锚固技术的特点

Question

如题所述

Answer 1

1)在岩土工程中采用锚固技术，能充分调用岩土体能量，调用岩土的自身强度和自承能力，减轻结构自重，确保施工安全。

2)在岩土工程中各类地层均可进行锚固，但作为永久性锚杆的锚固段不能设置在未经处理的有机质土、液限ω₁＞50%的岩土层中，以及相对密度D_r＜0.3的砂层中。

3)锚固工程施工机械及设备的作业要求的空间较小，对各种地形及场地无太多的空间要求。

4)用锚杆替代钢支撑作侧壁支撑，不但可节约大量钢材，而且大大改善了施工条件。

5)用锚杆或土钉支护替代放坡、衬砌或重力式挡土墙支护，可大量节省土石方工作量，从而节约成本和缩短施工工期。

图5-1 锚杆的构造

6)锚杆的设计拉力可由现场试验和施工来准确获得，它可保证锚固工程具有足够的安全系数和工作的可靠性。

7)利用锚固工程支护与其他施工相比较，对环境污染小。

8)锚杆施加预应力后可较准确地控制结构物的变形量，以保证结构物的安全。

二、锚杆的构造

锚杆是受拉杆件的总称。当与构造物采用锚杆作为加固或支撑的受力杆件时，从力的传递机理来看，锚杆由锚固体、拉杆及锚头三个基本部分组成(图5-1)。现将各组成部分的材料、作用等分述如下。

1.锚杆头部

锚杆头部是构造物与拉杆的连接部分。在一般情况下，拉杆设置是水平向下的，具有一定的倾斜角度。因此，与作用在构造物上的侧向土压力不在同一方向上。为了使来自构造物的力得到传递，一方面必须保证构件本身的材料具有足够的强度，相互的构件能紧密固定，另一方面又必须将集中力分散开。为此，锚头由下列几部分组成。

(1)台座

构造物与拉杆方向不垂直时，需要用台座作为拉杆受力调整的插座，并能固定拉杆位置，防止其横向滑动和有害的变位。台座用钢板或混凝土制成。

(2)承压垫板

为使拉杆的集中力分散传递，并使紧固器与台座的接触面保持平顺，钢筋必须与承压垫板正交，一般用20～40mm厚的钢板。

(3)紧固器

拉杆通过紧固器的作用，将其与垫板、台座、构造物贴紧并牢固联结。如拉杆的材料采用粗钢筋，则在拉杆端部焊螺丝端杆，用螺丝或专用的联结器作为紧固器。为了减少螺丝端杆加工的工作量，必要时也可直接采用焊接的方法。如用钢绞线等，则需用公锥及锚销等零件。

图5-2 锚杆的长度

2.拉杆

拉杆是锚杆的中心受拉部分，从锚杆头部到锚固体尾端的全长即是拉杆的长度。拉杆的全长L实际上包括有效锚固长度L_e和非锚固段长度L₀两部分(图5-2)，即

L=L_e+L₀

式中:L为拉杆的全长，m;L_e为有效锚固段长度，m;L₀为非锚固段长度，m。

有效锚固段长度即锚固体长度，主要根据每根锚杆需承受多大的抗拔力来决定。非锚固段长度也称自由长度，由构造物与稳定地层之间的距离来决定。

我国早期常用的拉杆材料为热轧螺纹粗钢筋，直径采用122～32mm，单根或2～3根点焊成束。近年来发展采用45SiMnV高强度钢材(直径25mm)以及钢绞线、钢丝束等。

3.锚固体

锚固体是锚杆尾端的锚固部分，通过锚固体与土之间的相互作用，将力传递给地层。锚固力能否足够保证构造物的稳定要求是锚杆技术成败的关键。

从力的传递方式来看，锚固体可分为3种类型。

(1)摩擦型

典型的摩擦型锚杆是在已钻好的孔内插入钢筋并灌注浆液，使其形成一柱状的锚固体，这种锚杆通常称为灌浆锚杆。在实际的施工中，有时采用压力灌浆，因此，实际的锚固体一般要比设计的锚固体大。柱状锚固体外表面与土层之间的摩擦力将来自拉杆的拉力传递给地层。

在一般情况下，锚固体周围土层内部的抗剪强度τ₁比锚固体混凝土面与土层之间的摩擦力f₁要小，所以锚固力的估算应按τ₁来考虑比较合理(τ₁是经验数值，由抗拔试验求得)。可以认为摩擦锚杆是以摩擦力F(F=τ₁×灌浆锚固体的周边面积)作为支撑机理的，即F＞＞Q(Q为支撑力)。在实际工作中，目前以摩擦型为主的锚杆占绝大多数。

(2)承压型

锚固体有一个支撑的面，支撑型的锚固体一部分或大部分是扩大的，所以锚杆的拉力与其说是依靠锚固体与土之间的摩擦，不如说是依靠作用于锚固体的被动土压力来获得支撑，亦即锚固体的支撑机理是F＜＜Q。

为了形成承压面，可由几种不同的途径得到。在天然地层中可采用机械装置，如施工时在拉杆的后端装有辅助设施，即从地面钻到预定的深度时，通过机械作用，将端部的装置张开，如图5-3所示;或采用注浆塞加压灌浆扩大孔径;或在填土中采用预制的钢筋混凝土板开挖埋设，这种锚杆属于锚定板结构型式，如图5-4所示。

(3)复合型

复合型锚杆的例子，如在软弱地层中采用扩孔灌浆锚杆，在成层地层中采用串铃状锚杆或类似扩孔型的螺旋锚杆(图5-5a、b)。扩大部分是一个或几个。周边面积很大，摩擦力也有相当大的数值;复合型锚杆的支撑方式比较复杂，实际上是摩擦力及支撑力两者兼而有之，共同承担。可以认为，摩擦力与支撑力的大小近似相等(F≈Q)属于此种形式。值得注意的是，在砂土和粘性土中，使摩擦力达到最大值的变位量相差很大，因此，当锚固层为粘性土或软的粉砂土时，对摩擦力的取值要十分慎重，必须经过现场抗拔试验来确定。

图5-3 扩孔型锚杆

图5-4 锚定板结构

图5-5 复合锚杆