張 浩

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶400016)

1 錨桿的類型及特點(diǎn)

錨桿是用水泥砂漿將一組鋼拉桿(粗鋼筋或鋼絲束，鋼鉸線等)錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并在外端承受拉力的圓柱狀錨體，它的中心受拉部分是鋼拉稈，鋼拉桿所承受的拉力是通過(guò)拉桿周邊握裹力而傳遞到水泥砂漿中，然后再通過(guò)錨固段周邊地層的摩阻力而傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中。

按錨桿受荷后其固定段內(nèi)灌漿體是處于受拉狀態(tài)還是處于受壓狀態(tài)，將錨桿分為拉力型與壓力型錨桿，見(jiàn)圖1所示。拉力型錨桿的荷載是依賴其固定段桿體與灌漿體接觸的界面上的剪應(yīng)力由頂端(固定段與自由段交界處)向底端傳遞的，錨桿工作時(shí)，固定段的灌漿體易出現(xiàn)張拉裂縫，防腐性能差。壓力型錨桿則借助無(wú)粘結(jié)鋼鉸線或帶套管鋼筋使之與灌漿體隔開(kāi)和特制的承載體，將荷載直接傳至底部的承載體由底端向固定段的頂端傳遞的，這種錨桿雖然成本略高于拉力型錨桿，但受荷后灌漿體受壓，不易開(kāi)裂，用于永久性錨固工程是有發(fā)展前途的，據(jù)一些研究資料表明，在同等荷載作用下，拉力型錨桿固定段上應(yīng)變值比壓力型大，這進(jìn)一步證明壓力型錨桿防腐性能優(yōu)于拉力型［4］。

圖1 拉力型錨桿和壓力型錨桿

2 錨桿的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

錨桿的設(shè)計(jì)工作包括:錨桿的配置及其與結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系、錨桿設(shè)計(jì)拉力的確定、錨桿截面設(shè)計(jì)、錨頭聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)、錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)、錨桿和結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算等內(nèi)容。

(1)錨桿對(duì)接擋墻(樁)加固力計(jì)算。深基礎(chǔ)支擋墻(樁)所需的加固力計(jì)算是根據(jù)作用于支擋墻(樁)上力的平衡關(guān)系求得。計(jì)算方法與錨桿排數(shù)、墻(樁)嵌入基坑面以下深度以及支承狀況和開(kāi)挖工序有關(guān)。

(2)土層錨桿的極限抗拔力計(jì)算和錨固體長(zhǎng)度計(jì)算［12］。土層錨桿的極限抗拔能力取決于錨固段地層對(duì)錨固漿體產(chǎn)生的摩阻力，其式可表達(dá)為:

式中:Tu為錨桿的極限抗拔力(kN);D為錨桿鉆孔的直徑(m);Le為錨桿的有效錨固長(zhǎng)度(m);τ為錨固段周邊的抗剪強(qiáng)度(MPa)。

錨桿的極限抗拔力(Tu)是由錨桿、固護(hù)系統(tǒng)和土體的整體、穩(wěn)定性決定的，而土層的抗剪強(qiáng)度τ是由下式計(jì)算:

式中:c為錨固區(qū)土層的粘聚力;φ為土的內(nèi)摩擦角;h為錨固段以上地層覆蓋厚度;γ為錨固段以上地層容重;K0為錨固段孔壁的土壓系數(shù)。

(3)錨桿截面積計(jì)算。在確定錨桿桿體的截面積時(shí)按以下公式計(jì)算:

式中:S為錨桿截面積;Nt為錨桿設(shè)計(jì)軸向力;K為錨桿安全系數(shù);fptk為錨拉桿強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 錨桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算

錨桿作為支擋結(jié)構(gòu)而承受土壓力，必須進(jìn)行外部穩(wěn)定和內(nèi)部穩(wěn)定方面的驗(yàn)算［2］。外部穩(wěn)定是指錨桿圍護(hù)系統(tǒng)和土體全部合在一起的整體穩(wěn)定?？梢圆捎脠D解法來(lái)進(jìn)行分析，現(xiàn)以單排錨桿護(hù)壁為例，如圖2(a)所示，說(shuō)明內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算［5］、［6］。錨桿極限抗力的水平分力可以從圖2(b)中的平衡圖得出。

圖2 錨桿內(nèi)部穩(wěn)定分析法

3 應(yīng)用實(shí)例——以某工程為例

3.1 工程概況及處理方法

暴雨作用，導(dǎo)致213國(guó)道K1011+350～450 m段出現(xiàn)滑坡，工程概況如圖3所示，為保證附近高壓電塔及公路邊坡的穩(wěn)定，特對(duì)其進(jìn)行邊坡加固處置，設(shè)計(jì)工程量如表1所示，具體方案為:

(1)整個(gè)坡面采用鋼筋混凝土框格梁方法處理。

(2)鋼筋混凝土框格梁采用4 m×4 m間距。

(3)框格梁采用40 cm×50 cm(寬×高)配筋上下各4根φ25鋼筋間距10 cm，保護(hù)層5 cm。箍筋φ10間距25 cm。

(4)坡面坡比采用1∶0.5～1∶0.75，每10 m設(shè)一個(gè)臺(tái)階，留2.0 m寬護(hù)坡道，并設(shè)高30 cm、寬25 cm攔水坎，水宜排入猛子溝方向巖面上。

圖3 工程平面

表1 設(shè)計(jì)工程量

開(kāi)挖結(jié)束后，清除巖面松動(dòng)巖塊，搭設(shè)鋼管腳手架施工平臺(tái)，進(jìn)行錨桿施工。錨桿采用手風(fēng)鉆或圓盤鉆機(jī)配套自鉆式錨桿鉆孔、氣壓注漿機(jī)注漿。錨桿施工工藝流程如圖4所示。

圖4 錨桿施工工藝流程

3.2 錨桿類型

自鉆式錨桿，采用水泥砂漿全長(zhǎng)注漿，用于永久支護(hù)。自鉆式錨桿桿體兼作鉆桿、注漿管之用途。

(1)錨桿材料按照施工圖紙要求選用自鉆式錨桿。錨桿規(guī)格為:

錨桿 φ32，L=9 m、6 m。

(2)注漿錨桿的水泥砂漿采用強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5的普通硅酸鹽水泥。

(3)采用最大粒徑小于2.5 mm的中細(xì)砂。

(4)按施工圖紙要求，在注漿錨桿水泥砂漿中添加的速凝劑和其它外加劑，不含有對(duì)錨桿產(chǎn)生腐蝕作用的成分。

3.3 錨桿成孔

(1)錨桿孔的開(kāi)孔按施工圖紙布置的鉆孔位置或錨桿間距進(jìn)行，孔位偏差不大于100 mm。

(2)錨桿孔的孔軸方向符合施工圖紙要求。施工圖紙未作規(guī)定時(shí)，系統(tǒng)錨桿的孔軸方向垂直于開(kāi)挖面;局部加固錨桿的孔軸方向與可能滑動(dòng)面的傾向相反，其與滑動(dòng)面的交角大于 45°。

(3)錨桿孔的深度符合施工圖紙的規(guī)定，孔深偏差不大于50 mm。

3.4 清孔及注漿

錨桿成孔至設(shè)計(jì)深度后，用壓力風(fēng)清洗干凈鉆孔。水泥砂漿標(biāo)號(hào)按照施工圖紙要求，其強(qiáng)度等級(jí)不低于20 MPa;預(yù)應(yīng)力錨桿水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)不低于30 MPa。錨桿注漿的水泥砂漿配合比在以下范圍內(nèi)通過(guò)試驗(yàn)確定:①水泥 ∶砂=1∶1～1∶2(重量比);②水泥 ∶水=1∶0.38～1 ∶0.45，注漿機(jī)具:錨桿注漿泵。砂漿拌和均勻，邊拌邊用。一次拌和的砂漿在初凝前用完，并防止石塊、雜物混入。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)對(duì)土層錨桿的錨固機(jī)理和現(xiàn)有的計(jì)算理論進(jìn)行了綜述，回顧了錨固工程的應(yīng)用歷史，對(duì)土層錨桿的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了土層錨桿的工作機(jī)理。

(2)論述了錨桿的類型，并對(duì)錨桿的荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)。

(3)錨桿支護(hù)的計(jì)算還不成熟，還需要很多的假定，但錨桿技術(shù)具有結(jié)構(gòu)輕、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益好，施工方便等優(yōu)勢(shì)。

(4)道路開(kāi)挖與支護(hù)可同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，大大縮短施工工期。錨桿施工機(jī)械簡(jiǎn)單，有利于節(jié)省投資成本。

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