土層擴(kuò)孔壓力型錨桿的錨固機(jī)理探析

向德強(qiáng)

摘 要：在文章中，作者首先簡單介紹了土層錨桿的基本概念及相關(guān)知識，而后結(jié)合某一特定的建筑工程，對擴(kuò)孔壓力型錨桿的應(yīng)用進(jìn)行了實驗分析，包括擴(kuò)孔過程及張拉實驗等。最后總結(jié)了該類錨桿的錨固機(jī)理，明確了壓力型錨桿的抗拉力和抗拔力量更強(qiáng)，符合當(dāng)代建筑的建設(shè)理念。相信未來，擴(kuò)孔壓力型錨桿會在我國各類工程建設(shè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：土層錨桿；擴(kuò)孔壓力型錨桿；錨固機(jī)理

1 土層錨桿概述

作為巖土工程領(lǐng)域的重要技術(shù)手段之一，錨固技術(shù)的使用極大地改變、加固并提升了巖石的本質(zhì)特征，充分地發(fā)揮出工程地點(diǎn)巖石土體的巨大潛力，極大地優(yōu)化了工程結(jié)構(gòu)的承壓能力。就我國目前研究情況來看，關(guān)于巖石錨固技術(shù)的研究較多，而關(guān)于土層錨固技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)則比較少。近年來，隨著深基坑支護(hù)技術(shù)的不斷提高，土層錨桿技術(shù)也得到了更為廣泛的應(yīng)用。

所謂土層錨桿錨固，就是指工作人員將其一端與工程地下的各種支護(hù)機(jī)構(gòu)相連接，而另一端則固定于破裂面之下的穩(wěn)固土體之內(nèi)。這樣一來，錨桿就能將支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的側(cè)向的負(fù)荷傳遞到穩(wěn)固的土體之中，提高結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。就目前來說，隨著各種新技術(shù)手段的不斷涌現(xiàn)，各種新型錨桿也在不斷問世，如擴(kuò)孔型土層錨桿、重復(fù)高壓灌漿型錨桿以及分散壓縮型錨桿等。

2 土層擴(kuò)孔壓力型錨桿的相關(guān)實驗研究及結(jié)果分析

層錨桿的支護(hù)過程主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：在土層中成孔、插入錨桿、對錨桿周圍進(jìn)行注漿以及張拉錨固等。這些工程環(huán)節(jié)的合理與否，將會對整個工程的質(zhì)量產(chǎn)生十分重要的影響。為了進(jìn)一步提高錨桿的承載能力，優(yōu)化工程質(zhì)量，擴(kuò)孔型錨桿受到了廣大工程從業(yè)者的重視，其使用突破了傳統(tǒng)錨桿長度不足造成的不利影響。土層錨桿的承載力主要是由錨固體與周圍土體之間的界面特征所決定的，包括錨固段漿體與鋼筋界面之間的固力、摩擦阻力以及錨固土體保持穩(wěn)定性的力等。擴(kuò)孔型錨桿，也可稱為擴(kuò)大頭錨桿，其受力來源主要包括以下幾個方面：第一，錨固段與土層之間產(chǎn)生的摩擦阻力；第二，擴(kuò)孔段與土體產(chǎn)生的摩擦阻力；第三，擴(kuò)孔端部的承載力。在施工之前，工作人員必須充分了解土層錨固技術(shù)的工作原理以及相應(yīng)的受力情況，這樣才能使錨桿與周圍土層之間很好地連接起來，充分實現(xiàn)錨固的效果。

為了充分鑒定擴(kuò)孔型錨桿的性能，作者對錨桿進(jìn)行了實驗研究與分析。現(xiàn)有一工程建設(shè)項目，其基本情況如下：該建筑有六層，同時有兩層地下室。項目施工人員計劃采用框架施工結(jié)構(gòu)，在基坑開挖時采用兩級形式進(jìn)行，其中第一級采用放坡、噴錨以及單雙軸水泥攪拌樁的支護(hù)形式，而第二級采用SMw技術(shù)功法、局部設(shè)內(nèi)支撐、三軸水泥攪拌樁的支護(hù)形式。下面，作者將對該實驗的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行分析，并探討土層擴(kuò)孔壓力型錨桿的錨固機(jī)理，以便使該類錨桿在未來得到更為廣泛的應(yīng)用。

為了充分鑒定擴(kuò)孔型錨桿在施工過程中應(yīng)用的可行性，作者對錨桿進(jìn)行了實驗，主要選取了5根錨桿，所有的錨桿均采用25精軋的螺紋鋼。工程施工地點(diǎn)的土層經(jīng)檢驗為中砂，錨固段的直徑為20厘米。為了更好地了解錨桿的性能，作者對這五根錨桿進(jìn)行了編號，并做好實時記錄。整個實驗周期為15天，實驗過程完全按照建筑工程的施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，并通過穿心式的油壓千斤頂對錨桿的承受壓力進(jìn)行逐級增加。為了保證數(shù)據(jù)的真實性，作者在錨桿易于變形的方向安裝了百分表測讀。

同時，擴(kuò)孔過程如下：首先，作者將鉆桿下方插至孔的底部，并以此來測算鉆管的深度與套管的深度是否一致或者合適。一般來說，鉆桿的深度必須大于套管的深度，同時兩者數(shù)量要保持一致。其次，進(jìn)行第一節(jié)擴(kuò)孔，按照“鉆進(jìn)引孔→一節(jié)鉆桿到底后提升鉆桿→從上至下擴(kuò)孔→一節(jié)鉆桿到底后，從下向上擴(kuò)孔至套管深度→向前推進(jìn)該節(jié)鉆桿，安裝第二節(jié)鉆桿”的步驟進(jìn)行。之后，工作人員可以進(jìn)行逐次擴(kuò)孔、二次擴(kuò)孔、三次擴(kuò)孔等。當(dāng)深度合理以后，作者停止鉆孔，同時要記錄下漿液的用量，看是否有返漿的現(xiàn)象。再次，取出鉆桿、拔出套管，然后進(jìn)行注漿。同時，要做到及時補(bǔ)漿。作者對所有的錨桿進(jìn)行了張拉實驗，經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)，上部非擴(kuò)孔段長為14米，直徑為3.5米；擴(kuò)孔段為4米，直徑為6米，土層特征E為30MPa，C為 40MPa。同時，經(jīng)比較普通錨桿與土層擴(kuò)張型錨桿，作者發(fā)現(xiàn)后者的抗拉力更強(qiáng)。

3 數(shù)值模擬

在本次實驗過程中，作者主要采用了FLAC計算方法，模擬了土層、巖石以及其他結(jié)構(gòu)材料的特性，這些材料在達(dá)到屈服極限時會發(fā)生塑性流動。通過單元和區(qū)域的表達(dá)形式，工作人員可以自動地調(diào)解各個體系，從而模擬不同物體的形狀。FLAC程序還可以模擬滑坡和斷裂發(fā)生的位置，并進(jìn)行動態(tài)分析。

通過分析，作者發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔壓力型錨桿的抗拔能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于拉力型的錨桿。一般來說，在同等荷載下，拉力型錨桿更容易被破壞，例如會表現(xiàn)出錨桿頂端出現(xiàn)位移，或者油泵出現(xiàn)回油等現(xiàn)象。這樣一來，它所承受的荷載就不能繼續(xù)增加。但擴(kuò)孔壓力型錨桿的錨固段在相同荷載下，其承載力并沒有達(dá)到極限。因此，擴(kuò)孔錨桿的抗拔力更強(qiáng)，同時成本投入較低，有利于提高工程的經(jīng)濟(jì)效益等。

4 結(jié)束語

由于各種主客觀因素的影響，工程建設(shè)的情況也會有所不同。工作人員必須做好與工程建設(shè)項目相關(guān)的土層錨桿的力學(xué)特征研究，充分了解錨桿荷載的承受及傳遞情況。通過上面普通錨桿與土層擴(kuò)張型錨桿的比較分析，我們可以看出，土層擴(kuò)張型錨桿的抗拉力更強(qiáng)；在同等荷載下，拉力型錨桿更容易被破壞；擴(kuò)孔錨桿的抗拔力更強(qiáng)，同時成本投入較低。因此，在未來的工程建設(shè)過程中，我們應(yīng)該大力推廣土層擴(kuò)張型錨桿的使用，這有利于優(yōu)化提升工程的質(zhì)量，對于減少企業(yè)的財支出，進(jìn)一步提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等方面具有十分重要的意義。

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