張永奇(陜西建工機械施工集團有限公司,陜西西安 710032)

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幾種土層錨桿的特征與應用

張永奇
(陜西建工機械施工集團有限公司,陜西西安 710032)

【摘 要】為了在不同地層應用錨固技術,發(fā)揮錨固原理的優(yōu)勢,產(chǎn)生了多種形式的錨桿。本文對目前工程中多種形式錨桿進行了劃分,歸納出了在土層中應用比較多、比較成功的幾種土層錨桿,對這幾種錨桿的特性和應用原理進行了闡述,并對其適用的地層和應用范圍進行歸納和比較。對這幾種錨桿恰當選擇,能夠有效的、合理的解決目前遇到的所有土層的錨固問題。

【關鍵詞】錨桿 類型 地層 施工機械

土層錨桿(土錨)是借鑒巖石錨桿發(fā)展起來的。由于錨桿的可靠性和經(jīng)濟性，已經(jīng)應用就得到廣泛的推廣，但由于土層的構成具有多樣性——松散、軟弱、粘結、透水的混合介質(zhì)的特點，為了能夠在于不同地層發(fā)揮錨桿的優(yōu)勢，產(chǎn)生了多種形式的土層錨桿。

1 錨桿的種類

錨桿按錨固長度可劃分為集中( 端頭) 錨固類錨桿和全長錨固類錨桿。

按錨固方式可分為機械錨固型和粘結錨固型。按所錨固的介質(zhì)可分為巖固體錨桿，土層(包括離散介質(zhì))錨桿。按錨桿體的材質(zhì)可分為鋼絲繩錨桿、普通鋼筋錨桿、玻璃鋼錨桿、木錨桿和竹錨桿等。

按錨桿施工時的成孔方式可分為預成孔錨桿、自鉆式錨桿。

2 常用土層錨桿特征及應用

2.1 土釘

2.1.1 土釘特征

土釘也稱作砂漿錨桿，也有在土體中直接打入角鋼、鋼管、粗鋼筋來加固土體的，也叫土釘。土釘與錨桿有著不同的工作機理，但在一定的受力情況下也起到了和錨桿的相同作用。土釘?shù)闹饕饔弥皇羌庸涕_挖面上的局部土體，防止其崩落和受到侵蝕。被加固了的土體類似重力式擋土墻。土釘一般不加預應力的，土釘只有在土體發(fā)生變形以后才能使它被動受力，通過受拉給土體以約束、加固或使其穩(wěn)定，此時作用轉換為錨桿。

2.1.2 應用

土釘主要用于形成土釘墻來抵抗墻后的土壓力，并且保持開挖面的穩(wěn)定。

主要適用于: 有一定粘結性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結的砂土邊坡。且地下水位低于開挖層或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖標高的情況。不適用于:(1)標準貫入擊數(shù)(N)低于10擊的砂土邊坡(不經(jīng)濟)，(2)朔性指數(shù)Ip＞20的土，(3)含水豐富的粉細砂層，砂卵石層土釘法，(4)沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥土層，(5)腐蝕性土如煤渣、煤灰、爐渣、酸性礦物廢料等土質(zhì)作永久性支擋結構。

2.2 普通錨桿

2.2.1 特征

普通錨桿一般指鋼絲繩砂漿錨桿。隨著發(fā)展錨桿筋可由鋼絞線、預應力螺紋鋼、普通鋼筋或鋼管等。土層錨桿根據(jù)主動滑動面分為自由段和錨固段，土層錨桿的自由段處于不穩(wěn)定土層中，其作用是將錨頭所承受的荷載傳遞到錨錨固段去。錨固段處于穩(wěn)定土層中，通過與土層的緊密接觸將錨桿所受荷載分布到周圍土層中去。錨桿設置時預加拉應力，給土體以主動約束。普通錨桿的施工時需預先成孔，再放錨桿、注漿，最后錨拉。

2.2.2 應用

(1)施工前的準備。對錨桿施工的區(qū)域土層必須清楚了解，查明錨桿觸及區(qū)的地下管線、構筑物建筑物基礎， 如錨桿超出建筑紅線，還應得到有關部門和單位的批準和許可。同時也應預測在錨桿使用期內(nèi)錨桿影響區(qū)內(nèi)的施工對錨桿的施工和未來使用的而影響。

(2)成孔。土層錨桿的能否成孔和成孔質(zhì)量直接影響錨桿的承載能力、施工效果和整個支護工程的成本。

①人工洛陽鏟取土成孔，要求必須是水位以上粘性土、砂性土和壓縮性好的砂層。缺點是成孔深度不宜超過12米。②回轉式螺旋成孔，該法對粘土、粉質(zhì)粘土、密實性和穩(wěn)定性好的砂土等土層使用。其缺點是當孔洞較長時，孔洞易向上彎曲，導致土層錨桿張拉時摩擦損失過大。③壓水鉆進成孔，一般需要護壁套管跟進，至少要在孔口設置套管。適用于軟粘土、砂土、雜填土，優(yōu)點是在可以防止塌孔、不留殘土，軟、硬土都適用，但不適宜特殊土:如膨脹土、濕陷性黃土的土體。缺點是成本稍高、施工現(xiàn)場易積水，易造成污染。④沖擊式潛鉆成孔，適宜于孔隙率大、含水量較低的土層中，也可在卵石、礫石的土層中成孔。它的優(yōu)點是成孔速度快、孔壁光管而堅實、不出土，無孔壁坍塌和堵塞現(xiàn)象。缺點是在含水量較高的土層因沖震導致孔壁結構易破壞，而且孔壁光滑影響錨固能力。⑤回轉沖擊式成孔 對于粘土加卵石、砂土加卵石的地層中，一般成孔同時跟套管。這種成孔方式成本相對較高，主要處理其他成孔方式無法解決的砂卵石土層。

以上五種類型的成孔方式可以解決所有土層的成孔問題，但是施工難度和成本也是從①～⑤逐步增加。

2.3 旋噴錨桿

2.3.1 特征

旋噴錨桿，是在用高壓旋噴技術對土層進行加固的同時將鋼絞線直接帶入土中形成錨桿，根據(jù)需要還可形成擴大頭。相對普通錨桿的不同是:鉆孔和安裝錨桿筋是同時開始和結束，普通錨桿是通過后注的砂漿凝固形成的錨體與周圍土體作用受力，旋噴錨桿是在鉆進時噴漿加固土體與周圍土體作用受力，桿筋與周圍土體的傳力介質(zhì)為水泥土，其實質(zhì)“水泥土鋼絲繩錨桿”。

旋噴錨桿利用高壓旋噴在軟弱土層中形成抗拔力較大的錨固體，在旋噴加固土體的同時將鋼絞線直接帶入預設土層中，克服了傳統(tǒng)錨桿不能在軟弱土層中施工的局限性。

工藝特點:(1)高壓旋噴形成了較大的錨固體。 (2)鉆進施工時自帶鋼絞線。(3)當旋噴自帶綱絞線錨桿施工到設計要求的位置時，鉆桿帶著鉆頭自動退出，完成了錨桿的施工。(4)錨桿直徑可控性好。(5) 抗拔力大。較大的錨桿體直徑增加了錨桿體與土層的側阻面積。b)高壓旋噴注漿改善了錨桿周圍土層的性能，增加了錨固體周圍土層的單位側阻力。 c)錨桿端部的錨固體形成的錨固端與錨桿結合成一整體，改變了傳統(tǒng)錨桿僅靠錨桿體與土層側阻提供抗拔力。

其缺點是旋噴鉆頭自帶鋼絞線鉆進時如果操作不熟練常常遇到空難，如果中途失敗在這種情況下就要先施工旋噴體，再按傳統(tǒng)工藝施工錨桿，有可能在深處鉆孔不能居中，甚至鉆出旋噴體。其次在施工時水泥土漿液流失較嚴重。

2.3.2 應用

旋噴自帶鋼絞線錨桿適用于土體顆粒在粗圓礫(粒徑范圍20～60mm)以下各種土層地質(zhì)，尤其對深厚淤泥、軟土、流砂、飽和流塑土層等更能發(fā)揮其優(yōu)勢。旋噴錨桿的施工方法，解決在軟土的淤泥層無錨固力不能施工的難題，必免了在松散砂礫土層，為了有孔下錨筋采用套管跟進法，水沖返循環(huán)產(chǎn)生突涌、涌砂、涌水、地面難操作等問題，降低了施工造價，節(jié)約了施工工期。

2.4 自鉆中空錨桿

2.4.1 特征

自鉆式錨桿實現(xiàn)了錨桿成孔、注漿、錨固等功能的統(tǒng)一。中空錨桿體既是鉆桿，又是注漿管，同時也是土壓力的承載體。錨桿端部聯(lián)接一次性鉆頭，利用鉆機將桿體打入地層，再通過桿體的中孔向地層注漿，使錨桿桿體外裹水泥砂漿或水泥凈漿體，沿桿體與周圍土體接觸，并形成一個結合體，可以根據(jù)工程需要截成任意長度和進行任意連接，施工速度快，使用方便。它可像土釘一樣群體起作用，也可施加預應力達到單個錨桿的作用。

工藝特點:(1)錨桿采用無縫鋼管制作，表面加工成螺紋狀，實現(xiàn)了錨桿成孔、注漿、錨固等功能的統(tǒng)一。(2)自鉆式錨桿所配套各類專用鉆頭，可適用于各類地層。(3)高強度聯(lián)結套可使自鉆式錨桿具有邊鉆進邊加長的特性。(4)由于采用錨桿桿體作為鉆桿，成孔時不需套管護壁、預注漿等措施。(5)注漿方便、密實，錨固強度增大。

其缺點是由于錨桿體的直徑有限，不能提供更大的錨固力，但在砂礫層其抗拔承載力和變形都大于與110mm直徑錨桿體相當，其他土層其性能不如傳統(tǒng)錨桿。

2.4.2 應用

自鉆式中空錨桿能適應各種復雜地質(zhì)條件，特別解決了旋噴錨桿在砂卵地層不能施工，傳統(tǒng)錨桿在成孔時需套管護壁、預注漿等措施的高難度和高費用的問題。目前主要應用建(構)筑物的基坑(槽)和管溝臨時性支護工程。以及地下水位低的地區(qū)能保持降水至基坑底面以下，有一定膠結能力和密實程度的地層，如粘土、粉土、砂土、圓礫與卵石地層均可應用，特別適用于普通錨桿或土釘無法成孔的砂卵石地層。

3 幾種土層錨桿的比較

土釘和錨桿形式類似機理不同，在特殊情況下作用可相互轉換。

普通錨桿可在任何土層成錨，但有些復雜土層施工難度大，成本高，受力效果不理想。

普通錨桿是預成孔，再放拉桿；旋噴錨桿和自鉆中空錨桿都是成孔和按拉桿同時進行的。

旋噴錨桿解決普通錨桿在特殊土層，如淤泥、軟土、松散砂層、飽和流塑黏土和有豐富地下水源的情況難以成孔、成錨，抗拔力難以保證的問題，而且極限承載力還是抵抗變形能力高于傳統(tǒng)錨桿，施工難度也降低了。

中空自鉆錨桿解決了其他錨桿在砂卵石地層中的成錨施工難度大，成本高的缺點，而且中空自鉆錨桿在砂卵石地層的承載力和變形和普通錨桿相當。很好的解決了普通錨桿的錨桿施工的一個薄弱區(qū)域。

4 結語

土釘、普通錨桿、旋噴錨桿、中空錨桿，這四種土層錨桿，依據(jù)應用原理和地質(zhì)類型，恰當選擇，配合使用，可以解決目前所有地層的外錨工程。

參考文獻:

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