錨固技術(shù)幾個(gè)關(guān)鍵問題（共84頁圖文豐富）

1、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(gè)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(diǎn) 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(jià) 主動(dòng)制約機(jī)制 隨機(jī)補(bǔ)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

2、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100 t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(yàn)沉箱下沉加壓

3、洞室變形控制一、巖土錨固技術(shù)概述6）沖擊區(qū)的抗浮及防護(hù)壩下游沖擊區(qū)防護(hù)排洪洞沖擊區(qū)防護(hù)一、巖土錨固技術(shù)概述7）各種構(gòu)筑物的穩(wěn)定與錨固橋墩基礎(chǔ)加固懸臂橋錨固吊橋橋墩錨固大跨度結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定一、巖土錨固技術(shù)概述錨桿2 錨桿（索）類型與特點(diǎn)2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與非預(yù)應(yīng)力錨桿預(yù)應(yīng)力錨桿與非預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較（a）預(yù)應(yīng)力錨桿 (anchor) （b）非預(yù)應(yīng)力錨桿(bolt)預(yù)應(yīng)力錨桿與非預(yù)應(yīng)力錨桿受力特性比較2.1 預(yù)應(yīng)力錨桿與非預(yù)應(yīng)力錨桿預(yù)應(yīng)力錨桿非預(yù)應(yīng)力錨桿1、安裝后能及時(shí)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(dòng)錨桿才能被動(dòng)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

4、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(yàn)錨桿的承載能力5、尚缺乏檢驗(yàn)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)力錨桿與非預(yù)應(yīng)力錨桿2.2拉力型與壓力型錨桿拉力型錨桿和壓力型錨桿結(jié)構(gòu)示意圖(a)拉力型錨桿 (b)壓力型錨桿拉力型錨索結(jié)構(gòu)示意圖圖3 壓力型錨索的結(jié)構(gòu)圖 拉力型與壓力型錨桿的荷載分布2.3 荷載集中型與荷載分散型錨桿荷載集中型荷載分散型荷載集中型與

5、荷載分散型錨桿工作特性比較荷載集中型錨桿粘結(jié)應(yīng)力分布特征單孔復(fù)合錨固；荷載分散；灌漿體由受拉變?yōu)槭軌?。壓力分散型結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖壓力分散型錨桿(單孔復(fù)合錨固）粘結(jié)應(yīng)力分布特征荷載分散型錨桿承載體的構(gòu)造拉力集中型壓力分散型簡單防腐灌漿體受拉易開裂多層防腐灌漿體受壓不易開裂壓力分散型錨固的耐久性顯著提高拉力分散型錨索結(jié)構(gòu)圖2.4 可重復(fù)高壓灌漿型錨桿錨桿結(jié)構(gòu)圖注漿套管工作原理密封性均勻性重復(fù)性預(yù)埋二次劈裂灌漿管密封裝置重復(fù)高壓灌漿型錨固技術(shù)的優(yōu)越性抗拔力提高 60120% ；蠕變量減小 1/22/3 ；節(jié)約造價(jià) 1/3 左右。 一次常壓灌漿體與二次 高壓灌漿體的比較2.5 擴(kuò)體型錨桿錨桿荷載傳遞方式的比

6、較(a)摩擦型 (b)摩擦支承復(fù)合型（1）底端擴(kuò)體型錨桿 爆炸成型的底端擴(kuò)體錨桿用旋轉(zhuǎn)葉片形成的擴(kuò)體錨桿固定地層 砂固定長度：610m極限承載力 9001400 kN比=12cm的圓柱體錨固體承載力提高23倍。（2）多段擴(kuò)體型錨桿擴(kuò)體型錨桿承載力計(jì)算砂性土黏性土3 錨頭及錨桿構(gòu)件錨頭設(shè)計(jì)錨頭是均衡地向錨桿體傳遞外力的主要部件。錨頭通常由錨具、承壓板和臺(tái)座組成。錨頭一般形式有：4 錨桿防腐錨桿的防腐設(shè)計(jì)1. 一般要求： 應(yīng)按錨桿的使用年限、錨桿所處環(huán)境的腐蝕程度及錨桿破壞后果等因素確定防腐類型與標(biāo)準(zhǔn)。 錨桿防腐的有效期應(yīng)當(dāng)?shù)扔阱^桿的有效期。 錨桿在其全部自由長度上必須能夠自由移動(dòng)，錨桿試驗(yàn)與加荷

7、時(shí)所有荷載都能由自由段傳到錨固段。 錨桿的防護(hù)設(shè)施必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，在錨桿加荷時(shí)不致破壞。 錨桿及其防護(hù)系統(tǒng)在制作、運(yùn)輸和安裝過程中不應(yīng)受到破壞。 防護(hù)系統(tǒng)的材料在預(yù)料的工作環(huán)境內(nèi)保持不開裂、不變脆或成為流體；具有化學(xué)穩(wěn)定性，不與相鄰材料發(fā)生反應(yīng)，并保持其抗?jié)B性。2. 環(huán)境侵蝕性：PH 4.5電阻率 2000.cm出現(xiàn)硫化物出現(xiàn)復(fù)雜電流或造成對其他地下混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)侵蝕3. 錨桿的防護(hù)類型與等級(jí)一級(jí)防護(hù)：雙層防腐保護(hù)，預(yù)應(yīng)力筋全長均有套管二級(jí)防護(hù)：單層防腐保護(hù)，錨固段預(yù)應(yīng)力筋僅用灌漿防腐錨桿的防腐設(shè)計(jì)錨桿的防腐保護(hù)決策圖錨桿使用壽命臨時(shí)（24月）地層侵蝕性有侵蝕無侵蝕二級(jí)防護(hù)無防護(hù)地

8、層侵蝕性未知或有侵蝕無侵蝕一級(jí)防護(hù)嚴(yán)重破壞后果一級(jí)防護(hù)不嚴(yán)重地方價(jià)格增量便宜 昂貴一級(jí)防護(hù)二級(jí)防護(hù)錨桿的防腐保護(hù)要求防護(hù)等級(jí)錨桿類型錨 頭自 由 段錨 固 段拉力型壓力型拉力型一級(jí)二級(jí) 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桿一級(jí)防護(hù)構(gòu)造拉力型錨桿二級(jí)防護(hù)構(gòu)造可重復(fù)張拉錨桿的錨頭防護(hù)構(gòu)造5 錨桿的張拉與鎖定錨桿的張拉鎖定影響錨桿初始張拉力的因素地層徐變鋼質(zhì)桿體的松弛套管與桿體鋼材的摩

9、擦地層內(nèi)部粘性土層的壓密預(yù)應(yīng)力筋材錨固時(shí)的定位錨桿的變形錨桿變形組成：桿體自由段的彈性伸長、錨固體與地層間的剪切變形錨桿變形一般由試驗(yàn)確定，摩擦型可按下式估算：摩擦型錨桿的變形量估算施加于錨桿上的拉力錨固體直徑變形量地層抗剪切系數(shù)錨固自由段長度錨固段長度錨固體橫截面積錨桿桿體橫截面積錨固體彈性模量錨桿桿體彈性模量錨桿灌漿體彈性模量錨桿灌漿體橫截面積錨桿初始張拉力（鎖定荷載）值：巖體加固與邊坡抗滑錨固，因巖體松散而施加的預(yù)應(yīng)力或加固地基和抵抗下滑力而設(shè)置的錨桿，以拉力設(shè)計(jì)值（工作荷載）作為鎖定荷載。結(jié)構(gòu)物背面地層為松散土層，一般情況鎖定荷載為設(shè)計(jì)拉力設(shè)計(jì)值的0.60.8倍。對允許變形的結(jié)構(gòu)物的錨

10、固，被錨固的結(jié)構(gòu)物采用鉸接構(gòu)造，允許其變位時(shí)錨桿不必按設(shè)計(jì)拉力鎖定，可根據(jù)設(shè)計(jì)條件決定鎖定荷載，一般取設(shè)計(jì)拉力值的0.50.7倍。預(yù)計(jì)地層有明顯徐變的情況，可先將錨桿張拉到設(shè)計(jì)拉力值的1.21.3倍，然后退回到設(shè)計(jì)拉力值鎖定。錨桿的張拉鎖定6 錨桿現(xiàn)場檢驗(yàn)主要有基本試驗(yàn)，驗(yàn)收試驗(yàn)和蠕變試驗(yàn)?；驹囼?yàn)（錨桿的性能試驗(yàn)、破壞性試驗(yàn)）任何一種新型錨桿或已有錨桿品種用于未曾用過的地層時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)。錨桿基本試驗(yàn)是錨桿工程施工前，在現(xiàn)場進(jìn)行的錨桿極限抗拔承載力試驗(yàn)。采用分級(jí)加荷、卸荷的增量試驗(yàn)法，記錄起始荷載下和每次加荷、卸荷時(shí)錨桿的位移。其目的是確定錨桿的極限承載力和錨桿設(shè)計(jì)參 數(shù)的合理性，為錨

11、桿設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。1錨桿基本試驗(yàn)的最大試驗(yàn)荷載不宜超過錨桿承載力標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍；2錨桿基本試驗(yàn)應(yīng)采用分級(jí)循環(huán)加卸載法，加荷等級(jí)和錨頭位移測讀時(shí)間間隔應(yīng)符合下表的規(guī)定。檢測數(shù)量（1）同一工程在同一條件（錨桿參數(shù)及所處地層條件、施工工藝相同）下進(jìn)行錨桿極限抗拔試驗(yàn)，基本試驗(yàn)和蠕變試驗(yàn)的數(shù)量不少于3根。（2）驗(yàn)收試驗(yàn)的錨桿數(shù)量不得少于錨桿總數(shù)的5%，且不得少于3根，對有特殊要求的工程，可按設(shè)計(jì)要求增加驗(yàn)收檢測錨桿的數(shù)量。（3）對任何一種本地區(qū)未做過的新型錨桿，應(yīng)事先通過試驗(yàn)確定其可行性，并選擇錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)。檢測條件控制錨桿抗拔試驗(yàn)應(yīng)滿足以下條件：（1）錨桿極限抗拔試驗(yàn)采用的地層條件、桿體材料、

12、錨桿參數(shù)和施工工藝必須與工程錨桿相同；（2）錨桿錨固段的漿體強(qiáng)度達(dá)到15MPa或達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的75%時(shí)，方可進(jìn)行錨桿試驗(yàn)。注：1、在每級(jí)加荷等級(jí)觀測時(shí)間內(nèi)，測讀錨頭位移不應(yīng)少于3次；2、預(yù)估破壞荷載可以根據(jù)拉桿標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度計(jì)算即為Asfptk，式中As錨桿桿體（筋體）的截面面積；fptk錨桿桿體（筋體）抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 （二） 錨桿（索）的驗(yàn)收試驗(yàn) 錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)是在錨固工程完工后為了檢驗(yàn)所施工的錨桿是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求而進(jìn)行的檢驗(yàn)性抗拔試驗(yàn)，該試驗(yàn)起到鑒別工程是否符合要求的目的。錨桿驗(yàn)收試驗(yàn)滿足以下條件，即為合格： （1）驗(yàn)收試驗(yàn)所得的總彈性位移超過自由段長度理論彈性伸長的80，但小于自由段長度與

13、12錨固段長度之和的理論彈性伸長。（2）在最大試驗(yàn)荷載作用下，錨頭位移趨于穩(wěn)定。驗(yàn)收試驗(yàn)驗(yàn)收試驗(yàn)旨在快速經(jīng)濟(jì)地確定錨桿是否具有足夠的承載力、錨桿自由段長度是否滿足要求和錨桿蠕變在規(guī)定的范圍內(nèi)是否穩(wěn)定。 1最大試驗(yàn)荷載應(yīng)取錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值的1.0倍；2加荷等級(jí)及錨頭位移測讀時(shí)間間隔應(yīng)符合下列規(guī)定； 初始荷載宜取錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值Nt的0.1倍； 加荷等級(jí)及觀測時(shí)間按表3-2規(guī)定進(jìn)行； 每級(jí)荷載應(yīng)穩(wěn)定510min，在每級(jí)加荷等級(jí)觀測時(shí)間內(nèi)，測讀錨頭位移不應(yīng)少于3次，并記錄荷載施加后1min、6min、10min時(shí)的位移量。如在110min內(nèi)錨頭位移增量超過1mm，則該級(jí)荷載應(yīng)再維持50min，并

14、在荷載施加后15min、20min、25min、30min、45min和60min時(shí)記錄錨頭位移增量。 加荷至最大試驗(yàn)荷載并觀測15min，待位移穩(wěn)定后即卸荷至0.1Nt，并測讀錨頭位移。然后加荷至鎖定荷載鎖定。 試驗(yàn)結(jié)果宜按每級(jí)荷載對應(yīng)的錨頭位移列表整理，并繪制荷載位移（Q-s）曲線。（三） 錨桿（索）的蠕變試驗(yàn) 在軟粘土中設(shè)置的錨桿，在較大荷載作用下會(huì)產(chǎn)生很大的蠕變變形，為了掌握軟粘土中的錨桿的工作特性，國內(nèi)外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都對錨桿的蠕變試驗(yàn)作了相應(yīng)的規(guī)定。我國有關(guān)錨桿標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡塑性指數(shù)大于20的土層中的錨桿，均應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗(yàn)，且試驗(yàn)的根數(shù)不應(yīng)少于3根。蠕變試驗(yàn)塑性指數(shù)大于17的軟土層和蠕變

15、變形明顯的巖體中的錨桿應(yīng)進(jìn)行蠕變試驗(yàn)，用作蠕變試驗(yàn)的錨桿不應(yīng)少于3根。錨桿蠕變試驗(yàn)加荷等級(jí)與觀測時(shí)間見表3-3，在觀測時(shí)間內(nèi)荷載必須保持恒定，錨頭位移趨于穩(wěn)定。每級(jí)荷載作用下按時(shí)間間隔(min)1，2，3，4，5，10，15，20，30，45，60，75，90記錄錨頭蠕變量。 蠕變試驗(yàn)的加荷等級(jí)和觀測時(shí)間應(yīng)滿足表6.13的要求，在觀測時(shí)間內(nèi)，荷載必須保持恒定，每級(jí)荷載下觀測蠕變量隨時(shí)間的變化。最后將每級(jí)荷載下的錨桿蠕變量一時(shí)間對數(shù)曲線在slgt坐標(biāo)系中繪出。定義Slgt曲線的斜率值(slgt曲線為直線)為蠕變系數(shù)。式中：Ks某一級(jí)荷載下的蠕變系數(shù)；s1t1時(shí)刻的蠕變量；s2t2時(shí)刻的蠕變量。錨桿蠕變試驗(yàn)所測得的最后一級(jí)荷載下的最終一段觀測時(shí)間內(nèi)的蠕變系數(shù)不應(yīng)大于2.0mm。（四） 錨桿（索）的長期觀測 錨桿張拉鎖定后第一個(gè)月內(nèi)每日觀測1次；2-3個(gè)月內(nèi)每周觀測1次；4-6個(gè)月內(nèi)每月觀測3次；7個(gè)月-1年內(nèi)每月觀測2次；1年以后每月觀測1次。在觀測工程中，如出現(xiàn)異常，應(yīng)立即進(jìn)行檢查，處理完畢后，方能繼續(xù)觀測。錨桿設(shè)置后，連續(xù)觀測超過24h就可稱為錨桿的長期觀測，其目的是掌握錨桿預(yù)應(yīng)力或位移變