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土层锚杆施工工艺
土层锚杆施工工艺
（一）施工准备
1.材料
（1） 预应力杆体材料宜选用钢绞线、高强度钢丝或高强螺纹钢筋。当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，预应力筋也可采用 II 级或 III 级钢筋。
（2） 水泥浆体材料：水泥应 普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，不得使用高铝水泥。细骨料应选用粒径小于2mm的中细砂。采用符合要求的水质，不得使用污水，不得使用PH值小于4的酸性水。
（3） 塑料套管材料：应具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏，具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。
（4） 隔离架应由钢、塑料或其它杆体无害的材料制作，不得使用木质隔离架。
（5） 防腐材料：在锚杆服务年限内，应保持其耐久性，在规定的工作温度内或张拉过程中不开裂、变脆或成为流体，不得于相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性，不得对锚杆自由段的变形产生任何限制。
2.作业条件
（1） 在锚杆施工前，应根据设计要求、土层条件和环境条件，合理选择施工设备、器具和工艺方法。
（2） 根据设计要求和机器设备的规格、型号，平整出保证安全和足够施工的场地。
（3） 施工前，要认真检查原材料型号、品种、规格及锚杆各部件的质量，并检查原材料和主要技术性能是否符合设计要求。
（4） 工程锚杆施工前，宜取两根锚杆进行钻孔、注浆、张拉与锁定的试验性作业，考核施工工艺和施工设备的适应性。
（二）操作工艺
1.钻孔
（1） 钻孔前，根据设计要求和土层条件，定出孔位，做出标记。
（2） 作业面场地要平坦、坚实、有排水沟，场地宽度大于4m。
（3） 钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上。
（4） 钻进用的钻具，可采用地质部门使用的普通岩芯钻探的钻头和管材系列。钻孔设备可根据土层条件选择专门锚杆钻机或地质钻机。
（5） 根据土层条件可选择岩芯钻进，也可选择无岩芯钻进；为了配合跟管
钻进，应配备足够数量的长度为0.5-1.0m的短套管。
（6） 在钻进过程中，应精心操作，精神集中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。一旦发生孔内事故，应争取一切时间尽快处理，并备齐必要的事故打捞工具。
（7） 钻孔完毕后，用清水把孔底沉渣冲洗干净，直至孔口清水返出。
2.锚杆杆体的组装与安放
（1） 按设计要求制作锚杆，为使锚杆处于钻孔中心，应在锚杆杆件上安设定中架或隔离架（粗钢筋杆体沿轴线方向每隔1.0-2.0m设置一个定中架，钢绞线或钢丝束每隔1.0-1.5m设置一个隔离架）。
（2） 锚杆钢筋或钢丝平直、顺直、除油除绣。杆体自由段应用塑料布或塑料管包扎，与锚固体连接处用铅丝绑扎。
（3） 安放锚杆杆体时，应防止杆体扭曲、压弯，注浆管宜随锚杆一同放入孔内，管端距孔底为50-100mm，杆体放入角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心。
（4） 若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送入锚杆为止。
3.注浆
（1） 注浆材料应根据设计要求确定，一般宜选用水泥：砂=1：1-1：2，水灰比0.38-0.45的水泥砂浆或水灰比0.40-0.45的纯水泥浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料。
（2） 浆液应搅拌均匀，过筛，随搅随用，浆液应在初凝前用完，注浆管路应经常保持畅通。
（3） 常压注浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆。
（4） 浆液硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆，注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1-1.3。
（5） 注浆时，宜边灌注边拔出注浆管。但应注意管口应始终处于浆面以下，注浆时 应随时活动注浆管，待浆液溢出孔口时全部拔出，
（6） 拔出套管，拔管时应注意钢筋有无被带出的情况，否则应再压进去直至不带出为止，再继续拔管。
（7） 注浆完毕应将外露的钢筋清洗干净，并保护好。
4.张拉与锁定
（1） 按设计和工艺要求安装好腰梁，并保证各段平直，腰梁与挡墙之间的空隙要紧贴密实，并安装好支承平台。
（2） 锚杆张拉前至少先施加一级荷载（即1/10的锚拉力），使各部紧固伏
贴和杆体完全平直，保证张拉数据准确。
（3） 锚固体与台座砼强度均大于15MPa时（或注浆后至少有7天的养护时间），方可进行张拉。
（4） 锚杆张拉至1.1-1.2设计轴向拉力值时Nt，土质为砂土时保持10min，为黏性土时保持15min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。锚杆张拉荷载分级观测时间遵守下表的规定。
（5） 锚杆锁定工作，应采用符合技术要求的锚具（略）。
4.土层锚杆防腐
（1） 锚杆锚固段的防腐处理
1） 一般腐蚀环境中的永久锚杆，其锚固段内杆体可采用水泥浆或砂浆封闭防腐，但杆体周围必须有2.0CM厚的保护层。
2） 严重腐蚀环境中的永久锚杆，其锚固段内杆体宜用纹管外套，管内孔隙用环氧树脂水泥浆或水泥砂浆充填，套管周围保护层厚度不得小于1.0CM。
3） 临时性锚杆锚固段杆体应采用水泥浆封闭防腐，杆体周围保护层厚度不得小于1.0CM。
（2） 锚杆自由段的防腐处理
1） 永久性锚杆自由段内杆体表面宜涂润滑油或防腐漆，然后包裹塑料布，在塑料布面再涂润滑油或防腐漆，最后装入塑料套管中，形成双层防腐。
2） 临时性锚杆的自由段杆体可采用涂润滑油或防腐漆，再包裹塑料布等简易防腐措施。
（3） 外露锚杆部分的防腐处理
1） 永久性锚杆采用外露头时，必须涂以沥青等防腐材料，再采用混凝土密封，外露钢板和锚具的保护层厚度不得小于2.5CM。
2） 永久性锚杆采用盒具密封时，必须用润滑油填充盒具的空隙。 （6） 锚杆锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。
3） 临时性锚杆的锚头宜采用沥青防腐。
（三）质量标准。
1.保证项目
（1） 锚杆工程所用原材料、钢材、水泥浆、水泥砂浆标号必须符合设计要求。
（2） 锚固体的直径、标高、深度和倾角必须符合设计要求。
（3） 锚杆的组装和安放必须符合《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：
90）的要求。
（4） 锚杆的张拉、锁定和防锈处理必须符合设计和施工规范的要求。
（5） 土层锚杆的试验和监测必须符合设计和施工规范的规定。
2.基本项目
（1）水泥、砂浆及接驳器必须经过试验，并符合设计和施工规范的要求，有合格的试验资料。
（2）在进行张拉和锁定时，台座的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直。
（3）进行基本试验时，所施加最大试验荷载（QMAX）不应超过钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值的0.8倍。
（4）基本试验所得的总弹性位移应超过自由段理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。3.允许偏差
（1）锚杆水平方向孔距误差不应大于50MM，垂直方向孔距误差不应大于100MM。
（2）钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%。
（3）锚杆孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的1%。
（4）锚杆锚头部分的防腐处理应符合设计要求。
（四）施工注意事项
1. 避免工程质量通病
（1） 根据设计要求和土层条件，认真编制施工组织设计，选择合理的钻进方法，认真操作，防止发生钻孔坍塌、掉块、涌砂和缩径，保证锚杆顺利安插和顺利灌注。
（2） 按设计要求正确组装锚杆，正确绑扎，认真安插，确保锚杆安装质
（3） 按设计要求严格控制水泥浆水泥砂浆配合比，掌握搅拌质量，并使注浆设备和管路处于良好工作状态。
（4） 根据所用锚杆类型正确选用锚具，并正确安装台座和张拉设备，保证试验数据准确可靠。
2. 主要安全技术措施
（1） 施工前应认真进行技术交底，施工中应明确分工，统一指挥。
（2） 各种设备应处于完好状态。
（3） 张拉设备应牢靠，试验时应采取防范措施，防止夹具飞出伤人。
（4） 注浆管路应畅通，防止塞泵、塞管。
（5） 机械设备的运转部位应有安全防护装置。
（6） 电器设备应设接地、接零，并由持证人员安装操作，电缆、电线必须架空。
（7） 施工人员进入现场应戴安全帽，操作人员应精神集中，遵守有关安全规程。
（8） 锚杆钻机应安设安全可靠的反力装置。
（9） 在有地下承压水地层钻进，孔口必须设置可靠的防喷装置，一旦发生漏水涌砂时能及时封住孔口。
（10）锚杆各条钢筋的连接要牢靠，严防在张拉时发生脱扣现象。
3. 产品保护
（1） 施工时，应注意保护定位标准桩，轴线引桩，水准桩，防止碰撞位移。
（2） 夜间施工时，应合理安排施工顺序，有足够的照明设施，防止配合比不准确。
（3） 锚杆的非锚固段及锚头部分要及时作防腐处理，永久性锚杆必须进行双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐。
土层锚杆技术及其在深基坑中的应用
罗 瑞 文
摘 要 通过对土层锚杆技术的论述以及在南宁某工程的应用分析，表明土层锚杆在深基坑护壁施工中具有施工简易、缩短工期和节省投资诸多优点，特别是在狭窄场地的施工中，这种技术应用更加广泛。
关键词 土层锚杆；深基坑；稳定性
ANCHORAGE TECHNOLOGY AND IT’S APLLICATION
TO DEEP FOUNDATION PIT
Luo Ruiwen
The Office of Earth Development, Guilin
Abstract Many advantages of anchorage technology are illustrated through
expounding anchorage technology and analysing its application to sustaining wall of deep foundation pit engineering.
Key words anchorage; deep foundation pit; stability
土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉杆件，它一端与工程构筑物相连，另一端锚固在土层中，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压力或风载等所产生的推力，用地层的锚固力以维护构筑物的稳定［1］。
1 土层锚杆技术
1.1 土层锚杆的类型及适用条件
土层锚杆按锚固段构造形式不同可分为：圆柱型锚杆、端部扩大头型锚杆、连续球体型锚杆3类。
（1）圆柱型锚杆：采用钻机成孔，常压灌浆形成锚固体，其施工简单，适用于承载力要求较低的非粘性土，硬粘性土等密度较大而含水量小的土层。
（2）端部扩大头型锚杆：钻孔端头采用爆扩孔或机械扩孔，其施工工艺较为复杂，但承载力较高，适用于一般粘性土土层。
（3）连续球体型锚杆：采用二次高压注浆工艺在锚固段形成多个连续扩头体，使之与周围土体有更高的嵌固强度，此类锚杆适用有较高承载力要求的饱和软粘土土层。
按使用期限可分为临时性锚杆和永久性锚杆2类。作为永久性锚杆应避免锚固段设置在未经处理的下列土层中：①有机质土层。因为有机质土会引起锚固体腐蚀破坏；②液限WL＞50%的高塑性土层。土层的高塑性会引起明显蠕变，从而
导致锚固力的损失或丧失;③相对密度Dr＜0.3的松散地层。此类地层单位面积
上的摩阻力极低，难以达到工程所需的锚固力。
1.2 土层锚杆的设计
1.2.1 设计原则 土层锚杆的承载力主要取决于锚固体的抗拔力，而锚固体的抗拔力可以从两方面考虑：一方面是锚固体抗拔力应具有一定的安全系数，另一方面是它在受力情况下发生的位移必须不超出一定的允许值。
1.2.2 设计计算 土层锚杆的设计工作包括：锚杆的配置及其与结构的相互关系、锚杆设计拉力的确定、锚杆截面设计、锚头联结设计、锚杆长度设计、锚杆和结构物的整体稳定性验算等内容。
（1）锚杆对接挡墙（桩）加固力计算。深基础支挡墙（桩）所需的加固力计算是根据作用于支挡墙（桩）上力的平衡关系求得。计算方法与锚杆排数、墙（桩）嵌入基坑面以下深度以及支承状况和开挖工序有关。具体分析计算可参考有关书籍。
（2）土层锚杆的极限抗拔力计算和锚固体长度计算［1］。土层锚杆的极限抗拔能力取决于锚固段地层对锚固浆体产生的摩阻力，其式可表达为：
Tu=πDLeτ
式中：Tu为锚杆的极限抗拔力(kN）；D为锚杆钻孔的直径（m）；Le为锚杆的有
效锚固长度（m）；τ为锚固段周边的抗剪强度（MPa）。
锚杆的极限抗拔力（Tu）是由锚杆、固护系统和土体的整体、稳定性决定的，
而土层的抗剪强度（τ）是由下式计算：
τ=c+K0γhtg
式中：c为锚固区土层的粘聚力；为土的内摩擦角；h为锚固段以上地层覆盖厚度；γ为锚固段以上地层容重；K0为锚固段孔壁的土压系数。
当采用护孔型锚杆时，应按下式计算：
Tu=πDLeτ+qA
式中：qA为土压抵抗力；q为单位面积上的土压力；A为土压作用的面积。 需要指出的是，由于影响抗剪强度的因素很多，因而用以上公式计算的锚杆极限抗拔力与实际情况差别很大。因此，锚杆的抗拔力往往是通过现场试验取得，计算得出的数值要经过现场试验验证后方可使用。
（3）锚杆截面积计算。在确定锚杆杆体的截面积时按以下公式计算：
S=K．Nt／fptk
式中：S为锚杆截面积；Nt为锚杆设计轴向力；K为锚杆安全系数；fptk为锚拉杆强度标准值。
1.2.3 锚杆的稳定性验算 土层锚杆在深基坑中作为支挡结构而承受土压力，必须进行外部稳定和内部稳定的方面的验算［2］。
外部稳定是指锚杆围护系统和土体全部合在一起的整体稳定。由于边坡本身失稳或受荷载作用，从支护墙基础底部产生滑动而向外推移，整个体系沿滑缝向下滑动，整个土锚均在土体深滑裂面范围之内，造成整体失稳，一般采用圆弧法
验算其稳定性。
内部稳定计算是指土锚与支护墙基础假想支点之间深滑动面的稳定验算，对于内部稳定的验算，可以采用图解法来进行分析，现以在均质土中的单排锚杆护壁为例(如图1-a)说明内部稳定计算。
图 1 锚杆内部稳定分析法［2］
Fig.1 Analysis of internal stability of anchorage
a—代替墙法；b—力的几何关系
锚杆极限抗力的水平分力（max Rh）可以从图1-b中的平衡图得出：
Egh=［G-（Eah-E1h）tgδ］tg（-θ)
max Rh=fA（Eah-Elh+Erh）； fA=1/(1+tgα．tg（-θ))
1.3 土层锚杆的布置要求
（1）锚杆的水平和垂直间距，一般不宜于大于4.0m，以避免单根锚杆承载力过大而应力集中，但也不得小于1.5m，以免群锚效应而降低锚固力。
（2）锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.0m，以避免上部地表荷载对锚杆的影响，同时也是为了防止高压注浆时上覆土隆起。
（3）倾斜锚杆的倾角不应小于10°，并不得大于45°，以15°～35°为宜。倾角过小，不宜于保证锚杆施工质量，倾角过大，则不利于锚杆锚固力的发挥。
（4）锚杆自由长度不宜小于5.0m，应根据锚杆与滑裂面和边坡坡面的交点的距离而定，其自由段长度应超过破裂面1.0m。
（5）锚杆数量 n应根据锚固工程所需加固力T和设计锚固力Nt确定，即：
n=T/Nt。
1.4 土层锚杆施工、质量监控要点及检验
1.4.1 土层锚杆施工流程 图2为土层锚杆施工流程。
图 2 土层锚杆施工程序
Fig.2 Working program of unchorage
1.4.2 土层锚杆施工、质量监控要点 （1）施工前的准备：①要认真检查原材料、机具的型号、品种、规格及锚杆各部件的质量、主要技术性能是否符合设计和规范要求；②平整好场地道路，搭设好钻机平台，作好锚杆技术交底；③作好锚杆所用砂浆的配合比及强度试验，锚杆焊接的强度试验，验证能否满足设计要求。（2）钻孔：①根据不同的土质情况采用不同的成孔作业法进行施工，掌握好钻机钻进速度，保证孔内干净、圆直，孔径符合设计要求；②严格控制钻孔的偏差。保证钻孔的.水平方向孔距误差、垂直方向孔距误差、钻孔底部的偏斜误差、钻孔深度误土层锚杆施工工艺差在规范和设计要求允许范围以内。(3）锚杆的安放：①锚杆要求顺直，应除油、除锈并作好防腐处理，按要求设置好对中支架；②杆体插入时，应防止杆体扭压、弯曲，杆体插入孔内深度不应小于锚杆长度的95%，杆体安放后不得随意敲击和悬挂重物。（4）灌浆：①水泥浆水灰比控制在0.4～0.5，砂浆灰砂比采用1∶1或1∶0.5，应采用水泥标号不低于425号普通硅酸水泥配制；②应采用机械均匀拌制浆体，要随搅随用，禁止人工搅浆，浆液应在初凝前用完，并严防石、杂物混入浆液；③常压注浆压力控制在0.3～1.0 MPa，二次高压注浆压力控制在2.0～4.0 MPa，浆液在灌注过程中应严格遵守《土层锚杆设计与施工规范》中的有关规定，并作好记录。（5）锚杆张拉与锁定：①张拉前严格检查锚头、锚具质量和张拉设备是否符合设计要求；②锚杆张拉应在浆体强度达到80%以后进行；③锚杆张拉应力控制，对于永久性锚杆σcon≤0.60 fptk；对于临时性锚杆σcon≤0.65fptk；④锚杆张拉应按规范要求逐级加荷，并按规定的锁
定荷载进行锚杆锁定。
1.4.3 土层锚杆的检验 （1）基本试验。基本试验目的是确定所设计的锚杆在设计位置的极限抗拔力，了解锚杆抵抗破坏时和承受荷载后的力学性状，为锚固工程设计提供可靠的依据。基本试验数量不应少于3根，其锚杆参数、材料、施工工艺、地质条件和拟设计的锚杆相同。（2）验收试验。验收试验目的是为了检验锚杆在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，并判定工程锚杆是否符合设计要求。验收试验锚杆的数量应取锚杆总数的5%，且不得少于最初施作的3根。（3）试验结果的分析曲线。施工完成后待砂浆达到70%以上的强度后才能进行拉拔试验，试验开始时每级荷载按事先预计极限荷载的1/10施工，同时按有关规程读数，最终绘制成荷载-变位曲线图和变位量-稳定时间曲线，以明显的转折点作为屈服拉力。
2 应用实例——以南宁某工程为例
2.1 基坑概况
基坑周边范围为66.5m×30.8m，拟建二层地下室，开挖深度为12.0m。场地的土层情况是：表层1～2m为素填土；其下为粘土、粉质粘土和粉土层；10.0～11.0m以下为圆砾层，圆砾层顶部有一层厚0.5～1.0m的粉砂层；22.0m以下为泥岩。粘土、粉质粘土层的天然含水量WL=24%～27%，天然容重γ=20.3kN/m3，
液性指数IL=0.2～0.5，塑性指数Ip=17～24，内摩擦角=18°，粘聚力c=45 kPa；
粉土层的天然含水量WL=27.7%，天然容重γ=19.5kN/ m3，液性指数IL=1.18，塑性指数Ip=8.3，内摩擦角=15°，粘聚力c=5.0kPa。基坑周边为居住楼和道路，
南侧有一建筑物距坑边不到10m。
2.2 原支护情况
由于开挖较深，场地较窄，无法放坡开挖，原支护设计采用钻孔灌注桩护壁，桩间采用素砼桩作为止水防渗，并进行试挖，当挖至-7.0m左右时，由于止水帷幕工程未能起到完全止水的作用，同时护壁桩的抗弯强度不够，导致护壁桩的位移，开挖和降水导致周边建筑物的地基土变形而产生附加沿降，从而引起周边建筑物变形和开裂，因此，在继续开挖之前必须做好护壁桩的加固和止水帷幕的处理。
2.3 护壁设计
在护壁桩上-7.5m深度先安装1根腰梁，在腰梁上设置1排土层锚杆，间距为1.7m。通过计算，每根锚杆承受的水平力为425kN，锚杆向下倾斜15°，其锚固段长度为16cm，自由段长度为8m。
2.4 锚杆施工
锚杆钻孔使用外径为127mm的环形钻头，钻进时使用清水作冲洗液。锚杆采用6根Φ12mm钢索绞成的钢绞线，灌浆使用425号普通硅酸盐水泥与中砂配合成砂浆，灰砂比1∶0.5，水灰比1∶0.5，掺用一定比例的早强剂。施工中检查砂浆的平均强度为4.8kN/m2，锚杆锚固段的平均极限锚固力为100kN/m2。
2.5 实测结果
对基础从开挖至竣工进行长达一年监测，在基坑开挖达到坑底并经过半年以后，通过检查，锚杆拉力并未增加，坑壁的侧向位移只有1cm，其周边建筑物不再出现变形和其他异常现象。
3 结 论
（1）在场地较窄，无法进行放坡大开挖时，土层锚杆是较理想的支护方法之一，特别是深基坑工程，使用钻孔桩与锚杆相结合，效果更佳。
（2）土方开挖与支护可同时进行，互不干扰，大大缩短施工工期。
（3）土层锚杆施工机械简单，有利于节省投资。
（4） 避免在软弱土和松散地层中设计锚杆，特别是永久性锚杆不用此类土作锚固段。
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