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岩土研究院

锚杆施工与检测(附公式讲解)

749 2021-03-16 10:59:27


锚杆施工主要有成孔施工、杆体制作与安装、注浆、腰梁施工以及张拉锁定等工序。 


1、成孔施工

锚杆成孔工艺主要有套管护壁成孔、螺旋钻杆干成孔、浆液护壁成孔等。套管护壁成孔工艺下的锚杆孔壁松弛小、对土体扰动小、对周边环境的影响最小。工程实践中,螺旋钻杆成孔、浆液护壁成孔工艺锚杆承载力低、成孔施工导致周边建筑物地基沉降的情况时有发生。


锚杆成孔是锚杆施工的一个关键环节,主要应注意以下问题∶

(1)塌孔。造成锚杆杆体不能插入,使注浆液掺入杂物而影响固结体完整性和强度、影响握裹力和粘结强度,使钻孔周围土体塌落、建筑物基础下沉等。

(2)遇障碍物。使锚杆达不到设计长度,如果碰到电力、通讯、煤气管线等地下管线会使其损坏并酿成严重后果。

(3)孔壁形成泥皮。在高塑性指数的饱和黏性土层及采用螺旋钻杆成孔时易出现这种情况,使粘结强度和锚杆抗拔力大幅度降低。

(4)涌水涌砂。当采用帷幕截水时,在地下水位以下特别是承压水土层成孔会出现孔内向外涌水冒砂,造成无法成孔、钻孔周围土体坍塌、地面或建筑物基础下沉、注浆液被水稀释或被水冲走不能形成固结体、锚头部位长期漏水等。


锚杆的成孔应符合下列规定∶

(1)应根据土层性状和地下水条件选择套管护壁、干成孔或泥浆护壁成孔工艺,成孔工艺应满足孔壁稳定性要求;

(2)对松散和稍密的砂土、粉土,卵石,填土,有机质土,高液性指数的黏性土宜采用套管护壁成孔工艺;

(3)在地下水位以下时,不宜采用干成孔工艺;

(4)在高塑性指数的饱和黏性土层成孔时,不宜采用泥浆护壁成孔工艺;

(5)当成孔过程中遇不明障碍物时,在查明其性质前不得钻进。 


2、锚杆杆体制作与安装


钢绞线锚杆杆体绑扎时,钢绞线应平行、间距均匀;杆体插入孔内时,应避免钢绞线在孔内弯曲或扭转;当锚杆杆体采用 HRB400、HRB500级钢筋时,其连接宜采用机械连接、双面搭接焊、双面帮条焊;采用双面焊时,焊缝长度不应小于杆体钢筋直径5倍。杆体制作和安放时应除锈、除油污、避免杆体弯曲。


成孔后应及时插入杆体及注浆。采用套管护壁工艺成孔时,应在拔出套管前将杆体插入孔内;采用非套管护壁成孔时,杆体应匀速推送至孔内。


3、注浆

目前常用的锚杆注浆工艺有一次常压注浆和二次压力注浆。一次常压注浆是浆液在自重压力作用下充填锚杆孔,在浆液渗入土体引起液面下降后再进行二次补浆,属于一次常压注浆。二次压力注浆需满足二个指标,一是第二次注浆时的注浆压力,一般不应小于 1.5MPa,二是第二次注浆时的注浆量。满足这二个指标的关键是控制浆液不从孔口流失。


一般的做法是∶在一次注浆锚固体达到一定强度后进行第二次注浆,或者在锚杆锚固段起点处设置止浆装置。可重复注浆工艺(袖阀管注浆工艺)是一种较先进的注浆方法,可增加二次压力注浆量和沿锚固段的注浆均匀性,并可对锚杆实施多次注浆,但这种方法目前在工程中的应用还不普遍。


钢绞线锚杆和普通钢筋锚杆的注浆应符合下列规定∶

(1)注浆液采用水泥浆时,水灰比宜取 0.50~0.55;采用水泥砂浆时,水灰比宜取 0.40~0.45,灰砂比宜取 0.5~1.0,拌和用砂宜选用中粗砂;

(2)水泥浆或水泥砂浆内可掺入能提高注浆固结体早期强度或微膨胀的外掺剂,其掺入量宜按室内试验确定;

(3)注浆管端部至孔底的距离不宜大于 200mm;注浆及拔管过程中,注浆管口应始终埋入注浆液面内,应在水泥浆液从孔口溢出后停止注浆;注浆后,当浆液液面下降时,应进行孔口补浆;



(4)采用二次压力注浆工艺时,注浆管应在锚杆末端 l,/4~l,/3 范围内设置注浆孔,孔间距宜取 500~800mm,每个注浆截面的注浆孔宜取2个;二次压力注浆宜采用水灰比 0.50~0.55 的水泥浆;二次注浆管应牢固绑扎在杆体上,注浆管的出浆口应采取逆止措施;二次压力注浆时,终止注浆的压力不应小于1.5MPa;

(5)采用分段二次劈裂注浆工艺时,注浆宜在固结体强度达到 5MPa后进行,注浆管的出浆孔宜沿锚固段全长设置,注浆顺序应由内向外分段依次进行;

(6)基坑采用截水帷幕时,地下水位以下的锚杆注浆应采取孔口封堵措施;(7)寒冷地区在冬期施工时,应对注浆液采取保温措施,浆液温度应保持在 5℃以上。


4、腰梁施工

腰梁施工属于结构施工内容。对于组合型钢锚杆腰梁、钢台座的施工,按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205 的有关要求进行;混凝土锚杆腰梁、混凝土台座的施工按现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的有关要求施工。


5、张拉锁定

锚杆的张拉锁定应在当锚杆固结体的强度达到设计强度的 75%且不小于 15MPa后,方可进行锚杆的张拉锁定。


对拉力型钢绞线锚杆,宜采用钢绞线束整体张拉锁定的方法,而不宜采用分束张拉锁定。


锚杆锁定前,应按表 5.2 的抗拔承载力检测值进行锚杆预张拉(超张拉);其目的第一是为了在锚杆锁定时对每根锚杆进行过程检验,当锚杆抗拔力不足时可事先发现,减少锚杆的质量隐患;第二,通过张拉可检验在设计荷载下锚杆各连接结点的可靠性;第三,可减小锁定后锚杆的预应力损失。


锚杆张拉应平缓加载,加载速率不宜大于0.1N,/min;在张拉值下的锚杆位移和压力表压力应保持稳定,当锚头位移不稳定时,应判定此根锚杆不合格;


工程实测表明,锚杆张拉锁定后一般预应力损失较大,造成预应力损失的主要因素有土体蠕变、锚头及连接的变形、相邻锚杆影响等。为此,锁定时的锚杆拉力应考虑锁定过程的预应力损失量;预应力损失量宜通过对锁定前、后锚杆拉力的测试确定;缺少测试数据时,锁定时的锚杆拉力可取锁定值的1.1~1.15 倍。


对于相邻锚杆张拉锁定引起的预应力损失,以及当锚杆出现锚头松弛、脱落、锚具失效等情况时,应及时进行修复并对其进行再次锁定。


锚杆张拉锁定后,钢绞线多余部分宜切除。采用热切割时,钢绞线过热会使锚具夹片表面硬度降低,造成钢绞线滑动,降低锚杆预应力。当锚杆需要再次张拉锁定时,锚具外的杆体预留长度应满足张拉要求。确保锚杆不用再张拉时,冷切割的锚具外的杆体保留长度一般不小于 50mm,热切割时,一般不小于 80mm。


6、锚杆施工偏差

要求以及检测要求锚杆的施工偏差应符合下列要求∶

(1)钻孔深度宜大于设计深度 0.5m;

(2)钻孔孔位的允许偏差应为 50mm;

(3)钻孔倾角的允许偏差应为 3°;

(4)杆体长度应大于设计长度;

(5)自由段的套管长度允许偏差应为士50mm。


锚杆的检测应符合下列规定∶

(1)检测数量不应少于锚杆总数的5%,且同一土层中的锚杆检测数量不应少于3根;

(2)检测试验应在锚杆的固结体强度达到设计强度的75%或强度达到15MPa后进行;

(3)检测锚杆应采用随机抽样的方法选取;

(4)检测试验的张拉值应按表5.2取值;

(5)检测试验应按锚杆康巴试验中的验收试验方法进行;

(6)当检测的锚杆不合格时,应扩大检测数量。


【例 5-1】 某基坑开挖深度 7.5m,周边环境要求较高。考虑采用锚拉式支护结构,通过对锚杆施加预应力来控制变形。支挡构件为排桩,支护结构剖面以及地质资料如图 5.24 所示,粉质黏土与锚固体极限粘结强度标准值q=75kPa,场地内不考虑地下水,坡顶作用有 q= 20kPa的超载。


排桩采用人工挖孔桩,桩长12.5m,桩径1.0m,桩中心距2.0m,桩身混凝土强度等吸采用 C30,纵向受力筋采用 HRB400,箍筋采用 HPB300 钢筋;锚杆位于桩中间,水平间距 2.0m,设在地面下 2.5m 处,倾角 15°,钻孔直径150mm,采用二次压力灌浆,锚杆杆体采用1×7钢绞线,拟加预加力 80kN,腰梁采用工字钢或槽钢组合腰梁,也可能改用钢筋混凝土腰梁。


经采用平面杆系结构弹性支点法计算,支挡结构内力计算值分别为∶基坑内侧最大弯矩M=307.1kN·m,基坑外侧最大弯矩M,=83.85kN·m,最大剪力V,=146.7kN,