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土层锚杆的种类及其施工

331 2021-08-25 15:12:26

 1.土层锚杆的种类

土层锚杆是近二十年发展起来的一项新技术。即先在坑壁上钻有倾斜的孔,然后在孔中放进钢筋或高强钢丝束,钢绞线等,再灌注水泥浆即成锚杆。土层锚杆可以多层设置,常用于型钢桩衬板、钢板桩和地下连续墙等地下支护墙板的锚固。目前在国外已大量采用的有以下几种类型∶

(1)一般灌浆锚杆:这种锚杆在钻孔后放入钢筋,用砂浆泵注入水泥浆,经过一段时间的养护后,即可用作承受拉力。

(2)扩孔锚杆:这种锚杆的钻孔直径 一般 为9.0至13.0厘米,如果用特制的内部扩孔钻头,扩大锚固段的钻孔直径为一般的 3至 5 倍;或用炸药爆扩法,扩大钻孔端头,从而提高了锚杆的抗拔能力。这种扩孔锚杆,主要用于松软地层中。

(3)预压锚杆:这种锚杆的施工与一般灌浆锚杆相同,只对灌浆阶段的水泥砂浆施加一定程度的压力,水泥砂浆能在压力作用下压向孔壁四周的裂缝内,并在压力下固结, 从而使锚杆具有较大的拉拔力。

(4)预应力锚杆:当锚杆穿过松软地层而锚固在稳定地层中时,常用速凝水泥先将稳定地层中的锚固段灌筑,然后将锚杆联接在支护结构 上。 并拖究预拉力。最后再灌筑锚刊,及其余的部分。这样的锚杆可使其穿过的地层和砂浆都承受有预应力,也可以减少支护的位移。

( 5)膨胀性锚杆:这种锚杆采用掺有膨胀剂的水泥砂浆或具有膨胀性的化学浆液灌浆,以提高锚杆的抗拔能力。

另外,法国在软土地层中采用一种可以重复灌浆的锚杆,称之为I,R,P型锚杆。在液浆材料方面除了常用 的水泥砂浆外,美国,法国曾使用树脂材料。 日本还采用化学浆液等作为沸浆。

(6)开缝式靡擦锚杆支护结构:这种结构的锚杆仅宜用于岩层,是一条沿纵向开缝的高强钢管,前端稍呈锥状,以利于插入钻孔,后端焊有钢环垫板,以利于加顶推力 (见图1.3.221)。

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国内常采用壁厚2~2.5毫米的16Mn和20MnSi带钢 用门架式焊管机卷压成型,锚杆直径为φ38至41.5毫米,开 缝 宽14毫米,锚杆抗拉断能力为13吨,钢垫板采用A3,尺寸为150×I50×6毫米3,锚杆长-一般采用1.2、1.5、1.8、2.0和2.5米。当 开缝式摩擦锚杆被普通风钻强制推入到比其直径稍小(一般小 2 至 3 毫米)的钻孔中。管体受到孔壁的约束而产生环向压缩变形。相应等于对孔壁施加了径向压力,经实测其径向压力一般平均大 于0.4兆帕,实际工程中正是依靠这种径向力来使锚杆承担拉力和阻 止岩石滑动等。这种锚杆施工方便,安装后可立即承力,且可以通过调整锚杆长度、钻孔直径以及在锚杆上端附加锚塞等措施来灵活地控制其承力大小。

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2.土层锚杆的施工

锚杆施工的关键设备有钻孔机,和灌浆设备。其中特别重要的是钻孔机。锚杆钻孔一般沿水平向下倾斜10°~45°,又往往还需通过松软的覆盖层才能达到稳定的士层或岩层,这样有时为了防止塌孔还需边钻孔边设套简保护。一般采用通用的旋转式。冲击式和振动式钻机来钻孔,如常将矿山用凿岩机或地质钻探用钻孔机科加改装后献可用作水平倾斜钻,作业。在北京地 下铁路工程施工中,曾将Xh-500型地质钻机改装成 锚 杆 钻机。 上海铁路局试制过Sz-1型锚杆钻机,钻孔直 径 为 100~140毫米。冶金部第十八冶金建设公司曾直接使用XU300-2A型钻机成孔作锚杆。天津其单价皆 用潜水铂验加斜 向或水平导轨以钻杆内供水成孔作锚杆等。

不同的成孔工艺,其工程成本和锚杆的承载能力都不相同。北京"信托-大厦》 工程施工工前讲行了清水循环—一次钻进成用。潜钻成孔和螺旋钻干作业成孔等三种不同的戏孔工艺试验,试验结果列于表2.3.73。该地区为人工填土。下部 为第 四 纪洪冲积层—--粘砂土、砂粘土与砂卵石交互层。表2.3.73中各种锚杆简单施工情况如下;

(1)渣水循环一次钻进成孔,法。这 种 方 法利用改装了的 Ux-600型地质钻机,使用φ50 ×6.5 45Mn钢 地 质钻杆,钻杆前面焊直径φ120毫米的硬质合金钻头, 每 节 钻杆 长 4~6米,用φ65×140管箍连接。钻进时将有一定压力的水从钻杆中心流入孔

底, 水模带着轮削物从钻控与孔壁2 间 排 H 外。钻到设计深度后,继续用水冲洗碱土,到流出的水不再浑浊为,止。接着由中心孔注浆,在一定浆压力下,浆液经孔底压入,注满孔壁与钻杆间的间隙,待孔口流出浆液时,密封口孔并继续注浆,等浆压达到设计要求(该试验为0.4~0.6兆帕),再稳 压数分钟即可。该工艺从成孔至注浆完成一根19米深的锚杆约需15小时。

(2)潜钻成孔法。这种方法采用了一种专门用来穿越地下电缆的风动工具,风动工具的成孔器(俗称地鼠)一般长一米左有。苜径为o80~φ140毫米。由压结空 气驱动。体 内装有耐气

阀。气缸、活塞等机构,利用活塞往复运动作定向冲击,使地鼠挤压土层向前运动来成孔。北京宜化风动机械厂生产的地鼠平均成孔速度为1.3米/分钟,耗风量1,7米3/分钟。潜钻 在土壤中成的孔,孔壁光滑,孔壁周围土壤密实,孔隙率小,在孔径较大注浆压 力较低的情况下,浆体与孔壁士体结合不密实。不能有效提高锚固能力。

(3)螺旋钻干作业或孔法。这是一种适于在粘土、亚粘土和砂土等地区成孔的方法,该工程是采用的钻孔与插人拉样钢筋的两道工序,平行作业。螺旋钻进法是 由 回 转 机构带动螺旋钻杆。在一定钻压和钻速下,将切削下 的 松 动 土体颇螺杆排出孔外,该螺杆设计参数如下(见图1.3.222);

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(4)专用成孔机成孔法。为了锚杆成孔的方便,国内外已有些定产品。图1.3,223所示为国外某工程桩 板 式支护正在采用专用成孔机施钻锚杆孔的情况。 该成孔机采用液压装置可以很方便地变换锚杆成孔角度,其设有较长的导梁滑道, 可保证成孔的方向谁确等。

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3.锚杆的一般构造

(1)锚杆的设置

1)支护结构最上层锚杆为了防止地面破坏要有必要的覆盖土厚度,一般认为这个厚度应不小于4~5米。

2)锚杆的布置需由具体的结构计算和经济比较确定。上下排锚杆的中心间距一般为 2~5米;锚杆的水平间距一般为1,5~ 4.5米。如果间距小于上述间距,则应考虑群锚 作用, 即应考虑锚杆的相互影响。

3)锚杆的水平倾角是锚杆设计的一个重要参数,它直接影响到锚杆水平力与垂直力分量之间的比例,也影响到锚固长度与非锚固长度之间的比例,并影响到支护结构整体的稳定性和施工是否方便。从锚杆和支护结构承力来考虑,锚杆的水平倾角越小越好,因为锚杆承担的水平力才起支护结构的作用,而垂直分力不仅不起支护作用,而且还严重影响着支护结构的稳定性。从有关资料所介绍的锚杆支护事故中看到,多数是由于支护结构的基础所在的土层不好,而锚杆对其增加的垂直分力过大引{起的,因此设计时不得忽略垂直力的影响。但为了锚杆便于灌浆,确保灌浆质量,钻孔一般沿水平面向下倾斜10°~45°,因为锚杆基本是水平时,在灌浆中共上部往往会泌水,从而不可能达到锚固牢靠。在向下倾斜的杆灌浆时。 也需要在其上端设排气和排水管。

(2)锚杆所用材料及主筋的保护层与防腐

1)锚杆所用材料。锚杆受拉钢筋常用钢筋,高强钢丝或钢绞线,常将高强钢丝或钢绞线作成预应力的。我国目前大都采用Ⅰ级螺纹钢筋作锚杆受拉钢筋。钢绞线在锚固段,如原来涂有油脂,则要仔细清除干净。

在锚杆灌浆中,常用纯水泥浆或水泥砂浆。水泥宜用早强普通水泥,或膨胀水泥,也有在普通水泥中掺硫酸钙膨胀剂等的。为了减少水灰比,可外掺减水剂等来加大水泥浆的流动性。在日本的"土层锚杆工法"中,建议选用配合比;纯水泥浆,水灰比为 0.45,主要成分是木质素碳酸盐的外加剂;水泥砂浆,灰砂比为 1/1,水灰比为0.60,使用早强水泥。

2 )锚杆作为承力结构的一部分,长期处于潮湿的土体中,它的防腐问题是个相当重要而又复杂的问题。

在锚固区的锚杆,必须通过所灌水泥砂浆或水泥浆的足够保护层厚度来防腐蚀。在一般无腐蚀性物质的环境中, 锚杆钢筋的灌浆净保护层厚度不小于25厘米; 在有腐蚀性物质, 环境中施工的保护层厚度不小于3厘来米。但锚杆的钻孔直径一般不宜小于6厘米,而在欧洲和美国使用的土中锚杆直径 有 5~40厘米的。 为了确保锚杆位于钻孔的几何中心和保护层厚度,应在锚样上设定位器。图1.3.224所示为某工程用的定位器。在 锚固段一般每隔 0.5~2.0来设一道,在非锚固段-一般以4~5米间距设一道。

在非锚固区的锚杆,应根据不同的情况采取相应的防腐措施;在无腐蚀性土层中的临时性锚杆。而又只使用6个月以内时,可不必经过防腐处理,一次灌浆即可;使用期间在 6个月以上2 年以内的,则需经过一般简单的防腐处理。如除锈后刷二至三道富锌漆或船底漆等耐湿、耐入的防锈漆即可;对使用 2 年以上的锚杆。则须经过认真的防腐处理,如认真除锈后,涂防锈油膏等;并套聚乙烯管,两端封闭;在锚固与非锚固部分交界处大约20厘米的范围内浇注热沥青,外包沥青纸等来止水。

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