岩土锚固工程及其工程技术及其应用

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摘要：本文阐述了工程中行而有效的一种基坑支护技术，即岩土锚固技术，并根据其在工程中的应用做了浅析。 关键词：基坑支护；岩土锚固技术；锚固技术；应用

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一、 基坑支护的概念及种类

在建筑工程施工最初阶段，开挖地下基坑是项目工程的初期，同时，为了迎合目前基础建设的发展和需要，如楼房地下室的设计和建造、埋设必要的地下设施等。在城市市内对基坑进行深开挖，常常需要建设在既有的建筑物、构筑物、桥梁地铁、以及隧道等下方，这类设施的地下结构地形以及周边环境复杂，如不做好适当的防护措施，很容易造成地上建构物、桥梁、隧道等设施的破坏而造成巨大的经济损失。因此，为保证结构及周边环境安全施工单位有必要对基坑侧壁和周边环境采取必要措施，基坑支护就是为保证其安全而采取的必要如加固、支挡和保护的措施。

随着我国建筑行业的发展和不断的进行经验总结，目前使用的支护形式根据计算受力性质的不同大致分为三种：即重力式、悬臂式、支撑式。细分下来又可以分成大致十三种，而目前建筑工程中常见的支护形式有水泥土搅拌桩或者钢筋混凝土桩等桩、墙式支撑系统、土钉墙（喷锚支护）、逆作拱墙、基坑内支撑、地下连排墙等支护方式。

二、 岩土锚固技术的概念和理论

基坑支护工程中的岩土工程加固，其拥有多种技术手段，其中新兴且行之有效的技术手段之一就是锚固技术，国内又称为锚杆支护技术。该技术从英国首先应用发展，后因锚固技术效应独特、工艺简便、用途广且造价经济低廉而开始受到广泛关注和应用，迄今已有一百多年的历史。目前已经应用于多种工程建设，如矿山、冶金、水利水电、道路铁路、土木建设等等多种工程领域范围内。

1.工作机制。最初对锚杆技术工作机制的理论解释停留在悬吊理论和组合梁拱理论上，随着锚杆支护技术在国内的认可和发展，以及地下岩体结构的复杂性、周边应力环境的多变性，原来的理论基础已经不能继续解释应用，因此不少业内专家也对锚固技术的工作机制展开了进一步深层次的研究。通过分析测试和数据模拟模型实验，加入了更多实践性理论，如在设计锚杆支护参数时运用工程力学理论；工程实践的现场检测时采用经验法、工程类比法等。

2.基本观点。关于岩土锚固技术的基本观点其总的要求是要有可靠的技术支撑和合理的经济支配。所以在设计和施工时要考虑诸多因素，工程选址时要确保岩体不松动；要合理有效的控制和利用岩体变形，便于岩体自撑能力和锚杆承载力的最大限度发挥；充分把锚杆和岩体视为统一整体以有效发挥其共同作用；通过检测设备测得的岩体力学参数来指导设计施工，对于不同的地质构造和岩体类别采取不同的计算方式和设计方法；在施工过程中不断的根据现场的勘察数据和检测信息调整设计参数，确保结构形式更加符合工程的实际情况。

3.设计理论。从锚固支护发展初期至今，已经成型的有四种代表理论，即支撑理论（代表Louis A.Panek等）、加固理论（代表美国P.P.Oreste）、能量学理论（代表南非M.D.Salazmon）、突破点理论（代表中科院地质研究所王思敬）。

支撑理论涵盖锚杆的悬吊、减跨、组合梁、组合拱的作用以及围岩松动圈的锚杆支护作用。

加固理论是以工程地质力学为基础，根据岩体的硬度、强度等调整，分别进行适当和重点加固。加固理论的实质是改变围岩的受力情况，增加岩体周围的压力，提高岩体的力学参数。

4.锚固方式。将锚杆与岩体进行有效的结合可以使锚杆的拉力传入岩层深处，通过不同的锚固方式发挥其作用。施工中通常使用三种锚固方式：机械式，针对岩体中的临时短锚杆采用机械法，利用空心钢管和岩层间的摩擦力来固定；胶结料式，用水泥、合成树脂等胶结材料把锚杆同岩体固定在一起，依靠他们之间的粘结强度来固定；扩张基底，通过一定的方式在锚杆的底端或者根部形成扩体，依靠底层对于锚杆拔出的抗力来固定锚杆。

三、 岩土锚固技术的应用分析

现代基坑防护工程中，岩土锚固技术以其良好的效果、合理的成本支出等得到越来越广泛的应用，下面究其在应用中的几点做浅析。

1.锚杆施工要求的应用

首先，锚杆的成孔是施工最初也最关键的一步，其成孔应当满足设计孔径、长度和倾斜度的要求。成孔过程的费用关系到整个锚固工程的费用，其造价最高，因此是影响锚固效益的主要因素。在锚固成孔时，要采用适当的方式来确保成孔的精度，以保证插入杆体和注浆等后续工作的顺利进行。

其次，在锚固成孔的施工过程中的注意事项如下，钻孔时，要先根据不同的岩土层厚度采取适当措施调整，如注浆加固使过分松软的底层硬度加大；再根据不同岩土条件选择合适的钻孔方法，保持后续插杆和注浆过程不塌陷；

2.锚杆孔的成孔工艺的应用

锚杆成孔主要依靠专业的成孔设备，按照不同的分类方法可以分为多种不同类型，如综合、单体式；回转、冲击式；液压、电动式等等。实际施工需根据不同的需求选择不同参数的专业成孔设备。

有了设备，需要依靠专业的成孔方法依据设计图纸需求进行加工。一般锚杆空可以分成两种，一种是短锚杆钻孔，其特征是载荷短小；一种是长锚杆钻孔，其特征是传递拉力大。有时候为了增大锚杆的承载力，可以用机械、爆炸、水力、压浆等方式对钻孔的端部做扩孔处理。

3.锚杆制作与安放应用

根据锚固工程对象，锚杆的承载力，锚杆的长度和数量以及现场提供的施加应力及锁定的设备来选取不同的锚杆材料，可以选择的材料有普通钢筋、高强度钢丝、精轧螺纹钢筋和钢绞线。其中长锚杆的制作最好选用钢丝或者多股钢绞线，此材料柔韧性好易于运输，便于长锚杆的安放久违和施加应力。

通常情况下，安放锚杆杆体与灌浆管要同时插入钻孔底部，尤其是土层锚杆。若钻孔时用的是套管方式，在插入杆体灌浆结束后把套管拔出；若钻孔时成孔是小口径锚杆孔，则在灌浆后再插入杆体。安放锚杆杆体时应注意：锚杆插入过程要顺直；锚杆安装前要对钻孔进行检查，及时处理损坏现象；锚杆推送时要注意用力均匀同时稳定杆体不转动，一是为了保护推送时锚杆配件和防护层，二是为了推送时排灌和注浆管的畅通。

四岩土锚固工程施工的技术要点分析

岩土预应力锚固工程施工的内容大致可以分为锚孔灌浆、混凝土浇灌、锚筋制安、锚孔钻造、钢筋制安、锚孔张拉锁定以及施工准备等关键工作程序，本文将对这些工作流程做一些简要的介绍及工作特点介绍。

（一）施工前的准备工作

1. 岩土锚固施工前要求明确试验、材料、施工设备和劳动力组织、监测安全及安排、施工方法、工序流程、施工工艺、质量管理。

2. 在施工前必须要做的准备有：浆体材料试验、配合比试验、锚筋材料试验、相关机械设备以及开工报告等。

3. 依据设计的要求来进行预应力锚固基本试验，也就是通常所说的抗拔拉破坏试验。

（二）钻造锚孔

1. 锚孔测放的具体要求是要依照设计的账号来进行拉线量尺，再与水准测量放线，而且还要利用油漆和铁钎准确标记位置。 2. 钻机的方位要严格遵循设计方位、孔位以及倾角准确就位，利用测角量具掌控角度，方位误差范围在正负2度内，而钻机轨倾角误差范围在正负1度内。

3. 在钻进过程中，需要利用无水干钻，严格把握钻进时速，以备钻孔扭曲、变径或偏斜。

4. 在锚孔钻进中，要做好现场施工的详细的记录，例如对钻速、钻压、地下水与地层情况等的记录。

5. 在钻孔孔径中，孔深不小于所设计的数值，超钻14至45厘米，当达到设计深度后，要立即停钻，稳钻要停留3到5分钟，预防孔底尖灭，同时还要进行锚孔的清洗。

6. 在钻孔的过程中，对于塌孔处理，如果遇到塌孔现象可以选用两种方法进行处理，首先需要下套管，也就是通常所说的跟管钻进，利用这样的方法虽然工序速度较慢，工序也比较多，但这样的方法十分可靠；另外，通过注浆再钻，如果有塌孔现象发生时，拔出钻杆在进行孔内注浆，注浆压力稳定在0.1到0.3Mpa，在注浆的十二小时的工作日到1天的工作日之后才能进行重新钻孔。

7. 在硬度不均衡的风化岩层中极其容易发生卡钻现象，对于卡钻外理的方式主要是通过钻机来回启动，用高压风吹净孔内碎石再钻进，成拔出钻杆。

8. 当锚孔钻造完成之后，要对现场监理进行严格的检查，这样才能开展下一个锚筋体的工艺。

（三）锚筋制安

1. 对锚筋下材的具体要求有允许的误差范围在45毫米之内，下材要准确整齐，对预留的张拉锻钢长约2米，对于不同的标记采用机械切割下材。

2. 严格控制挤压工艺，要对挤压簧、挤压套配装进行准确定位，要充分均匀的进行挤压顶推进，还要对样本中的5%的样本来检测，还要保证单根挤压的强度不少于200KN。

3. 要保障承载体组装定位精确，限位片、挤压头以及承载板进行牢固栓接。

4. 对于架线环间距的长度应确定在1米到1.5米之间，还要求进行牢固绑接，定位准确，而且锚孔中要建一个架线环。

5. 要对注浆穿梭安装进行精确地定位，要进行结实稳固的绑扎。

6. 对锚筋体的放置需要排列均匀，顺直，还要挂牌号等待检查。

7. 在进行锚筋体安装的过程中，要求按方位平顺和设计倾角推进，禁止串动、扭转和抖动，预防在中间卡阻和散束。如果发现阻力比较多的时候，有可能是由于孔内碎石没有吹洗干净，这时需要拨出锚索，用高压风吹干净后，再放进去，让锚索长度达到设计规定的要求。

8. 当锚筋体检验合格之后，才能运送到相应的孔位再安装。当垂直运输时，除主吊点外的其它吊点都要快速脱钩。当水平运输时，各支点间的转弯半径都不要太小了。

（四）锚孔灌浆

1. 注浆材料必须依照相关规定以及符合设计的要求进行检验。在注浆作业中途或开始停止时间较长的时候再进行作业的时候，最好利用水泥或水稀浆注浆管路及注浆泵。

2. 在实施注浆作业的过程中，需要做好现场施工的详细主将记录，每次的注浆都要进行强体测试，而且不能少于两组。当浆体强度没有达到80%的时候，不可以再锚筋体的端头拉绑碰撞和悬挂重物。

3. 锚孔注浆需要运用孔底返浆法进行注浆，其压力通常定为约2.5MPa，直到孔口开始溢浆，禁止抽拔孔口注浆或注浆管，假如看到孔口浆面有所回落后，需要在半小时内对孔底压注补浆2到3次，保障孔口浆体装满。

4. 当锚孔钻告完成之后，要立即对锚孔注浆和筋体进行安装，最好不要超过一个工作日的时间。

5. 注浆液要严格按照比例还进行搅拌，随时搅拌随时能用到，注浆浆体的强度不少于45Mpa，还要严格按照批次进行备制试件。

（五）钢筋制安

1. 当钢筋进场的时候，需要立即做学性能检验试验，要保证其质量达到设计的标准与要求。

2. 加工钢筋的尺寸、形态要达到设计标准，其中有稍许误差都要在相关的标准范围内

3. 在对钢筋进行安装的过程中，要使得受力钢筋的级别、品种、数量和规格都要达到标准。要精确而且稳定的进行钢筋安装，要保证保护层的厚度，而且要满足相关的规定进行具体要求。

4. 在对混凝土进行灌注之前，要先将锚具的锚垫板、波纹管以及螺旋钢筋依照所设计的要求进行绑定，锚孔的方向一致并且摆放稳固平整。

（六）混凝土的浇筑

1. 水泥进场时，对其出厂日期、级别、包装、品种等进行仔细检查，对水泥的安全性、强度等性能指标进行严格复查。

2. 在使用混凝土所使用的细、粗骨料规格与质量都要求符合相关规范并按照规定进行抽样检查。

3. 在搅拌混凝土的时候，最好选用饮用水，如果要选用其他水源的时候，要对水源做检测，要达到规定的标准方可使用。

4. 在浇筑施工之前，要配合实验与设计，按照要求的强度进行设计。

5. 混凝土要设立整套的保护措施，要确保施工人员在推、提、拉、运的安全。

6. 在进行锚斜托浇筑的施工过程中，需要选用专业的模具以此来保证工程效果与结构强度。

7. 当浇筑完混凝土之后，需要立即进行包养爱护的措施。

（七）锁定锚筋的张拉

1.台座混凝土和锚固体强度所要达到的强度要超过70%时，才能进行张拉锁定作业。举例来说。在进行抽检锚固钻孔的时候，要达到设计强度才能在验收试验后进行作业。

2. 对锚筋的张拉设备必须要选用专用设备，还要在进行张拉作业之前，对张拉机设备进行标定，以保证检查通过。

3. 在正式张拉锚索之前，要选用15%的设计张拉荷载，张拉一两次之后，让这些部位接触变紧，钢绞线也完全变平直。

4. 依据设计次序来看，锚索张拉分单元的运用了有差异性的分步张拉，计算确定差异荷载要根据锚筋长度与设计荷载来计算。

5. 在不足差异荷载之后，锚索的预应力可以分为五个等级，依照相关规定，分别为设计荷载的110%、100%、75%、50%以及25%。锚索锁定后2个工作日之内，如果看到了显著的预应力的破损，就要进行及时的补救和张拉。

五锚杆防护应用

利用锚杆进行的岩土锚固技术，也需要对其进行一定保护，才能够使得已经安装的锚杆有效工作，延长其使用寿命。通常采取的方法有：

锚杆拉杆的自撑力要强，本身质量高，充分考虑到造价、工程强度的需求合理选择杆材；可以利用碱性环境保护预应力筋不受腐蚀，高碱环境有利于预应力筋的钝化；在预应力筋的表面或外层区域，用高分子材料建立非金属覆盖层，利用非金属的良好抗腐蚀能力保护杆材。

六、 结束语

本文通过对基坑支护的概念理解，引出岩土锚固技术的概念以及原理，通过其简介和其在一般工程中的运用，对岩土锚固技术做了应用分析。

参考文献：

[1]张欣.深基坑支护技术应用浅析[J].建筑技术开发.2005,23(1):34-35.

[2]程良奎.岩土锚固[M].中国建筑工业出版社.2002.207-254