岩土工程锚固工程施工技术讲义课件（83页，图文结合）

6锚固工程6.1概述6.1.1锚固技术的分类利用粘结介质或某种锁紧机构将金属杆件（高抗拉性能材料）一端固定在较稳定的岩土层中，另一端与工程构筑物相连，以承担构筑物的荷载，维护建筑物的稳定，控制住围岩的变形。1、胶结式锚杆：水泥砂浆、树脂、快硬水泥卷；2、机械内锚头锚杆：楔缝式、楔头式、胀壳式；3、机械摩擦式锚杆：缝管式、楔管式；4、土钉（喷锚支护）：钻孔注浆型、打入型、射入型等；5、树根桩（抗滑桩）6、人工填土中的锚杆：加筋土、锚定板；7、其它：普通/预应力；金属/木头/土工聚合物；临时/永久；岩石/土层等。6.1概述6.1.2锚固技术的发展与应用1、锚固技术的发展1911年，美国首次采用岩石锚杆用于矿山巷道支护；1957年，德国首次采用土层锚杆用于深基坑支护；1972年，法国首次采用土钉墙用于铁路边坡支护；我国改革开放以后，锚固技术突飞猛进发展，与时俱进。2、锚固技术的应用领域（1）基坑支护工程；（2）岩石边坡治理；（3）桥台、铁塔加固；（4）挡土墙、重力坝加固（5）隧道衬砌加固；（6）船坞加固；（7）纠偏工程；（8）锚杆静压桩法。6.1概述6.1.3锚固技术的特点（1）充分利用岩土体自身条件，增加自稳能力；（2）锚固地层范围广；（3）作业空间占用少；（4）节约钢支撑等大量材料，改善施工条件；（5）施加预应力，控制锚头变位量在0.2%以内；（6）施工时噪音小，对环境无污染；（7）灌浆质量对锚杆极限抗拔力影响大；（8）拉杆长期受力下的蠕变、松弛问题不可忽略。6.2水泥砂浆锚杆技术6.2.1锚杆的构造6.2.2锚杆的受力分析1、锚杆的受力分析灌浆式锚杆承受极限荷载时，锚固体内有握固力、岩土与锚固体的摩擦阻力、岩土体的抗剪强度等。（1）土层锚杆：因锚固的土体抗剪强度确比岩石小得多，并且比锚固体与拉杆之间的握固力还小，故进行土层锚杆承载力确定时，主要考虑锚固体与土体之间的摩擦阻力及土体的抗剪强度，要求灌注的砂浆结石体抗压强度不低于20MPa。即土层锚杆常常因土的抗剪强度不足而发生破坏。（2）岩石锚杆：岩层锚杆往往因混凝土对拉杆的握固力不足而发生破坏的；要求水泥砂浆结石体标准抗压强度不低于30MPa。6.2.2锚杆的受力分析2、锚固作用实现四个条件（1）拉杆的抗拉强度足够；（2）锚固体对拉杆筋的握固力足够；（3）岩、土体的抗剪强度或摩阻力足够；（4）锚杆整体稳定性有保证。6.2.3锚杆的设计1、锚杆的布置2、锚杆的承载能力2、锚杆的承载能力6.2.3锚杆的设计6.2.3锚杆的设计6.2.4锚杆的施工锚杆施工工艺流程：（1）锚孔钻进；（2）拉杆的组装与安放；（3）灌注浆液（一次灌浆或二次高压灌浆）；（4）张拉与锁定等。1、锚杆成孔方法（1）长螺旋钻进：可在钻具提出前或后下拉杆灌浆；也可用土层自钻式钻具施工。（2）回转钻进：需有水循环，现场泥泞大。（3）冲击回转钻进：岩层体积碎岩;土层冲击挤密成孔。（4）潜钻钻进：凿岩机成孔，主要为隧道锚杆施工。2、拉杆的组装与安放一次注浆锚拉杆的组装；二次高压注浆锚拉杆的组装；钢铰线与高强钢丝锚拉杆的组装；扩大头注浆锚拉杆的组装（倒刺状）；拉杆组装：（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）若孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至顺利送入锚杆为止。3、注浆方法一次注浆：常压，可灌注水泥浆或水泥砂浆。二次高压注浆：分二次灌浆，第一次常压；第二次高压灌浆（纯水泥浆，且在第一次灌浆初凝之前进行，至少2小时以后实施灌浆。注浆注意事项：（1）浆液选用水泥：砂=1：1或1：2，水灰比0.38～0.45的水泥砂浆或纯水泥浆，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。（3）常压注浆采用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2m，注浆时应随时活动注浆管，待浆液溢出孔口时全部拔出。（6）注浆完毕应将外露钢筋清洗干净，并保护好。4、锚杆防腐（1）锚杆锚固段的防腐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20mm厚的保护层。②严重腐蚀环境永久锚杆，其锚固段内杆体宜用波纹管外套，管内孔隙用环氧树脂或水泥浆充填，套管周围保护层厚度不得小于10mm。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10mm。（2）锚杆自由段的防腐①永久性锚杆自由段内杆体面涂润滑油或防腐漆，再包裹塑料布，在塑料布面再涂润滑油，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25mm。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。③临时性锚杆的锚头宜采用沥青防腐。5、张拉与锁定，采用穿心千斤顶进行。（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）Nt，土质为砂土时保持10min，为粘性土时保持15min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定。（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。锚杆张拉荷载分级观测时间遵守规范规定要求。1、锚杆基本试验（1）试验目的：为了确定锚固体与其周围岩土层粘结强度，验证锚杆设计参数及施工工艺合理性。确定锚杆极限承载力的现场试验。（2）时间及数量：在工程锚杆施工前进行，试验根数2～3根；当锚固体强度达到时，方可加载张拉。（3）加荷方法：循环加载分级进行，直到锚杆破坏为止。（4）坡坏判定标准：①后一级荷载位移是前一级2倍以上；②2小时后锚头位移不收敛，即大于2mm；③拉杆总位移超过规定要求。（5）试验结果分析：可作出各种分析曲线。6.2.5锚杆现场试试验2、锚杆验收试验（1）土层锚杆施工后，应进行验收试验，验收试验的锚杆数量不应少于锚杆总数的5%，且不应少于3根，试验不能强行将锚杆拉坏。（2）进行土层锚杆验收试验时，加载宜按设计荷载的25%、50%、75%、100%、120%依次进行，分级加载，到最大值后卸荷至锁定值锁紧。3、特殊试验（1）锚杆群的张拉试验：确定群锚效应影响；（2）多循环张拉试验：在承受交变应力状态下作；（3）蠕变试验：在软土地基条件下作。 6.3树脂锚杆6.3.1树脂锚杆的工作特性树脂锚杆：是以高分子合成树脂为锚固剂，把锚杆杆体与孔壁岩石粘结在一起的一种岩石锚杆。按其锚固方式分为端头锚固（内锚头锚杆）和全长锚固两类。6.3.2树脂锚杆的构造组成树脂锚杆由拉杆、锚固剂、锁紧装置等组成。树脂锚固剂金属杆体垫板挡圈6.3.3树脂锚杆的基本参数设计6.3.4树脂锚杆的施工工艺树脂锚杆施工工艺主要包括钻孔、放置药卷、搅拌药卷、非锚固段注浆、施加预应力等五个方面。6.4土钉加固技术6.4.1概述土钉是将拉筋（常用钢筋做拉筋）插入土体内部，使其全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带，其结构类似于重力式挡土墙，用以提高整个边坡的稳定性。适用于基坑开挖支护和边坡加固，是一项实用的原位岩土加筋技术。一、土钉的类型 按施工方法不同，土钉可分为钻孔注浆型土钉、打入型土钉和射入型土钉三类： （１）钻孔注浆型土钉：先在土坡上钻直径１００～２００mm有一定深度的横孔，然后插入钢筋、钢杆或钢绞索等小直径杆件，再用压力注浆充实孔穴，形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在土坡坡面设置与土钉端部联结的联系构件，并用喷射混凝土组成面层结构，从而构成一个具有自撑能力且能够支挡其后来加固体的加筋域。这是土钉中应用最多的形式，可用于永久性或临时性的支挡工程。 （２）打入型土钉：采用ZSTD-150土钉机（气动冲击锚杆机）将钢杆直接打入土中。长度一般不超过６m。用气动土钉机每小时可打入１５根。其提供的摩阻力较低，因而要求的钉杆表面积和设置密度均大于钻孔注浆型土钉。但由于防腐问题难以解决，因此，多用于临时性支挡工程。 （３）射入型土钉：由采用压缩空气的射钉机依任意选定的角度将直径２５～３８mm，长３～６m的光直钢杆（或空心钢管）射入土中。土钉可采用镀锌或环氧防腐套，土钉头通常配有螺纹，以附设面板。这种形式施工快速、经济，适用于多种土层，具有很大的发展潜力。 （１）适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况； （２）适用于有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉性土、黄土类土及弱胶结的砂土边坡； （３）对标准贯入击数低于１０击或相对密实低于０.３的砂土边坡与不均匀系数小于２的级配不良砂土，土钉法不经济； （４）对塑性指数Ⅰ犘＞２０的粘性土，必须仔细其徐变特性后，方可将土钉用作永久性支挡结构； （５）土钉法不适用于软土边坡，也不适用于侵蚀性土（如煤渣、矿渣、炉渣、酸性矿物废料等）中作为永久性支挡结构。二、土钉适用范围 （１）对场地邻近建筑物影响小。由于土钉施工采用小台阶逐段开挖，且在开挖成型后及时设置土钉与面层结构，使面层与挖方坡面紧密结合，土钉与周围土体牢固粘合，对土坡的土体扰动较少，对相邻建筑物的影响小。 （２）施工机具简单，施工灵活。设置土钉采用的机具及喷射混凝土设备都属可移动的小型机械，移动灵活，所需场地也小。此类机械的振动小、噪声低，在城市地区施工具有明显的优越性。土钉施工速度快，在开挖过程中较易适应不同的土层条件和施工程序。 （３）经济效益好。据西欧统计资料，土钉支护比锚杆墙支护方案可节约投资１０％～３０％。在美国，按其土钉开挖专利报告（犈犖犚１９７６）所指示的可节约的投资３０％左右。国内据９项土钉工程的经济分析统计，认为可节省投资３０％～５０％。三、土钉的特点 土体的抗剪强度较低抗拉强度几乎可以忽略，但土体具有一定的结构整体性。在土体内放置一定长度和密度的土钉后，土钉与土共同工作，弥补土体自身强度的不足，构成复合土体。土钉在复合土体内的作用主要有： （１）箍束骨架作用。这是由土钉本身的刚度、强度以及它在土体内分布的空间组合方式所决定的。它具有约束土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。 （２）分担作用。在复合土体内，土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，土钉起着分担作用。土钉分担的比例取决于土钉与土体的相对刚度比、土钉所处的空间位置及复合土体的应力水平。 （３）应力传递与扩散作用。在相同荷载作用下，土钉墙土体部分的应变水平比素土边坡低，从而推迟了开裂域的形成和发展 （４）坡面变形的约束作用。在坡面上设置与土钉连在一起的钢筋网喷射混凝土面板，是发挥土钉有效作用的重要组成部分。三、土钉的作用机理四、土钉与锚杆的主要区别虽然土钉可视为小尺寸的被动式锚杆，但是它与土层锚杆相比是有区别的，主要表现在：（1）土钉一般不施加或施加很小的预应力，当土坡发生很小位移后，土钉的摩阻力才得以充分发挥出来。（2）土钉长度小，一般4~12m，全长与土体粘结；土钉设置密度也比锚杆高，一般土钉间距（水平Sx、竖直Sy）为1.0~1.4m。（3）单根土钉承载能力不高，一般在100kN以下，这样一来既即使单根土钉作用失效，对土坡的整体稳定性影响也不大。（4）土钉墙按构造进行编网钢筋（φ6@200×200）、面层喷射混凝土厚度为100mm左右，其钢筋混凝土总用量将比排桩墙锚杆少得多。（5）土钉的安装精度要求不高，它们主要靠与土体相互作用的方式形成一个整体的。对于土钉墙工程设计，要选定土钉几何尺寸、土钉内部稳定性计算、土钉外部稳定性验算，以及面层混凝土设计等。1、土钉结构尺寸确定（1）土钉长度：钻孔注浆型土钉，土钉长度与基坑深度有一定比例关系。其长高比为：6.4.2土钉设计2、土钉墙内部稳定性计算6.4.3土钉施工技术 一、工作面开挖 土钉施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，在砂性土中每次开挖的高度为０.５～２.０m。开挖高度一般与土钉竖向间距匹配，便于搭设脚手架及土钉施工。二、　土钉施工土钉施工包括成孔、清孔、置筋、注浆等工序。（１）成孔：根据设计要求的平面位置、孔深、下倾角、孔径，选择合理的钻孔设备。目前常采用多节螺纹钻头干法成孔。钻机可采用XJ－１００型钻机，也可采用YTN－８７型土层锚杆钻机。成孔质量标准：孔位偏差±５mm，倾斜度偏差±２°，孔深偏差±１００mm。（２）清孔：采用０.５～０．６MPa空气压力将孔内残留及松动的废土清除干净。当孔内土层的湿度较低时，需采用润孔花管由孔底向孔口方向逐步湿润孔壁，润孔在管内喷出的水压不宜超过０.１５MPa。（３）置筋：钢筋使用前应平直、除锈、涂油。为确保钢筋置中，在钢筋上每隔３m焊置一个托架作为定位器。（４）注浆：土钉注浆采用注浆泵或砂浆泵灌注，浆液可为纯水泥浆也可为水泥砂浆。纯水泥浆采用４２５号普通硅酸盐水泥用搅拌装置按水灰比０.４５左右搅拌，水泥砂浆采用１∶２～１∶1.３的配合比用砂浆搅拌机搅拌；采用注浆泵或灰浆泵进行灌注时，先将注浆管插到距孔底0.２m左右的地方，进行常压注浆。当第一次注浆浆液终凝后及时进行孔口补浆，直至浆体充满钻孔与垫板连成一体。三、　面层施工一般情况下，为了防止土体松动及局部塌方，必须尽快做第一层面层。根据地层的性质，可以在安设土钉之前做，也可在放置土钉之后做。每次施作５０～８０mm。当采用喷射混凝土做面层时，混凝土中水泥含量不应低于４００kg／m３集料，采用中粗砂和粒径不大于１０mm的卵石或碎石，两次喷射作业应留有一定的时间间隔。采用水泥砂浆抹面时，水泥砂浆设计强度不应低于犕５常用１∶（2.５～3.０）配比的水泥砂浆，用水泥砂浆进行面层处理时只用于临时性支护结构。采用喷射混凝土作面层时，常用ф６～１０mm钢筋，网距为１５０～３００mm的钢筋网；采用水泥砂浆作面层时，常铺设２０号钢丝网。四、　局部渗水处理土体开挖后，如发现土体局部渗水时，应及时施作面层并埋设泄水管。泄水管通常用塑料花管制成，长度５００mm左右，埋入开凿好的泄水孔内并封堵孔口。土钉机（气动冲击锚杆机）土钉机（气动冲击锚杆机）多臂台钻机械车高边坡锚杆锚杆台车防止岩土体表面风化剥落防止小体积松动岩块脱落防止地表水渗入坡体岩土锚固用于边坡稳定与滑坡整治工程（a）边坡加固；(b)斜坡稳定；（c）挡墙锚固；（d）滑坡防治(a)地下室支挡；(b)结构物抗浮(c)地下停车场倾与抗浮；(d)地铁与地下街道的稳定岩土锚固用于深基坑工程(a)防止高塔倾倒；(b)防止高架桥倾倒；(c)坝体稳定；(d)挡墙稳定用于抵抗倾覆的结构工程岩土锚固用于隧洞或地下工程（a）隧洞支护；(b)控制隧洞（竖井）围岩变形岩土锚固用于冲击区的抗浮与保护（a）坝下游冲区的抗浮与保护；（b）排洪隧洞冲击区的保护岩土锚固用于加压装置（a）桩的荷载试验；（b）沉箱下沉之加重岩土锚固用于结构物的稳定（1）防止桥墩基础滑动；（2）悬臂桥的锚固；（3）悬索桥受拉基础的锚固；（4）大跨度拱结构的稳定高边坡开挖时锚固边坡