葉四橋博士/教授注冊巖土工程師

2013年12月錨固技術(shù)幾個關(guān)鍵問題1巖土錨固技術(shù)概述一、巖土錨固技術(shù)概述什么是巖土錨固技術(shù)錨固是指通過可確定力的方向和大小的錨固受拉桿件（鋼筋或鋼絞線等），將被加固的巖土體或建筑結(jié)構(gòu)體與相對穩(wěn)定的巖土體“錨”在一起，以達(dá)到限制被加固巖土體有害變形的發(fā)展，保護(hù)圍巖、邊坡、建筑結(jié)構(gòu)體等的穩(wěn)定。錨桿、稻草土磚、加筋土錨固技術(shù)的特點充分發(fā)揮巖土體自身能量，調(diào)用和提高巖土的自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力大大減輕結(jié)構(gòu)物自重，節(jié)約工程造價主動制約機(jī)制隨機(jī)補強(qiáng)深層控制一、巖土錨固技術(shù)概述錨固技術(shù)的分類按應(yīng)用對象分類巖石錨固土層錨固海洋錨固按施加預(yù)應(yīng)力分類預(yù)應(yīng)力錨固非預(yù)應(yīng)力錨固巨型錨固：錨固力大于800t大型錨固：錨固力300~800t小型錨固：錨固力100t中型錨固：錨固力100~300t按錨固機(jī)理分類粘結(jié)型錨固摩擦型錨固混合型端頭錨固型一、巖土錨固技術(shù)概述按錨固體傳力形式壓力型錨固拉力型錨固剪力型錨固按錨固體形態(tài)圓柱型端頭擴(kuò)大型連續(xù)球體型一、巖土錨固技術(shù)概述錨固技術(shù)的分類錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域1）深基礎(chǔ)工程基坑支護(hù)地下停車場地下室抗浮地下鐵道或地下街一、巖土錨固技術(shù)概述2）邊坡穩(wěn)定邊坡加固斜坡?lián)跬粱路乐五^固擋墻一、巖土錨固技術(shù)概述3）結(jié)構(gòu)抗傾防止高塔傾倒防止高架橋傾倒防止高壩傾倒防止擋土墻傾倒一、巖土錨固技術(shù)概述4）加壓裝置5）洞室加固樁荷載試驗沉箱下沉加壓洞室變形控制一、巖土錨固技術(shù)概述6）沖沖擊擊區(qū)區(qū)的的抗抗浮浮及及防防護(hù)護(hù)壩下游沖擊區(qū)防護(hù)排洪洞沖擊區(qū)防護(hù)一、、巖巖土土錨錨固固技技術(shù)術(shù)概概述述7）各各種種構(gòu)構(gòu)筑筑物物的的穩(wěn)穩(wěn)定定與與錨錨固固橋墩基礎(chǔ)加固懸臂橋錨固吊橋橋墩錨固大跨跨度度結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物穩(wěn)穩(wěn)定定一、、巖巖土土錨錨固固技技術(shù)術(shù)概概述述錨桿2錨桿桿（（索索））類類型型與與特特點點2.1預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿與與非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿與與非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造造比比較較（a）預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿(anchor)（b）非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿(bolt)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿與與非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿受受力力特特性性比比較較2.1預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿與與非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿預(yù)應(yīng)力錨桿非預(yù)應(yīng)力錨桿1、安裝后能及時提供支護(hù)抗力，使巖體處于三軸應(yīng)力狀態(tài)1、安裝后地層移動錨桿才能被動地發(fā)揮作用2、控制地層與結(jié)構(gòu)物變形能力強(qiáng)2、控制地層與結(jié)構(gòu)物變形能力差3、按一定密度布置錨桿，施加預(yù)應(yīng)力后能在地層內(nèi)形成壓縮區(qū)，有利于地層穩(wěn)定3、難于在地層內(nèi)形成壓縮區(qū)4、預(yù)加應(yīng)力后，能明顯地提高潛在滑移面或巖石軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度4、僅靠桿體自身強(qiáng)度發(fā)揮其抗拉抗剪作用5、張拉工序能檢驗錨桿的承載能力5、尚缺乏檢驗此類錨桿施工質(zhì)量與承載力的有效方法6、結(jié)構(gòu)構(gòu)造與施工工藝比較復(fù)雜6、結(jié)構(gòu)簡單，施工方便2.1預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿與與非非預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力錨錨桿桿2.2拉力力型型與與壓壓力力型型錨錨桿桿拉力力型型錨錨桿桿和和壓壓力力型型錨錨桿桿結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖(a)拉力力型型錨錨桿桿(b)壓力力型型錨錨桿桿拉力力型型錨錨索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖圖3壓力力型型錨錨索索的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖拉力力型型與與壓壓力力型型錨錨桿桿的的荷荷載載分分布布2.3荷載載集集中中型型與與荷荷載載分分散散型型錨錨桿桿荷載載集集中中型型荷載載分分散散型型荷載集中中型與荷荷載分散散型錨桿桿工作特特性比較較荷載集中中型錨桿桿粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力分布布特征單孔復(fù)復(fù)合錨錨固；；荷載分分散；；灌漿體體由受受拉變變?yōu)槭苁軌骸！毫Ψ址稚⑿托徒Y(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造造圖壓力分分散型型錨桿桿(單孔復(fù)復(fù)合錨錨固））粘結(jié)結(jié)應(yīng)力力分布布特征征荷載分分散型型錨桿桿承載載體的的構(gòu)造造拉力集集中型型壓力分分散型型簡單防防腐灌漿體體受拉拉易開開裂多層防防腐灌漿體體受壓壓不易易開裂裂壓力分分散型型錨固固的耐耐久性性顯著著提高高拉力分分散型型錨索索結(jié)構(gòu)構(gòu)圖2.4可重復(fù)復(fù)高壓壓灌漿漿型錨錨桿錨桿結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖注漿套套管工工作原原理密封性性均勻性性重復(fù)性性預(yù)埋二二次劈劈裂灌灌漿管管密封裝裝置重復(fù)高高壓灌灌漿型型錨固固技術(shù)術(shù)的優(yōu)優(yōu)越性性抗拔力力提高高60~120%；蠕變量量減小小1/2~2/3；節(jié)約造造價1/3左右。。一次常常壓灌灌漿體體與二二次高壓灌灌漿體體的比比較2.5擴(kuò)體型型錨桿桿錨桿荷荷載傳傳遞方方式的的比較較(a)摩擦型型(b)摩擦－－支承承復(fù)合合型（1）底端端擴(kuò)體體型錨錨桿爆炸成成型的的底端端擴(kuò)體體錨桿桿用旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)葉片片形成成的擴(kuò)擴(kuò)體錨錨桿固定地地層砂砂固定長長度：：6～10m極限承承載力力900～1400kN比Φ=12cm的圓柱柱體錨錨固體體承載載力提提高2～3倍。（2）多段段擴(kuò)體體型錨錨桿擴(kuò)體型型錨桿桿承載載力計計算砂性土土黏性土土3錨頭及及錨桿桿構(gòu)件件錨頭設(shè)設(shè)計錨頭是是均衡衡地向向錨桿桿體傳傳遞外外力的的主要要部件件。錨頭通通常由由錨具具、承承壓板板和臺臺座組組成。。錨頭一一般形形式有有：4錨桿防防腐錨桿的的防腐腐設(shè)計計1.一般要要求：：應(yīng)按錨錨桿的的使用用年限限、錨錨桿所所處環(huán)環(huán)境的的腐蝕蝕程度度及錨錨桿破破壞后后果等等因素素確定防防腐類類型與與標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。錨桿防腐的的有效效期應(yīng)當(dāng)?shù)鹊扔阱^錨桿的的有效效期。。錨桿在在其全全部自自由長長度上上必須須能夠夠自由移移動，錨桿桿試驗驗與加加荷時時所有有荷載載都能能由自自由段段傳到到錨固固段。。錨桿的防防護(hù)設(shè)施施必須具有足夠夠的強(qiáng)度度和韌性性，在錨桿桿加荷時時不致破破壞。錨桿及其其防護(hù)系系統(tǒng)在制制作、運運輸和安安裝過程程中不應(yīng)受到到破壞。防護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)的材料料在預(yù)料料的工作作環(huán)境內(nèi)內(nèi)保持不開開裂、不不變脆或或成為流流體；具有化學(xué)學(xué)穩(wěn)定性性，不與相相鄰材料料發(fā)生反反應(yīng)，并并保持其抗抗?jié)B性。2.環(huán)境侵蝕蝕性：PH<4.5電阻率<2000Ω.cm出現(xiàn)硫化化物出現(xiàn)復(fù)雜雜電流或或造成對對其他地地下混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的化學(xué)學(xué)侵蝕3.錨桿的防防護(hù)類型型與等級級一級防護(hù)護(hù)：雙層防腐腐保護(hù)，，預(yù)應(yīng)力力筋全長長均有套套管二級防護(hù)護(hù)：單層防腐腐保護(hù)，，錨固段段預(yù)應(yīng)力力筋僅用用灌漿防防腐錨桿的防防腐設(shè)計計錨桿的防防腐保護(hù)護(hù)決策圖圖錨桿使用壽命臨時（<24月）永久（>24月）地層侵蝕性有侵蝕無侵蝕二級防護(hù)無防護(hù)地層侵蝕性未知或有侵蝕無侵蝕一級防護(hù)嚴(yán)重破壞后果一級防護(hù)不嚴(yán)重地方價格增量便宜昂貴一級防護(hù)二級防護(hù)錨桿的防防腐保護(hù)護(hù)要求防護(hù)等級錨桿類型錨頭自由段錨固段拉力型壓力型拉力型一級二級過度管若暴露在空氣中需加錨具罩注入油脂的護(hù)套

外套注入水泥漿的光滑塑料管注入水泥漿的波紋管無粘結(jié)鋼絞線與灌漿灌漿無粘結(jié)鋼絞線或外套注入水泥漿的光滑塑料管注入油脂的護(hù)套過度管若暴露在空氣中需加錨具罩過度管若暴露在空氣中需加錨具罩拉力型錨錨桿一級級防護(hù)構(gòu)構(gòu)造拉力型錨錨桿二級級防護(hù)構(gòu)構(gòu)造可重復(fù)張張拉錨桿桿的錨頭頭防護(hù)構(gòu)構(gòu)造5錨桿的張張拉與鎖鎖定錨桿的張張拉鎖定定影響錨桿桿初始張張拉力的的因素地層徐變變鋼質(zhì)桿體體的松弛弛套管與桿桿體鋼材材的摩擦擦地層內(nèi)部粘性性土層的壓密密預(yù)應(yīng)力筋材錨錨固時的定位位錨桿的變形錨桿變形組成成：桿體自由由段的彈性伸伸長、錨固體體與地層間的的剪切變形錨桿變形一般般由試驗確定定，摩擦型可可按下式估算算：摩擦型錨桿的的變形量估算算——施加于錨桿上上的拉力——錨固體直徑——變形量——地層抗剪切系系數(shù)——錨固自由段長長度——錨固段長度——錨固體橫截面面積——錨桿桿體橫截截面積——錨固體彈性模模量——錨桿桿體彈性性模量——錨桿灌漿體彈彈性模量——錨桿灌漿體橫橫截面積錨桿初始張拉拉力（鎖定荷荷載）值：巖體加固與邊坡抗抗滑錨固，因巖體松散而而施加的預(yù)應(yīng)應(yīng)力或加固地地基和抵抗下下滑力而設(shè)置置的錨桿，以以拉力設(shè)計值（工作荷載））作為鎖定荷荷載。結(jié)構(gòu)物背面地地層為松散土層，一般情況鎖鎖定荷載為設(shè)設(shè)計拉力設(shè)計計值的0.6～0.8倍。對允許變形的結(jié)構(gòu)物的錨錨固，被錨固固的結(jié)構(gòu)物采采用鉸接構(gòu)造造，允許其變變位時錨桿不不必按設(shè)計拉拉力鎖定，可可根據(jù)設(shè)計條條件決定鎖定定荷載，一般般取設(shè)計拉力力值的0.5～0.7倍。預(yù)計地層有明顯徐變的情況，可先先將錨桿張拉拉到設(shè)計拉力力值的1.2～1.3倍，然后退回到到設(shè)計拉力值值鎖定。錨桿的張拉鎖鎖定6錨桿現(xiàn)場檢驗驗主要有基本試驗，驗驗收試驗和蠕蠕變試驗。基本試驗（錨桿的性能試試驗、破壞性性試驗）任何一種新型型錨桿或已有有錨桿品種用用于未曾用過過的地層時，，均應(yīng)進(jìn)行基基本試驗。錨桿基本試驗驗是錨桿工程程施工前，在在現(xiàn)場進(jìn)行的的錨桿極限抗抗拔承載力試試驗。采用分級加荷荷、卸荷的增增量試驗法，，記錄起始荷荷載下和每次次加荷、卸荷荷時錨桿的位位移。其目的是確定定錨桿的極限限承載力和錨錨桿設(shè)計參數(shù)數(shù)的合理性性，為錨桿設(shè)設(shè)計、施工提提供依據(jù)。1．錨桿基本試試驗的最大試試驗荷載不宜宜超過錨桿承承載力標(biāo)準(zhǔn)值值的0.9倍；2．錨桿基本試試驗應(yīng)采用分分級循環(huán)加卸卸載法，加荷荷等級和錨頭頭位移測讀時時間間隔應(yīng)符符合下表的規(guī)規(guī)定。檢測數(shù)量（1）同一工程在在同一條件（（錨桿參數(shù)及及所處地層條條件、施工工工藝相同）下下進(jìn)行錨桿極極限抗拔試驗驗，基本試驗驗和蠕變試驗驗的數(shù)量不少少于3根。（2）驗收試驗的的錨桿數(shù)量不不得少于錨桿桿總數(shù)的5%，且不得少于于3根，對有特殊殊要求的工程程，可按設(shè)計計要求增加驗驗收檢測錨桿桿的數(shù)量。（3）對任何一種種本地區(qū)未做做過的新型錨錨桿，應(yīng)事先先通過試驗確確定其可行性性，并選擇錨錨桿設(shè)計參數(shù)數(shù)。檢測條件控制制錨桿抗拔試驗驗應(yīng)滿足以下下條件：（1）錨桿極限抗抗拔試驗采用用的地層條件件、桿體材料料、錨桿參數(shù)數(shù)和施工工藝藝必須與工程程錨桿相同；；（2）錨桿錨固段段的漿體強(qiáng)度度達(dá)到15MPa或達(dá)到設(shè)計強(qiáng)強(qiáng)度等級的75%時，方可進(jìn)行行錨桿試驗。。注：1、在每級加加荷等級觀觀測時間內(nèi)內(nèi)，測讀錨錨頭位移不不應(yīng)少于3次；2、預(yù)估破壞壞荷載可以以根據(jù)拉桿桿標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度度計算即為為Asfptk，式中As－錨桿桿體體（筋體））的截面面面積；fptk－錨桿桿體體（筋體））抗拉強(qiáng)度度標(biāo)準(zhǔn)值（二）錨錨桿（索索）的驗收收試驗錨桿驗收試試驗是在錨錨固工程完完工后為了了檢驗所施施工的錨桿桿是否達(dá)到到設(shè)計的要要求而進(jìn)行行的檢驗性性抗拔試驗驗，該試驗驗起到鑒別別工程是否否符合要求求的目的。。錨桿驗收收試驗滿足足以下條件件，即為合合格：（1）驗收試驗驗所得的總總彈性位移移超過自由由段長度理理論彈性伸伸長的80％，但小于于自由段長長度與1／2錨固段長度度之和的理理論彈性伸伸長。（2）在最大試試驗荷載作作用下，錨錨頭位移趨趨于穩(wěn)定。。驗收試驗驗收試驗旨在快速經(jīng)經(jīng)濟(jì)地確定定錨桿是否否具有足夠夠的承載力力、錨桿自自由段長度度是否滿足足要求和錨錨桿蠕變在在規(guī)定的范范圍內(nèi)是否否穩(wěn)定。1．最最大大試試驗驗荷荷載載應(yīng)應(yīng)取取錨錨桿桿軸軸向向拉拉力力設(shè)設(shè)計計值值的的1.0倍；2．加荷等等級及錨錨頭位移移測讀時時間間隔隔應(yīng)符合合下列規(guī)規(guī)定；①初始始荷載宜宜取錨桿桿軸向拉拉力設(shè)計計值Nt的0.1倍；②加荷荷等級及及觀測時時間按表3-2規(guī)定進(jìn)行行；③每級級荷載應(yīng)應(yīng)穩(wěn)定5~10min，在每級級加荷等等級觀測測時間內(nèi)內(nèi)，測讀讀錨頭位位移不應(yīng)應(yīng)少于3次，并記記錄荷載載施加后后1min、6min、10min時的位移移量。如如在1~10min內(nèi)錨頭頭位移移增量量超過過1mm，則該該級荷荷載應(yīng)應(yīng)再維維持50min，并在在荷載載施加加后15min、20min、25min、30min、45min和60min時記錄錄錨頭頭位移移增量量。④加加荷至至最大大試驗驗荷載載并觀觀測15min，待位位移穩(wěn)穩(wěn)定后后即卸卸荷至至0.1Nt，并測測讀錨錨頭位位移。。然后后加荷荷至鎖鎖定荷荷載鎖鎖定。。⑤試試驗結(jié)結(jié)果宜宜按每每級荷荷載對對應(yīng)的的錨頭頭位移移列表表整理理，并并繪制制荷載載—位移（（Q-s）曲線線。（三））錨錨桿桿（索索）的的蠕變變試驗驗在軟粘粘土中中設(shè)置置的錨錨桿，，在較較大荷荷載作作用下下會產(chǎn)產(chǎn)生很很大的的蠕變變變形形，為為了掌掌握軟軟粘土土中的的錨桿桿的工工作特特性，，國內(nèi)內(nèi)外的的有關(guān)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)都對對錨桿桿的蠕蠕變試試驗作作了相相應(yīng)的的規(guī)定定。我我國有有關(guān)錨錨桿標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)定，，凡塑塑性指指數(shù)大于20的土層中的的錨桿，均均應(yīng)進(jìn)行蠕蠕變試驗，，且試驗的的根數(shù)不應(yīng)應(yīng)少于3根。蠕變試驗塑性指數(shù)大大于17的軟土層和和蠕變變形形明顯的巖巖體中的錨錨桿應(yīng)進(jìn)行行蠕變試驗驗，用作蠕蠕變試驗的的錨桿不應(yīng)應(yīng)少于3根。錨桿蠕蠕變試驗加加荷等級與與觀測時間間見表3-3，在觀測時時間內(nèi)荷載載必須保持持恒定，錨錨頭位移趨趨于穩(wěn)定。。每級荷載載作用下按按時間間隔隔(min)1，2，3，4，5，10，15，20，30，45，60，75，90記錄錨頭蠕變變量。蠕變試驗的加加荷等級和觀觀測時間應(yīng)滿滿足表6.13的要求，在觀觀測時間內(nèi)，，荷載必須保保持恒定，每每級荷載下觀觀測蠕變量隨隨時間的變化化。最后將每每級荷載下的的錨桿蠕變量量一時間對數(shù)數(shù)曲線在s～lgt坐標(biāo)系中繪出出。定義S～lgt曲線的斜率值值(s～lgt曲線為直線)為蠕變系數(shù)。。式中：：Ks——某一級級荷載載下的的蠕變變系數(shù)數(shù)；s1——t1時刻的的蠕變變量；；s2——t2時刻的的蠕變變量。。錨桿蠕蠕變試試驗所所測得得的最最后一一級荷荷載下下的最最終一一段觀觀測時時間內(nèi)內(nèi)的蠕蠕變系系數(shù)不不應(yīng)大大于2.0mm。（四））錨錨桿桿（索索）的的長期期觀測測錨桿張張拉鎖鎖定后后第一一個月月內(nèi)每每日觀觀測1次；2-3個月內(nèi)內(nèi)每周周觀測測1次；4-6個月內(nèi)內(nèi)每