幾種土層錨桿的特征與應(yīng)用

張永奇(陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司,陜西西安 710032)

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幾種土層錨桿的特征與應(yīng)用

張永奇
(陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司,陜西西安 710032)

【摘 要】為了在不同地層應(yīng)用錨固技術(shù),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(jìn)行了劃分,歸納出了在土層中應(yīng)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(yīng)用原理進(jìn)行了闡述,并對其適用的地層和應(yīng)用范圍進(jìn)行歸納和比較。對這幾種錨桿恰當(dāng)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(guān)鍵詞】錨桿 類型 地層 施工機(jī)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(jì)性，已經(jīng)應(yīng)用就得到廣泛的推廣，但由于土層的構(gòu)成具有多樣性——松散、軟弱、粘結(jié)、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(jī)械錨固型和粘結(jié)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(yù)成孔錨桿、自鉆式錨桿。

2 常用土層錨桿特征及應(yīng)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(jī)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(yù)應(yīng)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(zhuǎn)換為錨桿。

2.1.2 應(yīng)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(jié)性的雜填土、粘性土、粉土、黃土與弱膠結(jié)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(biāo)高的情況。不適用于:(1)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)(N)低于10擊的砂土邊坡(不經(jīng)濟(jì))，(2)朔性指數(shù)Ip＞20的土，(3)含水豐富的粉細(xì)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(jié)構(gòu)。

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(yù)應(yīng)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(shè)置時預(yù)加拉應(yīng)力，給土體以主動約束。普通錨桿的施工時需預(yù)先成孔，再放錨桿、注漿，最后錨拉。

2.2.2 應(yīng)用

(1)施工前的準(zhǔn)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(gòu)筑物建筑物基礎(chǔ)， 如錨桿超出建筑紅線，還應(yīng)得到有關(guān)部門和單位的批準(zhǔn)和許可。同時也應(yīng)預(yù)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(hù)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(zhuǎn)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(dāng)孔洞較長時，孔洞易向上彎曲，導(dǎo)致土層錨桿張拉時摩擦損失過大。③壓水鉆進(jìn)成孔，一般需要護(hù)壁套管跟進(jìn)，至少要在孔口設(shè)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(dǎo)致孔壁結(jié)構(gòu)易破壞，而且孔壁光滑影響錨固能力。⑤回轉(zhuǎn)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(shù)對土層進(jìn)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(kuò)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(jié)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(jìn)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(yù)設(shè)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(jìn)施工時自帶鋼絞線。(3)當(dāng)旋噴自帶綱絞線錨桿施工到設(shè)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(cè)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(cè)阻力。 c)錨桿端部的錨固體形成的錨固端與錨桿結(jié)合成一整體，改變了傳統(tǒng)錨桿僅靠錨桿體與土層側(cè)阻提供抗拔力。

其缺點是旋噴鉆頭自帶鋼絞線鉆進(jìn)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(yán)重。

2.3.2 應(yīng)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(jìn)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(jī)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(jié)合體，可以根據(jù)工程需要截成任意長度和進(jìn)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(yù)應(yīng)力達(dá)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(qiáng)度聯(lián)結(jié)套可使自鉆式錨桿具有邊鉆進(jìn)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(hù)壁、預(yù)注漿等措施。(5)注漿方便、密實，錨固強(qiáng)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(dāng)，其他土層其性能不如傳統(tǒng)錨桿。

2.4.2 應(yīng)用

自鉆式中空錨桿能適應(yīng)各種復(fù)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(hù)壁、預(yù)注漿等措施的高難度和高費用的問題。目前主要應(yīng)用建(構(gòu))筑物的基坑(槽)和管溝臨時性支護(hù)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(jié)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(yīng)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(jī)理不同，在特殊情況下作用可相互轉(zhuǎn)換。

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

普通錨桿是預(yù)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(jìn)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(dāng)。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(jié)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(yīng)用原理和地質(zhì)類型，恰當(dāng)選擇，配合使用，可以解決目前所有地層的外錨工程。

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