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1、叶四桥 博士/教授 注册岩土工程师2013年12月锚固技术几个关键问题1 岩土锚固技术概述一、岩土锚固技术概述什么是岩土锚固技术 锚固是指通过可确定力的方向和大小的锚固受拉杆件（钢筋或钢绞线等），将被加固的岩土体或建筑结构体与相对稳定的岩土体“锚”在一起，以达到限制被加固岩土体有害变形的发展，保护围岩、边坡、建筑结构体等的稳定。锚杆、稻草土砖、加筋土锚固技术的特点 充分发挥岩土体自身能量，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力 大大减轻结构物自重，节约工程造价 主动制约机制 随机补强 深层控制一、岩土锚固技术概述锚固技术的分类按应用对象分类岩石锚固土层锚固海洋锚固按施加预应力分类预应力锚固非预应力

2、锚固巨型锚固：锚固力大于800t大型锚固：锚固力300 800t小型锚固：锚固力100 t中型锚固：锚固力100 300t按锚固机理分类粘结型锚固摩擦型锚固混合型端头锚固型一、岩土锚固技术概述按锚固体传力形式压力型锚固拉力型锚固剪力型锚固按锚固体形态圆柱型端头扩大型连续球体型一、岩土锚固技术概述锚固技术的分类锚固技术的应用领域1）深基础工程基坑支护地下停车场地下室抗浮地下铁道或地下街一、岩土锚固技术概述2）边坡稳定边坡加固斜坡挡土滑坡防治锚固挡墙一、岩土锚固技术概述3）结构抗倾防止高塔倾倒防止高架桥倾倒防止高坝倾倒防止挡土墙倾倒一、岩土锚固技术概述4）加压装置5）洞室加固桩荷载试验沉箱下沉加压

3、洞室变形控制一、岩土锚固技术概述6）冲击区的抗浮及防护坝下游冲击区防护排洪洞冲击区防护一、岩土锚固技术概述7）各种构筑物的稳定与锚固桥墩基础加固悬臂桥锚固吊桥桥墩锚固大跨度结构物稳定一、岩土锚固技术概述锚杆2 锚杆（索）类型与特点2.1 预应力锚杆与非预应力锚杆预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造比较（a）预应力锚杆 (anchor) （b）非预应力锚杆(bolt)预应力锚杆与非预应力锚杆受力特性比较2.1 预应力锚杆与非预应力锚杆预应力锚杆非预应力锚杆1、安装后能及时提供支护抗力，使岩体处于三轴应力状态1、安装后地层移动锚杆才能被动地发挥作用2、控制地层与结构物变形能力强2、控制地层与结构物变形

4、能力差3、按一定密度布置锚杆，施加预应力后能在地层内形成压缩区，有利于地层稳定3、难于在地层内形成压缩区4、预加应力后，能明显地提高潜在滑移面或岩石软弱结构面的抗剪强度4、仅靠杆体自身强度发挥其抗拉抗剪作用5、张拉工序能检验锚杆的承载能力5、尚缺乏检验此类锚杆施工质量与承载力的有效方法6、结构构造与施工工艺比较复杂6、结构简单，施工方便2.1 预应力锚杆与非预应力锚杆2.2拉力型与压力型锚杆拉力型锚杆和压力型锚杆结构示意图(a)拉力型锚杆 (b)压力型锚杆拉力型锚索结构示意图图3 压力型锚索的结构图 拉力型与压力型锚杆的荷载分布2.3 荷载集中型与荷载分散型锚杆荷载集中型荷载分散型荷载集中型与

5、荷载分散型锚杆工作特性比较荷载集中型锚杆粘结应力分布特征单孔复合锚固；荷载分散；灌浆体由受拉变为受压。压力分散型结构构造图压力分散型锚杆(单孔复合锚固）粘结应力分布特征荷载分散型锚杆承载体的构造拉力集中型压力分散型简单防腐灌浆体受拉易开裂多层防腐灌浆体受压不易开裂压力分散型锚固的耐久性显著提高拉力分散型锚索结构图2.4 可重复高压灌浆型锚杆锚杆结构图注浆套管工作原理密封性均匀性重复性预埋二次劈裂灌浆管密封装置重复高压灌浆型锚固技术的优越性抗拔力提高 60120% ；蠕变量减小 1/22/3 ；节约造价 1/3 左右。 一次常压灌浆体与二次 高压灌浆体的比较2.5 扩体型锚杆锚杆荷载传递方式的比

6、较(a)摩擦型 (b)摩擦支承复合型（1）底端扩体型锚杆 爆炸成型的底端扩体锚杆用旋转叶片形成的扩体锚杆固定地层 砂固定长度：610m极限承载力 9001400 kN比=12cm的圆柱体锚固体承载力提高23倍。（2）多段扩体型锚杆扩体型锚杆承载力计算砂性土黏性土3 锚头及锚杆构件锚头设计锚头是均衡地向锚杆体传递外力的主要部件。锚头通常由锚具、承压板和台座组成。锚头一般形式有：4 锚杆防腐锚杆的防腐设计1. 一般要求： 应按锚杆的使用年限、锚杆所处环境的腐蚀程度及锚杆破坏后果等因素确定防腐类型与标准。 锚杆防腐的有效期应当等于锚杆的有效期。 锚杆在其全部自由长度上必须能够自由移动，锚杆试验与加荷

7、时所有荷载都能由自由段传到锚固段。 锚杆的防护设施必须具有足够的强度和韧性，在锚杆加荷时不致破坏。 锚杆及其防护系统在制作、运输和安装过程中不应受到破坏。 防护系统的材料在预料的工作环境内保持不开裂、不变脆或成为流体；具有化学稳定性，不与相邻材料发生反应，并保持其抗渗性。2. 环境侵蚀性：PH 4.5电阻率 2000.cm出现硫化物出现复杂电流或造成对其他地下混凝土结构的化学侵蚀3. 锚杆的防护类型与等级一级防护：双层防腐保护，预应力筋全长均有套管二级防护：单层防腐保护，锚固段预应力筋仅用灌浆防腐锚杆的防腐设计锚杆的防腐保护决策图锚杆使用寿命临时（24月）地层侵蚀性有侵蚀无侵蚀二级防护无防护地

8、层侵蚀性未知或有侵蚀无侵蚀一级防护严重破坏后果一级防护不严重地方价格增量便宜 昂贵一级防护二级防护锚杆的防腐保护要求防护等级锚杆类型锚 头自 由 段锚 固 段拉力型压力型拉力型一级二级 过度管 若暴露在空气中需加锚具罩 注入油脂的护套 外套注入水泥浆的光滑塑料管注入水泥浆的波纹管无粘结钢绞线与灌浆灌浆 无粘结钢绞线 或 外套注入水泥浆的光滑塑料管注入油脂的护套 过度管 若暴露在空气中需加锚具罩 过度管 若暴露在空气中需加锚具罩拉力型锚杆一级防护构造拉力型锚杆二级防护构造可重复张拉锚杆的锚头防护构造5 锚杆的张拉与锁定锚杆的张拉锁定影响锚杆初始张拉力的因素地层徐变钢质杆体的松弛套管与杆体钢材的摩

9、擦地层内部粘性土层的压密预应力筋材锚固时的定位锚杆的变形锚杆变形组成：杆体自由段的弹性伸长、锚固体与地层间的剪切变形锚杆变形一般由试验确定，摩擦型可按下式估算：摩擦型锚杆的变形量估算施加于锚杆上的拉力锚固体直径变形量地层抗剪切系数锚固自由段长度锚固段长度锚固体横截面积锚杆杆体横截面积锚固体弹性模量锚杆杆体弹性模量锚杆灌浆体弹性模量锚杆灌浆体横截面积锚杆初始张拉力（锁定荷载）值：岩体加固与边坡抗滑锚固，因岩体松散而施加的预应力或加固地基和抵抗下滑力而设置的锚杆，以拉力设计值（工作荷载）作为锁定荷载。结构物背面地层为松散土层，一般情况锁定荷载为设计拉力设计值的0.60.8倍。对允许变形的结构物的锚

10、固，被锚固的结构物采用铰接构造，允许其变位时锚杆不必按设计拉力锁定，可根据设计条件决定锁定荷载，一般取设计拉力值的0.50.7倍。预计地层有明显徐变的情况，可先将锚杆张拉到设计拉力值的1.21.3倍，然后退回到设计拉力值锁定。锚杆的张拉锁定6 锚杆现场检验主要有基本试验，验收试验和蠕变试验。基本试验（锚杆的性能试验、破坏性试验）任何一种新型锚杆或已有锚杆品种用于未曾用过的地层时，均应进行基本试验。锚杆基本试验是锚杆工程施工前，在现场进行的锚杆极限抗拔承载力试验。采用分级加荷、卸荷的增量试验法，记录起始荷载下和每次加荷、卸荷时锚杆的位移。其目的是确定锚杆的极限承载力和锚杆设计参 数的合理性，为锚

11、杆设计、施工提供依据。1锚杆基本试验的最大试验荷载不宜超过锚杆承载力标准值的0.9倍；2锚杆基本试验应采用分级循环加卸载法，加荷等级和锚头位移测读时间间隔应符合下表的规定。检测数量（1）同一工程在同一条件（锚杆参数及所处地层条件、施工工艺相同）下进行锚杆极限抗拔试验，基本试验和蠕变试验的数量不少于3根。（2）验收试验的锚杆数量不得少于锚杆总数的5%，且不得少于3根，对有特殊要求的工程，可按设计要求增加验收检测锚杆的数量。（3）对任何一种本地区未做过的新型锚杆，应事先通过试验确定其可行性，并选择锚杆设计参数。检测条件控制锚杆抗拔试验应满足以下条件：（1）锚杆极限抗拔试验采用的地层条件、杆体材料、

12、锚杆参数和施工工艺必须与工程锚杆相同；（2）锚杆锚固段的浆体强度达到15MPa或达到设计强度等级的75%时，方可进行锚杆试验。注：1、在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次；2、预估破坏荷载可以根据拉杆标准强度计算即为Asfptk，式中As锚杆杆体（筋体）的截面面积；fptk锚杆杆体（筋体）抗拉强度标准值 （二） 锚杆（索）的验收试验 锚杆验收试验是在锚固工程完工后为了检验所施工的锚杆是否达到设计的要求而进行的检验性抗拔试验，该试验起到鉴别工程是否符合要求的目的。锚杆验收试验满足以下条件，即为合格： （1）验收试验所得的总弹性位移超过自由段长度理论弹性伸长的80，但小于自由段长度与

13、12锚固段长度之和的理论弹性伸长。（2）在最大试验荷载作用下，锚头位移趋于稳定。验收试验验收试验旨在快速经济地确定锚杆是否具有足够的承载力、锚杆自由段长度是否满足要求和锚杆蠕变在规定的范围内是否稳定。 1最大试验荷载应取锚杆轴向拉力设计值的1.0倍；2加荷等级及锚头位移测读时间间隔应符合下列规定； 初始荷载宜取锚杆轴向拉力设计值Nt的0.1倍； 加荷等级及观测时间按表3-2规定进行； 每级荷载应稳定510min，在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次，并记录荷载施加后1min、6min、10min时的位移量。如在110min内锚头位移增量超过1mm，则该级荷载应再维持50min，并

14、在荷载施加后15min、20min、25min、30min、45min和60min时记录锚头位移增量。 加荷至最大试验荷载并观测15min，待位移稳定后即卸荷至0.1Nt，并测读锚头位移。然后加荷至锁定荷载锁定。 试验结果宜按每级荷载对应的锚头位移列表整理，并绘制荷载位移（Q-s）曲线。（三） 锚杆（索）的蠕变试验 在软粘土中设置的锚杆，在较大荷载作用下会产生很大的蠕变变形，为了掌握软粘土中的锚杆的工作特性，国内外的有关标准都对锚杆的蠕变试验作了相应的规定。我国有关锚杆标准规定，凡塑性指数大于20的土层中的锚杆，均应进行蠕变试验，且试验的根数不应少于3根。蠕变试验塑性指数大于17的软土层和蠕变

15、变形明显的岩体中的锚杆应进行蠕变试验，用作蠕变试验的锚杆不应少于3根。锚杆蠕变试验加荷等级与观测时间见表3-3，在观测时间内荷载必须保持恒定，锚头位移趋于稳定。每级荷载作用下按时间间隔(min)1，2，3，4，5，10，15，20，30，45，60，75，90记录锚头蠕变量。 蠕变试验的加荷等级和观测时间应满足表6.13的要求，在观测时间内，荷载必须保持恒定，每级荷载下观测蠕变量随时间的变化。最后将每级荷载下的锚杆蠕变量一时间对数曲线在slgt坐标系中绘出。定义Slgt曲线的斜率值(slgt曲线为直线)为蠕变系数。式中：Ks某一级荷载下的蠕变系数；s1t1时刻的蠕变量；s2t2时刻的蠕变量。锚

16、杆蠕变试验所测得的最后一级荷载下的最终一段观测时间内的蠕变系数不应大于2.0mm。（四） 锚杆（索）的长期观测 锚杆张拉锁定后第一个月内每日观测1次；2-3个月内每周观测1次；4-6个月内每月观测3次；7个月-1年内每月观测2次；1年以后每月观测1次。在观测工程中，如出现异常，应立即进行检查，处理完毕后，方能继续观测。锚杆设置后，连续观测超过24h就可称为锚杆的长期观测，其目的是掌握锚杆预应力或位移变化规律，为锚杆的短期试验提供重要的补充资料提供有关锚固结构和地层的有价值的资料，确认锚杆的长期工作性能。 锚杆预应力和位移的变化是由钢材的松弛、地层的徐变、温度的变化、各种冲击作用、锚固结构的荷载变化以及岩土体应力状态的变化等因素引起的。我国的土层锚杆设计施工规范规定，对永久性锚杆的预应力变化进行长期观测的锚杆数量不应少于锚杆总数510，观测时间不宜少于12个月。应当指出，只有对具有永久性自由段的那类锚杆才有可能进行预应力变化的长期观测，以及采用补充施加预应力的方法来调整锚杆预应力损失量。