拉千斤斤頂施加加，并通通過預先先的補償償張拉（（補償每每個單元元在同等等荷載下下因自由由長度不不等而引引起的位位移差））而使所所有單元元錨桿始始終承受受相同的的荷載。。常用錨桿桿類型擴張錨根根固定的的錨桿采用擴張張錨根的的方法來來提高錨錨桿承載載力是十十分有效效的。其其摩阻面面積的增增大對提提高承載載力有一一定作用用，但更更主要的的是突出出部分的的地層對對錨桿拔拔出的抗抗力。擴張錨根根固定的的錨桿主主要有兩種形式：一種是僅僅在錨根根底端擴擴張成一一個大的的擴體，，稱為底底端擴體體型錨桿桿；一種是在在錨根（（錨固體體）上擴擴成多個個擴體，，稱為多多段擴體體型錨桿桿。常用錨桿桿類型可回收錨錨桿可回收錨錨桿是指指用于臨臨時性工工程加固固的錨桿桿，在工工程完成成后可回回收預應應力鋼筋筋。可回回收錨桿桿施工使使用經過過特殊加加工的張張拉材料料、注漿漿材料和和承載體體，可分分為以下下三類：：機械式可可回收錨錨桿化學式可可回收錨錨桿力學式可可回收錨錨桿錨桿內的的荷載傳傳遞從桿體到到灌漿體體的荷載載傳遞黏著力機械聯鎖鎖摩擦力錨桿內的的荷載傳傳遞各類巖土土層中錨錨桿的荷荷載傳遞遞特點巖石中的的錨桿錨桿灌漿漿體與錨錨桿孔壁壁巖石間間的黏結結力取決決于巖石石與灌漿漿體的強強度、孔孔壁的粗粗糙度及及清孔質質量。隨隨著錨固固長度的的增大，，所要求求的黏結結強度就就會按比比例降低低。砂性土中中的錨桿桿砂性土的的錨桿，，灌漿體體與土體體的黏結結強度通通常大于于土體的的抗剪強強度。這這是由于于水泥漿漿的滲透透，使實實際的錨錨固體直直徑大于于鉆孔的的直徑；；同時，，由于水水泥漿的的高壓滲滲透的使使得錨固固體表面面產生橫橫向壓力力，提高高了土體體與錨固固體間的的摩擦力力。錨桿內的的荷載傳傳遞各類巖土土層中錨錨桿的荷荷載傳遞遞特點粘土中的的錨桿黏性土中中錨桿錨錨固體與與黏土的的平均摩摩阻力隨隨土的強強度增加加和塑性性減小而而增加，，隨錨固固長度增增加而減減小。在在進行二二次或多多次灌漿漿后，水水泥漿液液在錨固固段周邊邊土體中中滲透、、擴散，，形成水水泥土，，提高了了土體的的抗剪強強度和錨錨固體與與土的摩摩阻力。。灌漿壓壓力越高高、灌漿漿量越大大，則錨錨固體與與土之間間的摩阻阻力增加加幅度越越大。錨桿的設設計規劃與設設置單根錨桿桿設計拉拉力的確確定單根錨桿桿的設計計拉力需需根據施施工技術術能力、、巖土層層分布情情況等因因素來確確定。錨桿位置置的確定定錨桿的錨錨固區應應當設置置在主動動土壓力力楔形破破裂面以以外，錨錨固段需需設置在在穩定的的地層以以確保有有足夠的的錨固力力，一般般要求錨錨桿錨固固體上覆覆土層厚厚度不宜宜小于4m。錨固體設設置間距距錨桿間距距應根據據地層情情況、錨錨桿桿體體所能承承受的拉拉力等進進行經濟濟比較后后確定。。錨桿的的水平間間距不宜宜小于1.5m，上下排排垂直間間距不宜宜小于2m。錨桿的設設計規劃與設設置錨桿的傾傾角一般采用用水平向向下15°-25°°傾角，不不應大于于45°。錨桿水水平分力力隨錨桿桿傾角的的增大而而減小。。傾角太太大將降降低錨固固的效果果，而且且作用于于支護結結構上的的垂直分分力增加加，可能能造成擋擋土結構構和周圍圍地基的的沉降。。為有效效利用錨錨桿抗拔拔力，最最好使錨錨桿與側側壓力作作用方向向平行。。錨桿的層層數錨桿層數數根據土土壓力分分布大小小、巖土土層分布布、錨桿桿最小垂垂直間距距等而定定，還應應考慮基基坑允許許變形量量和施工工條件等等綜合因因素。錨桿的設設計規劃與設設置錨桿自由由長度的的確定錨桿自由由長度的的確定必必須使錨錨桿錨固固于比破破壞面更更深的穩穩定地層層上，以以保證錨錨桿系統統的整體體穩定性性；使錨錨桿能在在張拉荷荷載作用用下有較較大的彈彈性伸長長量，不不致于在在使用過過程中因因錨頭松松動而引引起預應應力的明明顯衰減減。不宜宜小于5m并應超過過潛在滑滑裂面1.5m。錨桿桿體體筋材的的設計錨桿的設設計規劃與設設置錨桿的安安全系數數錨桿設計計中應考考慮兩種種安全系系數：對錨固體體設計和對桿體筋筋材截面面尺寸設計的安安全系數數。錨桿桿體體筋材截截面尺寸寸設計安安全系數數，臨時錨桿桿為1.6，永久錨桿桿為1.8。錨桿破壞后危害程度最小安全系數錨桿服務年限≤2年錨桿服務年限>2年危害輕微，不會造成公共安全問題1.41.8危害較大，但公共安全無問題1.62.0危害大，會出現公共安全問題1.82.2錨桿的設設計桿體材料強度高較好的塑性和和良好的加工工性能耐腐蝕性好，，尤其是對永永久性錨桿幾何尺寸誤差差小，便于控控制預加應力力鋼絞線要求伸伸直性好，便便于穿索，有有利施工，在在不綁扎的情情況下切斷應應不易松散錨桿桿體材料料的基本要求求錨桿的設計錨固體設計用機械裝置把把錨索固定在在堅硬穩定的的地層中；用注漿體把錨錨固段錨桿體體與孔壁黏結結在一起；用擴大錨頭鉆鉆孔等手段把把錨固段固定定在穩定地層層中。錨固方法破壞形式沿著錨桿體與與注漿體接合合處破壞；沿著注漿體與與地層接合處處破壞；由于埋入穩定定地層中的深深度不夠而使使地層呈錐體體狀剪壞；由于錨桿體強強度不足而出出現斷裂破壞壞；錨固段注漿體體被壓碎或破破裂；整體支護力不不夠而出現錨錨桿群的破壞壞。錨桿的設計錨固體設計錨桿設計應在在調查、試驗驗、研究的基基礎上，充分分考慮錨固區區地層的工程程地質、水文文地質條件和和工程的重要要性。在滿足工程使使用功能的條條件下，應確確保錨固設計計具有安全性性和經濟性。。確保錨桿施加加于結構或地地層上的預應應力不對結構構物本身和相相鄰結構物產產生不利影響響，錨固體產產生的位移應應控制在允許許范圍內。永久錨桿的有有效壽命不應應小于被加固固結構物的服服務年限。設計采用的錨錨桿均應在進進行錨固性能能試驗后才能能用于工程加加固。錨固設計結果果與試驗結果果有較大差別別時，應在調調整錨固設計計參數后重新新進行試驗。。錨固設計的一一般要求錨桿的設計錨固體設計錨桿錨固體的的設計圓柱狀錨固體體錨桿的設計錨固體設計錨桿錨固體的的設計擴體型錨固體體砂土粘土錨桿的設計錨桿支護系統統擋土墻應力分分析一般擋墻只要要考慮彎矩、、剪力，而錨錨桿工程的擋擋土壁需要考考慮彎矩、剪剪力和軸力。。擋土壁斷面計計算按一般要求進進行斷面計算算。腰梁設計以錨桿位置作作為支點，對對上述荷載可可按簡支梁進進行彎矩及剪剪力計算。錨桿的設計調查作用于側壁上上土壓力計算算錨桿配置，角角度的決定土質柱狀圖、、土質試驗附近建筑物狀狀況錨固地層的位位置錨桿力的確定定錨桿體的設計計錨桿的種類、、安全系數錨桿的直徑，，錨固層c、、α2-3根現場場拉拔試驗驗證錨桿長度的決決定側壁構筑物整整體穩定性計算張拉材料的設設計、檢驗初期拉緊力確確定錨桿頭部確定定側壁內部和外外部的穩定，群錨效應蠕變變否否錨桿的施工鉆孔在黏性土鉆孔孔最合適的是是帶十字鉆頭頭和螺旋鉆桿桿的回轉鉆機機。在松散土和軟軟弱巖層中，，最適合的是是帶球形合金金鉆頭的旋轉轉鉆機。在堅硬巖層中中的直徑較小小鉆孔，適合合用空氣沖洗洗的沖擊鉆機機。鉆直徑較大鉆鉆孔，需使用用帶金剛石鉆鉆頭和潛水沖沖擊器的旋轉轉鉆機，并采采用水洗。應根據地層類類型和鉆孔直直徑、長度以以及錨桿的類類型來選擇合合適的鉆機和和鉆孔方法。。錨桿的施工錨桿桿體的制制作與安裝鋼筋錨桿的制制作相對比較較簡單，按設設計預應力筋筋長度切割鋼鋼筋。鋼絞線通常為為一整盤方式式包裝，宜使使用機械切割割，不得使用用電弧切割。。壓力分散型錨錨桿采用無黏黏結鋼絞線、、特殊部件和和工藝加工制制作。可重復高壓灌灌漿錨桿采用用環軸管原理理設置注漿套套管和特殊的的密封及注漿漿裝置。桿體制作錨桿的施工錨桿桿體的制制作與安裝錨桿的安裝錨桿一般由人人工安裝，對對于大型錨桿桿有時采用吊吊裝。錨頭的施工錨具、墊板應應與錨桿體同同軸安裝切割錨頭多余余的錨桿體宜宜采用冷切割割的方法，錨錨具外保留長長度不應小于于100mm打筑墊墩用的的混凝土標號號一般大于C30錨桿的施工注漿體材料與與注漿工藝水泥漿成分灌注錨桿的水水泥漿通常采采用質量良好好新鮮的普通通硅酸鹽水泥泥和干凈水摻摻入細沙配制制攪拌而成的的，必要時可可采用抗硫酸酸鹽水泥。水水泥齡期不應應超過一個月月，強度應大大于32.5MPa。灌注錨桿的水水泥漿最適宜宜的水灰比為為0.4~0.45注漿工藝水泥漿采用注注漿泵通過高高壓膠管和注注漿管注入錨錨桿孔通常采用擠壓壓式或活塞式式兩種注漿泵泵注漿常分為一一次注漿和二二次高壓注漿漿兩種注漿方方式錨桿的施工張拉鎖定錨具用于鎖定預應應力鋼絲的墩墩頭錨具、錐錐形錨具用于鎖定預應應力鋼絞線的的擠壓錨具用于鎖定精軋軋螺紋鋼筋的的精軋螺紋鋼鋼筋錨具用于鎖定中空空錨桿的螺紋紋錨具用于鎖定鋼筋筋的螺絲桿錨錨具錨桿的錨頭用用錨具通過張張拉鎖定，錨錨具的類型與與預應力筋的的品種相適應應錨桿的施工張拉鎖定墊板錨桿用墊板的的材料一般為為普通鋼板，，外形為方形形，其尺寸大大小和厚度應應由錨固力的的大小確定。。張拉當注漿體達到到設計強度的的80%后可進行張拉拉。采用單根根預張拉后再再整體張拉的的施工方法，，可以大大減減小應力不均均勻現象。（1）根據錨桿類類型及要求，，可采取整體體張拉、先單單根預張拉然然后整體張拉拉或單根-對稱-分級循環張拉拉方法；（2）采用先單根根預張拉然后后整體張拉的的方法時，錨錨桿各單元體體的預應力值值應當一致，，預應力總值值不宜大于設設計預應力的的10%，也不宜小于于5%；（3）采用單根-對稱-分級循環張拉拉的方法時，，不宜少于三三個循環，當當預應力較大大時不宜少于于四個循環；；錨桿的施工張拉鎖定張拉（4）張拉千斤頂頂的軸線必須須與錨桿軸線線一致，錨環環、夾片和錨錨桿張拉部分分不得有泥沙沙、銹蝕層或或其他污物；；（5）張拉時，加加載速率要平平緩，速率宜宜控制在設計計預應力值的的0.1/min左右，卸荷載載速率宜控制制在設計預應應力值的0.2/min；（6）在張拉時，，應采用張拉拉系統出力與與錨桿體伸長長值來綜合控控制錨桿應力力，當實際伸伸長值與理論論值差別較大大時，應暫停停張拉，待查查明原因并采采取相應措施施后方可進行行張拉；（7）預應力筋鎖鎖定后48h內，若發現預預應力損失大大于錨桿拉力力設定值的10%，應進行補償償張拉。錨桿的施工張拉鎖定張拉（8）錨桿的張拉拉順序應避免免相近錨桿相相互影響。（9）單孔復合錨錨固型錨桿必必須先對各單單元錨桿分別別張拉，當各各