基础锚杆（共9篇）
基础锚杆 篇1
0 引言
随着以往制约岩石锚杆基础在山区输电线路中应用推广的施工机具笨重、运输困难等问题的成功解决[1],岩石锚杆基础在我国许多地区已成功地应用于220kV和500kV的输电线路工程中[2,3,4,5],这对于提高施工机械化程度、减轻劳动强度、降低工程造价及保护自然植被具有重要的意义,符合国家电网公司“资源节约型、环境友好型”输电线路建设的目标,值得在山区输电线路工程中大力推广应用[6]。
然而,岩石锚杆基础在上拔荷载作用下,工作机理比较复杂,破坏机理尚不明确,影响其安全稳定的因素较多,特别是针对节理裂隙发育的岩体地基。为了更好地发挥岩石锚杆基础的优势,完善设计理论,结合现场真型试验,对岩石锚杆基础的受力机理和影响承载力的因素进行了系统研究,为其在输电线路工程中的设计与应用提供依据。
1 试验概括
1.1 工程地质条件
在北京房山区某500kV输电线路工程附近,选择一节理裂隙发育、层理密集的岩体作为试验场地,场地岩层的岩性主要为灰质板岩,板理发育,局部夹有灰岩透镜体;岩层产状为175°∠47°,岩体板理与岩层总体产状一致。
根据现场勘查和钻孔取芯的情况得知,板理间距3～5cm,岩体完整性较差。岩体不受扰动时,板理紧闭,岩体整体较密实;但是一经开挖扰动,岩体即沿着板理松动开裂,变得异常松散。
岩体自身重度γ=27.2kN/m 3,岩体层理面的抗剪强度参数为c=87kPa,φ=15°。
1.2 试验设计方案
本试验共设计单锚基础10座,直锚式群锚基础4座。其中单锚基础中采用8根42HPB 235钢筋与3根38HRB 400中空锚杆;群锚基础全部采用42HPB 235钢筋。具体设计尺寸及埋深见表1所示。
1.3 加载装置与测试系统
试验加载装置采用横梁式加载,主要包括油压千斤顶与反力钢梁等,试验反力装置采用枕木基垫型式,天然地基作为反力基座的承载体;试验测试装置采用RS-JYC静载仪与DH 3816应变测量仪。
对于输电线路岩石锚杆基础,加荷标准采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)[7,8],加荷等级取8～10级,当试验对象为岩体时,间隔1min、2min、2min、5min测读一次沉降,以后每隔10min测读一次,当连续三次读数差小于等于0.01mm时,可认为沉降已达到相对稳定标准,方可施加下一级荷载。
2 试验结果分析
2.1 破坏荷载的确定
如表2所示,试验中根据测量锚筋锚头位置处的Q-s曲线与锚孔表面浇筑的细石混凝土的Q-s曲线来确定岩石锚杆基础的破坏荷载值。
根据《钢结构设计规范》[9]等相关资料,钢筋达到屈服强度时在一个较大的应变范围内,应力不会继续增加,其应变范围约从ε=0.15%增加到ε=2.5%。现场试验过程中,42的Q 235锚杆锚筋屈服荷载Tyk=325kN,锚杆锚头位移测量位置往往离地表0.4m,则在锚筋屈服阶段此段裸露的钢筋最大变形量Δl=0.4×2.35%=9.4mm
如图1所示,以D 2单锚基础为例进行分析,拉拔荷载为320kN时其锚头位移值为5.17mm,当拉拔荷载增加到340kN时,其锚头位移迅速增加至14.93mm,即在锚筋屈服阶段裸露于地面的钢筋变形量为9.76mm,与理论计算值基本一致,而锚孔表面细石混凝土的位移增量仅为0.06mm。
因此在现场试验中,当加荷值小于钢筋屈服强度时,可通过锚筋锚头的Q-s曲线判定锚杆基础的破坏荷载;当加荷值大于钢筋屈服强度时,由于钢筋自身的屈服伸长量不可忽略,不可采用锚筋锚头的Q-s曲线判定岩石锚杆基础的破坏荷载值。
根据上述计算分析,最终以锚孔表面的细石混凝土测量的Q-s曲线确定岩石锚杆基础的破坏荷载值,如表3所示。
2.2 有效锚固长度的确定
根据应变片上量测的应变值,埋深分别为1m、1.25m、1.5m、1.75m、2.25m、3m的单锚基础锚筋轴力沿埋深的分布规律如图2所示。
从图2中可以得出,随着锚杆长度的增加,锚杆轴力沿埋深并非均匀递减,也不是在锚杆长度范围内无限制的延伸;根据单锚基础的极限抗拔承载荷载来看,单纯增加锚杆长度不一定能有效提高锚杆的极限承载力。
根据输电线路工程相关规范[10]的规定,结合现场真型试验的数据[11],对于节理裂隙发育的中等风化灰质板岩,取锚筋的有效锚固长度l0=1.5m,锚桩的有效锚固深度h0=1.8m。
2.3 界面粘结强度的计算
根据规范[10]的规定,以单锚基础为例,锚筋与细石混凝土间的界面粘结强度为:
细石混凝土与岩体间的界面粘结强度为:
岩石等代极限剪切强度为:
根据上述42HPB 235圆钢的试验结果,针对节理裂隙发育的灰质板岩岩体地基,输电线路岩石锚杆基础设计参数取τa=1956kPa、τb=685kPa、τs=36kPa。
而对于38的HRB 400中空锚杆,其破坏荷载为42圆钢单锚基础破坏荷载的1.4倍,由于中空锚杆的表面具有螺纹构造,而钢筋外表面的粗糙程度可以提高钢筋与混凝土间的粘结强度,因此其极限荷载得到明显提高,试验结果也验证了上述分析。
2.4 群锚效应的比较分析
假设岩体整体破坏时为一倒置的90°的圆锥体,可知锚固体桩间距b只要大于2倍埋深,则群锚对单根锚筋承载力没有影响;若其间距小于2倍埋深,则会影响其承载力,这就称为群锚效应。针对输电线路杆塔结构与基础通过塔脚板连接的特殊性,锚固体桩间距b往往很小,因此群锚效应必然存在。
现场真型试验表明,对于的群锚基础,其破坏荷载为单锚基础的1.42倍;而对于的群锚基础,其破坏荷载为单锚基础的2.64倍。可见群锚效应严重影响单根锚筋承载力的发挥,且随着群锚基础锚筋数量的增多,单根锚筋的发挥程度也越来越小,因此在岩石锚杆基础设计时要密切关注群锚效应。
3 结语
⑴在满足锚筋自身强度的前提下,岩石锚杆基础破坏荷载的确定,要以锚孔表面混凝土的荷载位移曲线为标准。
⑵锚筋的有效锚固长度是岩石锚杆基础设计中的关键因素之一,当锚杆长度达到一定值后,继续增加锚杆长度对承载力的提高并不明显。
⑶在岩石锚杆基础设计中,可考虑改善与提高锚筋外表面的粗糙度,从而可适度提高锚筋与混凝土间的界面粘结强度。
⑷当锚固体桩间距较小时,多根锚杆组成的群锚基础对承载力提高的程度不多,群锚效应对单根锚筋的承载力发挥程度影响较大。
随着岩石锚杆基础在输电线路工程中的广泛应用,岩石锚杆基础的理论研究成果也需要更多的现场真型试验进行验证,这样才能更好地促进岩石锚杆基础在输电线路工程中的应用。
浅析锚杆支护工艺 篇2
关键词：掘进巷道 锚杆支护 支护工艺
1 概述
锚杆支护的主要作用是控制锚固区围岩的离层、滑动、张开裂隙等扩容变形与破坏，在锚固区内形成次生承载层，最大限度的保持锚固区围岩的完整性，避免围岩有害变形的出现，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。为此，应采用高强度、高刚度的锚杆支护组合支护系统。高强度要求锚杆具有较大的破断力，高刚度，要求锚杆具有较大的预紧力。锚杆支护是通过锚杆给围岩施加一定的压应力，改善围岩的应力状态，所以，锚杆支护不仅锚杆要有较大的破断力，更重要的是必须有科学的施工工艺，才能保证有较合理的预紧力。锚杆支护工艺及技术不规范，不达标，会导致锚杆的支护质量达不到设计要求，使顶板支护失效。
锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点，使得锚杆支护在井巷支护得到广泛应用。澳大利亚4E00系列四臂锚杆机，因其安全、高效，在神东及周边矿区广泛引用。但据笔者调查，发现几乎所有使用该型锚杆机的施工单位，没有能够正确掌握锚杆支护施工工艺，自然锚杆支护质量达标率低，顶板管理隐患大。
2 井巷掘进基本情况
神东矿区位于晋、陕、蒙三省区交界，位于鄂尔多斯大型聚煤盆地的东北部，均发育于鄂尔多斯盆地延安组，煤层顶板岩性多为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，有少量的泥岩及中粗砂岩，地质构造简单，岩层裂隙不发育，属于坚硬岩石类型。但矿区煤层埋藏浅，以薄基岩厚松散层为主要地质特征，具有松散层内含水局部较厚的水文地质特征，极易发生涌水溃沙事故，顶板管理困难。
由于神东矿区掘进及回采设备配套主要为进口美、德、澳等国，为实现高产高效，设备机型较大，为便于高效快速运输，掘进巷道宽度设计多为5-6m，巷道顶板支护主要选用锚杆锚固，特殊地段加设锚索钢带或网片支护。
3 神东哈拉沟煤矿锚杆支护问题
神东哈拉沟煤矿12煤102、103顺槽巷道宽为5.4m，巷高为2.4m，由于顶板破碎，设计支护方式为锚杆加钢筋网、锚索加钢带联合支护。巷道掘好放置一段时间后，多处锚杆出现在紧固螺母处断裂的现象，顶板支护严重失效，顶板有冒落下沉的重大安全隐患。
预应力锚杆结构由锚固段、弧拉段（自由短）和锚头组成。一般情况下锚固工程失事案例发生在锚头或张拉段（自由段）近端，从而易产生突发性破坏。但12煤现场捡获的锚杆断头实物，全部在螺母紧固根部断裂。12煤使用锚杆型号为MSGLW-235/16，材质为Q235，查验检验报告符合标准质量，问题主要应为支护工艺有疏漏。为了弄清锚杆断裂原因，消除由于锚杆安设问题而存在的安全隐患，对此问题进行了调研、测试、分析。
3.1 Barton和Choubey通过结构面抗剪强度测定模型试验，提出了计算结构面抗剪强度的经验公式（1）：
τ=σntan[∮b+JRClg（Jcs∫σn）] （1）
式中：τ为结构面抗剪强度（MPa）；JRC为结构面粗糙度系数；JCS为结构面两侧岩体的抗压强度（MPa）；σn为作用在结构面上的正应力（MPa）；∮b为岩体的内摩擦角（°）。
设锚固承载层的抗压强度为JCS1，锚固岩（土）体抗压强度为JCS2，承载层与锚固岩（土）体构成一个有机整体，其等效抗压强度为JCS=min（JCS1，JCS2） （2）
锚固承载层刚度较小，即JCS1=σn< JCS2时，JCS=σn，lg（Jcs∫σn） =0。
锚固承载层刚度较大，即JCS1=σn>JCS2时，JCS=JCS2，lg（Jcs∫σn） <0。
因此，预应力锚杆所施加的压力如果过大，不仅对承载层材料要求很高，而且在界面抗剪切能力反而减小，因此，应尽量小于岩土体的抗压强度。神东公司根据所属矿井的地质结构，及M16/5.6普通碳钢螺栓扭矩，测算规定，￠16锚杆的预紧力为100N.m。
3.2 根据走访调研该矿及周边矿井，所有使用四臂锚杆机的掘进队，均不清楚规范的支护工艺。各队存在共性问题为：①锚杆机普遍不完好。钻箱手动旋转减压阀损坏，压力表短缺。②钻箱手动减压阀压力调整不当，有的过大有的过小，没有一个合适的。③部分司机不清楚规范操作流程，使用自动打钻紧固螺母。④锚杆机压力表装设不规范，不能有效实时监测负载压力变化情况，指导司机操作。
3.3 根据现场实际检测，当自动打钻时，马达最大压力能达到160-180bar。当自动打钻压力为180bar时，实际预紧扭矩达到250N.m以上。根据测试情况及现场断裂情况分析，12煤锚杆断裂可能有以下原因：①利用自动打钻紧固锚杆时扭矩过大。4.8级的常用螺栓准用扭矩值为98N.m，而实际自动打钻时扭矩能达到250N.m，远远高于准用扭矩值，导致锚杆在预紧时丝杆损坏。②锚杆材质达不到要求，锚杆丝杆强度不够。③由于顶板破碎，凹凸不平，锚杆安装角度不正确，倾斜度过大，或托盘与锚杆不垂直，导致锚杆在紧固时，丝杆受剪切力较大，损坏丝杆，导致在顶板来压时提前断裂。（见表1）
3.4 马达的实际输出转矩T=ΔP*V/2π*ηm，式中ΔP为马达进出口压力差，V为排量（m3/s），ηm为液压马达的机械效率。可以看出，不同的马达，由于使用时间、制造精度（装配精度）、系统配合（回液管路及滤芯、其他回路的跑冒滴漏）等状况的差异，均会导致ΔP、ηm的不同，所以，不同的马达在相同的系统中运行，会有不同的输出扭矩。图1为该矿连采一队锚杆机手动打钻时，马达压力（bar）与实际预紧力（N.m）之间的曲线图，红线为1#钻机测试所得数据，粉线为2#钻机所得数据。
4 结语
提高锚杆支护强度，在很大程度上取决于锚杆支护的科学合理的支护工艺，根据以上分析，掘进队必须做到：
①重新修订锚杆机操作规程，必须是自动钻孔，手动紧固锚杆，并及时贯彻落实。要求操作规程详细描述操作流程，可操作性要强。②检修工要加强锚杆机日常检修维护，保证设备完好。尤其压力表能实时监测负载情况（压力表接在MSL孔上），将每个钻箱的压力与扭矩对照表张贴到锚杆机司机打钻时方便看到的地方，便于操作工及时掌握操作压力，对照测试扭矩表，能及时掌握锚杆扭矩，减少重复劳动，提高功效。③检修工每天矫正钻箱手动减压阀压力，确保锚杆紧固到位，预紧力合格，支护效果好。通过现场实测情况，建议压力调整在85-100bar（锚杆扭矩100-120N.m），但要根据不同钻箱情况，具体实际调整。
参考文献：
[1]文志杰.全长黏结型预应力锚杆受力特性研究.
[2]尤春安.全长粘结式锚杆的受力分析.
[3]温福跃.建井施工锚杆支护技术研究[J].中国高新技术企业，2010（10）.
作者简介：
浅谈基础锚杆的施工和检测 篇3
广州萝岗区某水质净化厂项目位于广州市九龙镇内, 建筑物包括二沉池及深度处理构筑等结构, 基坑开挖深度较大, 局部基坑深度达到10m。根据钻孔揭露所取得的地质资料, 经综合整理, 将场地岩土层自上而下划分为:素填土、粉质粘土、淤泥质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩等。
2 锚杆的施工
2.1 施工工艺流程
锚孔定位编号→钻机就位→钻孔→下锚→注浆拔管→二次注浆→封锚。
2.2 施工工艺
2.2.1 放线定位
⑴按施工桩位平面布置图放线确定桩位, 做好标记和预检;
⑵桩位误差控制在规范要求之内。
2.2.2 地质嵌风钻机锚孔钻进方法
⑴安装锚孔钻机、调平、调立、稳固;
⑵锚孔孔径160mm, 孔径偏差不大于2cm, 钻孔深度偏差不应小于设计深度1%, 也不宜大于设计深度500mm, 成孔深度达到设计要求;
⑶锚孔钻进经常检查钻头尺寸, 保证钻孔孔径;
⑷掌握锚孔中心度, 防止锚孔偏斜, 跑斜后应采取措施, 重新成孔。
2.2.3 洗孔
⑴锚孔成孔后, 将联接空压机的洗井管置入孔内, 由上往下, 再由下往上反复冲洗, 沉渣小于等于30cm;
⑵做好孔口维护, 防止渣土流入孔内。
2.2.4 锚杆体加工制作及孔内安装
⑴锚杆体为3Φ25 (HRB400) , 采用1Φ6 (HRB400) 长度200mmd的焊接短钢筋按间距2000mm将主筋点焊成束;
⑵锚杆按2.0m间距焊接3Φ6 (HRB400) 定位中心支架, 以使锚杆体保持平行, 保证锚杆在锚孔中心;
⑶注浆管内径20mm, 长度要求能满足能自孔底开始依次向上的注浆长度;
⑷锚杆体采用人工安放;下锚前, 锚杆制作质量和锚杆长度需经监理验收合格后, 方可下入孔内;
⑸锚杆按设计及规范制作组装。
2.2.5 注浆
⑴浆液配制:M30水泥砂浆, 水泥采用P.O.42.5 (普硅525R) ;
⑵水泥浆搅拌均匀, 具有可靠性, 低泌浆性;
⑶注浆前先泵送清水至孔口返水以疏通管路, 后采用常压泵送方法注浆, 注浆前不得拔出注浆管, 以保证锚杆底端注浆充实;
⑷采用水下混凝土灌注法, 首次注浆量以注满孔为准, 充盈系数达1.2以上;
⑸注浆作业连续, 注浆管要边注边拔, 拔管高度不超出孔内浆液面;
⑹待一次注浆体初凝强度达5.0MPa后, 即可用高压注浆管进行二次高压注浆。二次注浆时间可根据注浆工艺通过试验确定。为了提高浆体的早期强度, 可以考虑加入适量的外掺剂, 起到早强和膨胀的作用;在做配合比实验时, 同时做掺加外加剂和不掺加外加剂的两组水泥浆的配合比。根据实验结果进行比较之后, 根据实际需要再决定水泥浆是否掺加外加剂;
⑺锚固段注浆采用孔底返浆法, 将注浆管插入到距孔底50cm处, 用压浆机 (泵) 将水泥 (砂) 浆通入注浆管注入孔底, 水泥 (砂) 浆从钻孔底口向外依次充满并将孔内空气压出, 而水泥浆则由孔眼处挤出并冲破第一次注浆体;
⑻试块制作, 除见证取样外, 每天或每20根 (锚) 桩做3组, 规格70.7mm×70.7mm×70.7mm, 取28d抗压强度值;基本试验则取同条件养护下试块强度;
⑼补浆:孔内素浆初凝后, 开动注浆泵先用清水冲洗孔内泥浆, 再用上述方法注浆, 直至孔内浆液饱满。
2.2.6 防水、防腐
⑴清理锚桩头, 与建筑基础防水施工一起做好抗浮锚杆的防水施工;对穿过底板防水层的锚杆, 采用一层渗透性结晶防水材料和两层高分子聚合物卷材进行防水处理。
⑵锚杆头外露锚杆体用防腐树脂、砂浆封闭, 承压板用防锈漆及沥青材料涂刷, 进行防锈、防腐处理。
2.2.7 施工注意事项
⑴锚杆体应无损伤, 并应作除锈处理。
⑵锚杆体的选择试验 (基本试验、验收试验) , 质量的要求等, 应严格按有关规范、规程进行, 禁止盲目操作, 以免发生危险。
⑶锚孔内的水泥浆应有足够的养护时间, 在养护期内不得移动锚杆。
⑷当设计与现场实际情况有出入时, 经设计单位同意后, 可酌情调整。
2.3 成品保护措施
⑴抗浮锚杆施工过程中成品保护措施:
在锚杆完成灌浆工作以后, 如何对已完成的锚杆进行保护, 是成品保护的重要部分。根据实际情况, 计划采取如下措施:
(1) 为了避免后续基础施工对锚杆造成破坏, 任何机械不允许进入该区域进行工作。
(2) 对伸出工作面的锚杆体用素水泥浆进行涂抹, 以避免锚杆体锈蚀。
(3) 抗浮锚杆必须分区并且按照一定的顺序进行施工, 绝对禁止遍地开花, 从而增大成品保护的难度。
⑵底板施工过程中成品保护措施:
为了防止在底板施工过程中, 锚杆体因钢筋运输、绑扎、焊接、混凝土浇筑等工序施工时造成破坏, 根据工程实际情况, 需要采取如下保护措施:
(1) 基础底板施工时, 绝对禁止在锚杆部位进行焊接和火焰切割工作。
(2) 在混凝土浇筑前, 对锚杆体锚固部分全部进行检查, 并进行二次防腐。
3 锚杆的检测
锚杆的检测主要是抗拔试验, 共分基本试验和验收试验2个阶段。
3.1 基本试验
抗浮锚杆抗拔力能否满足使用要求, 不仅关系到工程的进度, 也影响到工程的结构安全, 所以在锚杆全面施工前最好根据现场地质情况, 选择有代表性的地层打入试验锚杆, 并进行锚杆抗拔试验。抗拔试验由设计单位根据锚杆的杆体材料及入岩土深度提供预估荷载, 并最终试验至锚杆破坏。试验后统计得出试验锚杆的极限抗拔力, 并将极限抗拔力除以安全系数2取得锚杆抗拔承载力特征值。根据工程对锚杆抗拔力的要求, 在达到工程锚杆符合设计抗拔力要求前提下调整并确定施工锚杆各种参数, 降低工程施工成本。
试验依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002的有关规定进行, 在同场地同一岩层, 试验数不应少于6根。
3.2 验收试验
锚杆完成施工后必须进行验收试验, 验收试验数量为工程总锚杆数5%。试验点选择宜符合下列规定: (1) 施工质量有疑问的; (2) 局部地质条件出现异常的; (3) 施工工艺 (或不同班组) ; (4) 均匀随机性分布于场地内。
3.3 试验方法
⑴试验时可采用垫在地基上的枕木和工字钢提供锚杆上拔时的反力 (图1) 。锚杆杆体材料多采用中18mm～32mm的螺纹钢, 一般在中25mm居多。可用刚性铁板和锚夹具来产生上拔力, 最大试验荷载可达到600kN。对于中28mm～32mm及大直径材料, 可采用焊驳钢筋来提供抗拔力。
⑵检测时锚杆的上拔量应量测于锚杆锚固体顶部, 同时也应监测钢筋的变形量, 严格要求千斤顶产生的上拔力必须和杆体受力方向平衡一致, 提供反力的地基应大于2倍试验荷载, 对千斤顶产生不均匀上升时应对力矩进行调整, 使杆体均匀受力, 充分发挥锚固段整体的锚固力。
⑶对于未达到验收要求的锚杆, 应增加2倍的检测数量, 并依据验收结果对锚杆进行增加锚杆数保证工程的安全性。
4 总结
基础锚杆施工必须严格按照规范要求, 才能保证锚杆的质量, 同时锚杆抗拔力检测也是控制主体质量安全的重要环节, 因此只有掌握正确的锚杆施工方法和检测方法, 才能保证地下结构的质量安全。广州萝岗区某水质净化厂项目施工质量较好, 锚杆抗拔力检测能满足设计要求, 有效保证了地下结构的安全。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002)
[2]《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-2008)
[3]《建筑地基基础检测规范》 (DBJ15-60-2008)
试论应用锚杆支护技术 篇4
关键词：锚杆支护 现状 优越性 注意问题
0 引言
科学在发展，技术在进步，科技是降低成本、提高经济效益的主要手段。相信锚杆支护技术是煤矿中最具有发展潜力的支护技术，它必将对煤矿企业的高产高效带来重大影响。以下是本人对锚杆支护的一点认识和思考，相信只要认真对待，注重研究，锚杆支护技术必将继续完善和提高，进而推动煤矿经济效益的提高，并积极地响应了国家对能源行业提出的关于节能减材的方针和政策。
1 使用锚杆支护的作用
随着锚杆支护工程实践的不断丰富使用，与不同条件的各种锚杆支护理论的相继被提出并逐步得到发展和完善，归纳起来，主要有以下三个作用。
1.1 悬吊作用 锚杆支护的悬吊作用，突出的表现在直接顶较薄，老顶较坚固的情况下，锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上步稳固的岩层上，由锚杆承担软岩或危岩的重量，以达到井巷稳定的目的。这一理论提出的较早，有一定的实用价值。但是大量的工程实践证明，即使巷道上部没有稳固的岩层，锚杆亦能发挥支护作用。例如，在全煤巷道中，锚杆就锚固在煤层中也能达到支护的目的，说明这一理论有局限性。
1.2 锚杆的组合梁作用 为了解决悬吊理论的局限性，在层状地层中提出了组合梁理论。组合梁理论适用于顶板由多层小厚度连续性岩层组成的巷道，其原理是在没有稳固岩层提供悬吊支点的薄层状岩层中，可利用锚杆的拉力将层状地层组合起来，形成组合梁结构进行支护。并借助锚杆本身提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动，是防止分层在压力作用下发生整体弯曲变形，呈现出组合状态，从而提高顶板的抗弯刚度及强度。这一观点有一定的影响，但是工程实例较少，也没有进一步的依据资料供设计应用。例如，岩层沿巷道纵向有裂缝时梁的连续性问题和梁的抗弯强度问题。
1.3 锚杆的减跨作用 如果把不稳定的顶板岩层看成是支撑在两帮的叠合梁，由于可视悬吊在老顶上的锚杆为支点，安设了锚杆就相当于增加了支点，从而减小了顶板的跨度，使顶板岩层的弯曲应力和挠度得到降低，维持了顶板稳定。这就是锚杆的减跨作用，这套理论实际上来源于锚杆的悬吊作用，但它同样未能提供用于锚杆支护参数设计的方法。总之，使用锚杆支护，可发挥其加固拱作用和悬吊作用，使复合顶板内的各煤岩体与锚杆紧固成一个所谓的“组合梁”，从而提高顶板岩层的抗弯强度，减少各岩层层面滑移、离层和冒落的机率，从而保证巷道的稳定性。代替了木支护，又适应了国家天然林保护工程实施以来所导致的木材无法采购的外部环境，并响应了国家所提出的节能减排的号召。
2 煤巷锚杆支护现状
2000年以前我国矿区煤巷大多数采用的都是木支护，采区切眼采用了水泥锚固剂、竹锚杆、挂铁丝网，但支护效果不很好而木支护巷道每半年都要重新支护一次，使的投入增大，为此天池一矿决定改进支护方式。
2.1 由于天池一矿全矿区地质条件简单、煤层赋存条件好，但煤层局部产状变化较大，煤层较为破碎。巷道采用煤层巷道，围岩完整性较好，层理不发育，煤体抗压、忍性强度较高，煤巷支护采用锚网支护，锚杆端锚为主，杆体用φ16mm、长1600mm圆钢加工而成；巷道顶帮配以40×40mm网格的铁丝网。在交岔点或煤层较为破碎处在锚网支护的基础上增加钢带支护，每排钢带间距与锚杆间距相同（锚杆间排距根据煤层情况调整，一般间排距700×700mm），通过锚杆固定钢带，亦即锚杆+网+钢筋梁支护。
2.2 锚杆支护的结构形式主要有单一锚杆+水泥托板、锚杆+网+水泥托板、锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁等形式。形式的选择主要取决于巷道围岩的性质，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类较好的围岩巷道中一般选择锚杆+网+水泥托板，随着围岩条件的变化程度及断面增大，Ⅳ、Ⅴ类围岩巷道采用锚杆+网+w型钢板钢带、锚杆+网+钢筋梁的支护形式。
3 锚杆支护的优越性
3.1 支护效果好 锚杆支护在支护原理上符合现代岩石力学和围岩控制理论，属于“主动”支护，锚杆安装以后在围岩内部对围岩进行加固，迅速形成一个围岩——支护的整体承载结构，因而能够调动和利用围岩自身的稳定性，充分发挥围岩自身的承载能力，所以锚杆支护有利于保护巷道围岩的稳定，改善巷道维护状况。
3.2 劳动强度低、效率高 与传统架棚式支护相比，由于锚杆支护所采用的支护材料较少、重量较轻、巷道掘进时，极大地减少了支护材料的运输量，劳动强度也大为降低，有利于提高掘进工效。工作面回采时，也省去了支架的回撤工作，既降低了工人劳动强度，又提高了安全系数。锚杆施工操作简单，紧跟掘进面，有利于实现快速掘进支护机械化。
3.3 经济效益明显 采用锚杆支护和减少支护材料投入，降低直接支护成本。由于锚杆支护不占用巷道工作断面，因而在支护设计上，可相应减少巷道断面，节省大量材料。还能减少巷道维修量，节约维护费用。总之锚杆无论在支护材料费用方面还是运输和维护费用方面都有着其他支护材料无可比拟的优势，锚杆支护技术在这些方面能够降低成本，显著提高经济效益。
4 锚杆支护中应注意的问题
锚杆支护虽然具有即时承载、预紧力大、支护效果好、劳动强度低、支护成本低等等优点，大力推广锚杆支护技术是实现回采工作面高产高效的有效途径。但采用该技术需要注意以下几个问题：
4.1 锚杆必须成分利用锚杆的预紧力，锚杆的底部必须紧贴岩壁，否则锚杆无法起到加固梁和组合梁的作用。
4.2 掘进煤巷时应保持巷道顶板和两帮的平整，最好以不破坏顶板完整和减少爆破震动巷帮煤体为原则，避免巷道周边形成应力集中，确保巷道的稳定性。
4.3 顶板锚杆不亦全部垂直顶板方向布置，应以放射状为准，破碎的岩层间隙要以水泥注浆充满，确保锚杆要有足够的锚固力。
4.4 锚杆必须要有托护结构并产生一定的托锚力，没有托锚力的注浆钢丝绳锚杆由于不能形成主动支护，因而不能用于煤巷支护。
4.5 随着锚杆支护技术的普遍应用，锚杆的回收再利用工作我认为也应当受到足够的重视，一套锚杆虽然价值不高，但积少成多，所带来的经济效益将十分巨大。首先从材料上讲，目前各大矿区大多数所使用的锚杆有稍钉式和压塑式两种，虽然稍钉式锚杆强度高，一旦安装成功就以将锚杆螺纹损坏，却无法回收再利用。压塑式锚杆在安装时可不破坏锚杆螺纹结构，有利于回收复用要加大投入研究锚杆的回收技术。锚杆的质量直接关系到巷道支护效果和煤矿安全，应当研制高质量的锚杆及性能优越的附件，提高锚杆支护水平。
4.6 选择合适的锚杆参数，确定有效的锚杆支护形式。
5 结论
锚杆支护由于能主动地加固围岩，最大限度地保持围岩的完整性、稳定性，控制围岩变形、位移和裂隙的发展，充分发挥围岩自身的支承作用，变被动支护为主动支护，有效的改善矿井的支护状况，具有施工方便、效率高，有利于加快施工进度，且施工成本低、支护效果好，已经成为当今巷道支护改革的主要趋势。
参考文献：
[1]窦林明，邹喜正，曹胜根，陆菜平编著.煤矿围岩控制与监测.中国矿业大学出版社.2007年2月第1版．
基础锚杆 篇5
1 土层锚杆的基本构造
锚头、锚头垫座、支护结构、钻孔、防护套管、拉索、锚固体、锚底板等是锚固支护结构的土层锚杆组成。土层锚杆的长度受锚固长度、非锚固长度、锚固段长度影响。根据土层锚杆的不同构造可以分为如下几类:第一类:灌浆锚杆;第二类, 高压灌浆锚杆;第三类, 预应力锚杆;第四类, 拉孔锚杆;第五类:重复灌浆锚杆;第六类, 可回收锚筋锚杆。
2 锚杆的设计
在进行锚杆设计的时候, 需要从以下六个方面考虑: (1) 分析主要因素。从锚杆的使用、锚固体的长度、锚固体的横截面、水泥砂浆的强度、钢筋的级别等角度出发, 综合、全面的考虑。 (2) 锚杆的布置。因为锚杆层数、锚杆间距和锚杆倾角等可能会影响锚杆的设计, 因此需要重点考虑。 (3) 保证锚杆围护结构的安全。在施工的时候, 严格按照相关的土层锚杆设计图纸与施工规范, 保证安全施工。 (4) 确定锚杆长度。需要指出的是锚杆的长度应包括锚固长度、非锚固长度、锚固段长度三者。 (5) 计算锚杆杆件。锚杆杆件的计算包括两个方面:钢绞线的计算和粗钢筋的计算。第六, 利用锚杆围护检验锚杆设计的安全性。这一步骤主要包括锚杆围护结构整体稳定性检验和深部破裂面稳定性检验。值得一提的是, 这一过程是工程设计施工中最重要的步骤, 只有通过了安全性检测的锚杆设计才能应用进具体的工程施工。
3 土层钻杆施工
3.1 钻孔阶段
钻孔阶段需要注意四个问题:第一, 选择钻孔机械;第二, 选择钻孔方法;第三, 扩孔;第四, 保证土层锚杆钻孔特点达到设计要求。
在选择钻孔机械的时候, 一定要根据实际情况, 从土质、钻孔深度和地下水等角度全面的分析问题, 选择最适宜的钻孔机械。冲击式钻孔机、旋转式钻孔机、旋转冲击式钻孔机是最常见的三种钻孔机械, 工作原理不同;由于钻孔工艺会对土层锚杆的承载能力、施工效率和整个支护工程的成本等产生影响, 因此在选择钻孔方法的时候也需要特别的注意;机械、爆炸、水力、压浆是常见的四种扩孔方法, 在扩孔的时候一定要对土质以及土层的密度进行考虑, 防止盲目施工造成锚杆孔壁开裂、掉块, 甚至坍塌;想要实现土层锚杆钻孔达到设计要求需要保证孔壁平直, 还要保证孔壁不坍陷、不松动, 以保证钢拉杆安放和土层锚杆的承载能力。除此之外, 还需要注意, 在钻孔的过程中不得使用膨润土循环泥浆护壁。
3.2 安放拉杆阶段
钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线是架设土层锚杆拉杆时最常采用的材料。拉杆材料的选择需要结合土质、土层锚杆的承载力等因素, 全面的考虑。当所需要的承载力较小时, 最常采用的材料是粗钢筋;当所需要的承载力较大时, 最常采用的材料是钢绞线。
3.2.1 钢筋拉杆
钢筋拉杆是由一根或数根粗钢筋组合而成的。土层锚杆的长度通常都超过10m, 有些可以达到30m, 甚至超越30m。需要注意的是拉杆应安置在钻孔的中心, 除了要避免自由段产生大挠度, 还要防止钻孔插人时搅动土壁。在安置的时候还可以设置定位器、撑筋环等以增加拉杆与锚固体的握裹力。
3.2.2 钢丝束拉杆
钢丝束拉杆由于柔性很好, 所以方便施工沉放, 但需要注意的是在施工过程中, 钢丝束拉杆应与灌浆管绑扎一起沉放, 否则会影响灌浆管的放置。值得一提的是钢丝束拉杆的锚固段也需要使用定位器, 一般为撑筋环。下图一为钢丝束拉杆的撑筋环情况。
钢丝束拉杆的锚头作用是保证钢丝均匀受力, 按照预应力结构锚具选用, 最常用的是徽头锚具。值得一提的是沉放钢丝束要对准钻孔中心, 防止倾斜插入会破坏孔壁, 坍孔或堵塞灌浆管等现象发生。
3.2.3 钢绞线拉杆
钢绞线拉杆用于承载能力大的土层锚杆。与钢管等材料相比, 钢绞线拉杆的柔性更好, 也更容易实现钻孔的沉放, 现阶段在国外的应用更为广泛。为了增加与锚固体砂浆的固结性, 在使用的时候需要仔细清除锚固段钢绞线表面附着的油脂。对自由段的钢绞线要进行相应的措施防止腐蚀, 最常采用的方法是套以聚丙烯防护套。在进行锚杆体安放的时候, 注浆管需要和锚杆一同放人孔内, 应特别注意锚杆体的物力形状, 避免杆体扭曲、压弯。一般情况下, 管端距孔底为80mm左右, 在保证杆体处于钻孔中心的同时还要保证杆体放人与钻孔倾角一致;在放置的过程中一旦发生孔塌现象, 就需要清孔、透孔, 保证锚杆顺利送入。
3.3 灌桨阶段
灌浆是土层锚杆施工中一个非常重要的步骤。施工过程中, 应对所有涉及的数据进行记录, 方便后续的查找。灌浆的作用有三: (1) 形成锚固段, 在土层中固定锚杆; (2) 避免钢拉杆被腐蚀; (3) 充填土层中的孔隙和裂缝。灌浆的方法有两种:一次灌浆法和二次灌浆法。在选择灌浆材料的时候, 一定要严格地遵循设计的要求, 一般情况下, 水泥和砂的比例在1到1∶2之间, 水泥砂浆的水灰比控制在0.38到0.45之间, 纯水泥浆的水灰比控制在0.4到0.45之间。
浆液过筛, 确保混合均匀, 随搅随用并确保在初凝前用完。在落实灌浆操作的时候, 需要严格遵照如下步骤:第一, 常压灌浆的流程是“输送浆液—孔底—孔口—溢出浆液 (或排气管停止排气) ”;第二, 针对浆液硬化不能充满锚固体的问题, 一旦出现, 应采取及时的补浆处理, 确保注浆量不小于计算量;第三, 保证在灌浆过程中, 一边灌注一边拔出注浆管, 防止拔出套管的过程中带出钢筋;第四, 等到灌浆结束后, 还要进行外露钢筋的清洁与养护措施。
3.4 张拉锚固阶段
张拉锚固的步骤发生在土层锚杆灌浆之后, 在锚固体强度超越80%设计强度的时候进行, 在进行之前首先要在支护结构上装围擦。值得一提的是锚杆锁定后, 如发现明显的预应力损失, 应及时进行张拉补偿。
4 结束语
通过以上的介绍, 我们已经对锚杆的相关知识有了更深刻的认识。相关人员在落实建筑工程施工的时候, 希望能够结合实际情况, 科学落实锚杆的设计以及锚杆的施工, 保证工程的施工质量, 提高工程的效率, 实现建筑企业的利益最大化, 继而促进建筑企业的稳健发展。
摘要：随着城市化建设速度的不断加快, 国土资源日益短缺。为了改变这种状况, 更为了实现土地面积利用的最大化, 建筑基础不断朝着地下纵深发展, 建筑工程施工进入了深基坑作业施工的新阶段。在深基坑工程落实的过程中, 一定要重点注意土层边坡的支护问题。因为土层边坡的支护不仅会影响周边建筑物和行人的安全, 还会影响施工人员的生命财产安全。基于以上, 在进行开挖基坑时, 一定要稳定土层边坡, 现阶段施工时常常采取土层锚杆技术。本文从土层锚杆的构造出发, 介绍了锚杆的设计, 并对土层钻杆施工进行了重点的讨论, 旨在为相关的工作人员提供施工参考。
关键词：建筑,基础工程,施工,土层锚杆,技术指导
参考文献
[1]尹恒.浅谈建筑基础工程施工中的土层锚杆技术[J].山东工业技术, 2014 (11) .
[2]周高明.建筑基础工程施工中土层锚杆技术探讨[J].中国城市经济, 2011 (07) .
[3]何强.建筑基础工程施工中土层锚杆技术[J].科学咨询 (科技管理) , 2010 (06) .
基础锚杆 篇6
锚杆基础, 相比于传统基础型式, 一方面节约了混凝土、钢材用量, 降低了工程造价, 有较高的经济效益, 充分利用了下部岩石的高强度、低变形的特点, 可承受较大的竖向拉力和水平力;另一方面, 岩石锚杆基础土方开挖量小, 减少了对环境的破坏。
目前, 锚杆基础在工程中的运用已逐渐引起各位研究者的注意: (1) 宋永发[1]根据原型试验结果, 分析了强风化地区岩石锚杆基础的几种典型破坏模式:锚筋滑移与屈服、砂浆柱体拔出、岩体剪切破坏机理及破坏 (见图1) , 提出了因内力分配导致锚杆基础薄弱环节最先破坏的观点, 并为工程设计提供了依据; (2) 郑卫锋[2]基于这几种锚杆破坏模式从荷载传递理论的角度推导了岩石锚杆基础的工程临界锚固长度的解析计算公式, 并给出相关计算参数的经验取值范围;但是由于各地区岩石差异性较大, 相关参数的取值范围太宽泛, 特别是τb和τs, 取值影响因素很多, 这2个参数主要受岩石类型、岩体风化程度的影响, 在这方面, 各学者已针对各种岩体开展了一系列的现场试验, 并取得了一定的成果; (3) 费香泽等[3]选取华北地区最常见的花岗岩、片岩和灰岩3种典型岩石进行了单锚式和直锚式岩石锚杆基础试验, 并分析了不同风化程度条件下岩石锚杆基础的破坏形态和锚杆与岩石地基的黏结力的增长过程和方式; (4) 吴聂斌[4]选择了福建山区花岗岩和片麻岩2种典型的岩石进行锚杆基础真型试验, 得出了这2种典型岩石对应的试验参数; (5) 冯炳[5]针对强风化凝灰岩进行了一系列单锚和群锚真型试验。同时也有学者基于锚杆的这4种破坏模式, 通过采取一定措施, 对锚桩的承载力有很好的增强作用。
2 试验概况
2.1 工程地质条件
试验点位于武汉市黄陂区木兰湖旁较平缓的场地, 表层为粉质黏土, 厚度约为10cm;通过试验场地4个钻孔揭露下伏岩性一致, 片岩, 呈黑黄色, 鳞片状变晶结构, 片状构造, 主要矿物成分为黑云母、白云母, 岩芯呈块状和柱状, 最长约35cm, 节理裂隙发育, 中等风化, 饱和单轴抗压强度为14.87MPa。
2.2 试验布置
锚杆基础主要承受上拔荷载与水平荷载的共同作用, 在进行基础设计时, 根据“木桶理论”确定基础尺寸和锚杆数量, 同时考虑到锚筋强度、锚筋与砂浆黏结强度τa、砂浆与岩石黏结强度τb、岩石等代极限剪切强度τs4种条件, 试验锚杆基础及反力基础承台尺寸为1.2m×1.2m×1.0m, 每个试验锚杆基础中选2根锚杆按1m间隔安装钢筋应力计。锚杆采用C30自密实混凝土进行灌注, 群锚承台采用C25商品混凝土进行灌注。
试验锚杆基础及反力基础承台尺寸为1.2m×1.2m×1.0m, 每个试验锚杆基础中选两根锚杆按1m间隔安装钢筋应力计。锚杆采用C30自密实混凝土进行灌注, 群锚承台采用C25商品混凝土进行灌注。
3 试验结果及分析
3.1 带底部涨壳单锚试验结果分析
3根锚杆分别出现了3种破坏型式: (1) 1-D-1-ZQ发生τb破坏 (见图2) , 加载过程中并未听到有混凝土柱体断裂的声响, 底部张壳也完整, 破坏荷载为400k N;1-D-2-ZQ地表以下20cm处加载到280k N时发生混凝土柱体断裂, 加载至360k N时, 底部涨壳脱落, 加载400k N时, 位移持续增长, 最终将锚筋从混凝土柱中间拉出, 所以下部80cm的锚杆属τa破坏 (见图3) ; (2) 1-D-3-ZQ在荷载加到380k N时, 地表开始出现环型裂隙, 加到400k N时, 进入试验补压阶段, 随后油压急剧下降, 掉压至206.97k N, 岩体发生断裂, 地表环裂隙贯通, 图4a为剪切裂隙在上提过程中慢慢显露出来, 为了确认浅部破坏的范围, 将破坏岩块提出地面, 地表往下40cm岩体发生剪切破坏, 破坏面如图4b所示, 呈“船”形, 并未出现预估的从底部涨壳位置发生岩体剪切破坏, 破坏体的角度大致呈45°, 试验曲线如图5所示 (由于篇幅原因, 在此不逐一列出) 。虽然出现了3种不同的破坏形式, 但是破坏荷载均为400k N, 按《岩土锚杆 (索) 技术规程》 (CECS22—2005) 取破坏荷载的前一级荷载为极限承载力, 1m单锚的极限承载力标准值为360k N。
3根2m试验锚杆的破坏统一发生在混凝土体与岩体接触面上, 只是破坏荷载有区别, 1根破坏荷载为550k N, 另2根的破坏荷载为500k N, 按规定应取450k N作为2m试验锚杆的抗拉极限承载力, 但是在试验中发现, 当荷载刚加至440k N时地表即开始出现了放射状裂隙, 所以应取440k N作为2m试验锚杆的抗拉极限承载力, 与1m锚杆的抗拉极限承载力360k N相比, 得出锚杆长度对锚杆承载力的影响并非线性关系的结论, 与前人通过试验得出的结论相一致。
3.2 3~6m单锚试验结果
为了确定锚杆的临界锚固深度和荷载沿深度的传递规律, 每个长度的锚杆选取2根, 并每隔1m安置一个钢筋计。3m、4m、5m和6m的锚杆轴力分布分别如图6~图9所示, 从图上可以看出荷载主要在2m范围内进行传递, 因此, 可以得出结论:本试验场地单锚的临界锚固深度为3m。长度3m、4m、5m和6m的8根带钢筋计的锚杆统一的破坏形式都是1m处的连接丝口脱丝后锚筋从锚杆体中拔出, 破坏荷载均为397.92k N。而另外的长度分别为3m、4m、5m和6m的4根锚杆没有安装钢筋应力计, 锚筋通长没有薄弱环节, 破坏形式统一为锚筋发生屈服流动, 由于分级标准不同, 3m、4m、5m和6m的4根锚杆破坏荷载分别为450k N、480 k N、455.95k N和447.66k N, 根据规定和综合比较, 在本试验中风化片岩中锚杆大于3m后锚杆破坏均为锚筋屈服, 其单锚极限抗拉承载力为420k N, 典型试验曲线如图10所示。
试验中还分析了采用自密实混凝土和细石混凝土作为锚杆灌浆料对单锚承载力的影响, 3m长的细石混凝土锚杆的试验曲线如图11所示, 3根3m细石混凝土锚杆的破坏形式均为破坏, 从图11的试验曲线判读其极限承载力为440k N。经对比发现两种灌浆料对单锚承载力的影响并不大, 但是破坏形式有很大的区别, 3m自密实混凝土锚杆的破坏已完全由锚筋控制, 在自由段锚筋出现了应力集中, 而且自密实混凝土的流动性要强于细石混凝土, 在灌浆过程中浆体会沿岩体层理裂隙扩散, 大大提高了岩体强度。由此可得出, 中风化片岩中不同破坏型式对应的强度参数 (见表2) 。
3.3 群锚抗拔试验结果分析
由于在一些锚杆工程中仅靠单锚无法满足上部荷载的要求, 特别是在有水平荷载作用的工况下, 通常要求采用多根锚杆共同受力, 因此, 进行现场群锚基础真型试验对设计参数的取值有极高的参考价值。本次试验中3个纯竖向抗拔群锚基础的试验曲线分别如图12~图14所示, 在第1级到第8级荷载试验过程中, 承台的位移量都很细微, 到第9级荷载 (B-QM-1为第10级荷载) 位移持续增大并且迅速掉压, 3个群锚试验基础都是在破坏荷载补压过程中, 听到锚筋发出“嘭”的破坏性响声, 特别是安装了钢筋计的承台基础在破坏荷载补压过程承台底部以下1m处的钢筋计失效, 由于破坏具有突发性, 基础周边并未出现明显的变形或裂隙, 从曲线上可判读3个群锚基础的抗拔承载力分别为3240k N、2880k N、2880k N。
本次试验群锚承台锚间距为4D (D为锚杆直径) , 从3.2节分析中已经得出6m的单根锚杆极限承载力为420k N, 取群锚试验承载力为2880k N, 则群锚效应系数为0.76, 由于6m单锚试验的破坏形式为锚筋破坏, 所以实际的群锚效应系数还会小于0.76。冯炳在强风化凝灰岩区锚距为3.2D的群锚效应系数为0.81, 中南电力设计院在广西强风化泥质砂岩锚距为4D的群锚效应系数为0.80, 而片岩中群锚效应如此明显主要是因为水平向片理的原因。从图4的1-D-3-ZQ浅部岩体剪切破坏图中可以看出, 由于存在水平向片理, 荷载传递的范围会比无水平片理时要大, 造成各锚杆间的应力传递区域之间相互重叠, 加剧了应力集中。为了验证群锚效应的存在, 并比对同一群锚基础不同部位锚杆的受力差异, 本次试验在2个承台中分别在中心锚杆、边锚和角锚锚筋上安装钢筋应力计 (各锚杆位置见图15) 。对比图16和图17可发现, 群锚基础中心锚出现应力集中, 中心锚的荷载一直传递到锚杆底部, 边锚只传递到4m, 角锚仅传递到3m。这主要是由于中心锚周边岩体存在8个应力传递重叠区, 所以荷载传递深度最大, 与抗压桩承台桩顶反力显马鞍形分布得出相反的结论:群锚抗拔锚杆反力在平面上呈碟形分布, 中心锚最大、边锚次之, 角锚最小。
3.4 群锚抗拔+水平复合受载试验结果分析
通常锚杆基础在承受竖向上拔荷载的同时还承受风荷载等水平方向荷载的反复作用。通过以往的试验研究发现, 通常这种竖向和水平向复合受力对基础是最不利的, 中南电力设计院在广西强风化泥质砂岩中进行试验时发现群锚单纯抗拔试验抗拔极限承载力为1040k N, 群锚抗拔+水平复合试验抗拔极限承载力为920k N, 这说明在高荷载的时候, 维持竖向荷载不变, 反复施加水平力, 加速了锚杆竖向破坏的趋势[6]。本次试验中3个竖向抗拔+水平向复合试验时群锚基础的试验曲线分别如图18~图20所示。从图上可见, 试验前期往复水平荷载引起的位移变化很小, 当水平荷载增加到400k N时, 竖向位移也只增加了3mm;当竖向荷载加至3240k N时, 竖向位移开始持续增长;在施加了450k N的循环水平荷载后竖向位移加速增长, 降压明显, 随后听到锚筋发出“嘭”的破坏性响声, 试验终止。整个加载过程中水平方向的位移量很小, 水平位移曲线如图21所示, 最大水平位移量不超过8mm, 对群锚基础的竖向抗拔承载力影响不大, 从曲线上判读3个竖向抗拔+水平向复合试验群锚基础的竖向抗拔承载力均为2880k N[7]。
为了深入研究水平向往复荷载对锚杆基础荷载传递规律的影响, 沿水平荷载的作用方向对称两根锚杆的锚筋上每隔1m安装钢筋应力计, BS-QM-2群锚试验过程中的轴力变化如图22所示, 施加水平荷载对承台底部产生了附加力矩, 所以受压侧锚杆浅部1m处轴力略微减小, BS-QM-2群锚受压侧锚杆2m以下施加水平荷载后轴力增加, 而受拉侧锚杆3m以上的轴力在水平荷载作用后都明显增长, 说明往复水平荷载作用促使了荷载沿锚杆深度方向发生二次调配。另外对比两种边锚轴力图可发现, 同样是边锚, 纯竖向上拔受载时荷载传递的临界深度为4m, 而在竖向受荷的同时还承受往复的水平向荷载共同作用下, 荷载传递到了锚杆底部, 这也进一步证明了往复水平荷载作用促使了荷载沿锚杆深度方向进一步传递。
BS-QM-3群锚试验过程中的轴力变化如图23所示, 虽然两侧锚杆1m处轴力在水平荷载作用下变化都很明显, 特别是从第6级荷载开始, 1m处轴力变化值将近100k N, 但到2m处轴力变化就很细微了, 水平荷载对荷载传递的影响深度明显小于BS-QM-2群锚基础。
4 结语
本次在中风化片岩地区一共进行了7组单锚和2组群锚现场真型试验, 通过对试验结果进行分析总结可得出以下几点结论:
1) 中风化片岩中单锚的临界锚固深度为3m;锚固长度超过3m的单锚均出现锚筋破坏;在3m以内, 锚杆锚固长度对锚杆承载力也是非线性的;通过对锚杆轴力的分析得出, 锚杆基础的抗拔主要依靠上部岩层与杆体间的黏结力, 特别是在地表以下20~40cm的位置, 锚筋出现应力集中, 造成浅部混凝土柱体断裂或岩体剪切破坏, 由于水平向片理的原因, 岩体剪切破坏区域比规定中45°倒锥形区域要大;
2) 细石混凝土和自密实混凝土2种灌注料对岩层与锚杆混凝土柱体之间的剪切强度都有影响, 相对于细石混凝土, 自密实混凝土有更好的流动性, 浆体会沿岩体节理裂隙扩散, 可有效增强浅部岩体整体性, 并最终达到强化的效果;
3) 由于每根锚杆都存在一个应力扩散区, 当锚杆间距不够大时, 锚杆之间的应力扩散区会发生重叠, 在重叠区出现应力集中, 这种应力重叠区的确定是群锚效应的根源所在, 造成同一基础下各锚杆轴力非均匀分布, 在群锚基础各个部位锚杆的轴力监测发现, 基础中心的锚杆受力最大, 边锚次之, 角锚最小;
4) 往复水平荷载作用会促使荷载沿锚杆深度方向发生二次调配, 使荷载沿锚杆深度方向进一步传递, 但是在中风化页岩中最高450k N往复水平荷载不足于影响群锚的上拔极限承载力。
参考文献
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基础锚杆 篇7
1 自锁锚杆基础技术特点
自锁锚杆基础施工时, 首先用扩孔钻头将锚固孔的底部扩成底大上小的倒锥形, 然后注入无机灌注材料, 将带有锥头的开槽自锁锚杆插入倒锥孔中, 再在锚杆尾端加轴向压力, 于是锚杆头部在锥头的作用下张开, 其外表面与所扩锥孔内壁、内槽面与锥头表面之间楔紧, 加上锥面的挤压作用从而形成锚杆头部可靠的机械自锁, 而无机灌注材料凝固后, 进一步加强了锚杆与孔壁之间的粘连。这样, 可使锚杆材料和孔壁材料的自身强度得以最大限度地发挥出来, 并且与原留结构具有相同的使用寿命, 达到最理想的锚固效果。自锁锚杆结构示意图见图1。
2 自锁锚杆实验及理论研究情况
2.1 主要试验工作
选取三组不同的入岩深度 (岩层情况如表1所示) , 每组基础设置直径110 mm的孔, 每孔内均布4根直径25 mm锚杆、PSB1080的精轧螺纹钢筋。三组锚杆基础依次编号为1号, 2号, 3号。三组基础的锚杆自由段长度均为2 m (不包括承台高度) , 灌浆锚固段分别为3.0 m, 4.0 m, 6.0 m, 灌浆料采用ICG高强无机灌浆料。同时, 为了与扩孔自锁锚杆进行对比分析, 现场试验时增加三组非自锁式的普通锚杆基础, 每组基础设置直径110 mm的孔, 每孔内均布4根直径25 mm锚杆、PSB1080的精轧螺纹钢筋。三组锚杆基础依次编号为4号, 5号, 6号。三组基础的锚杆自由段长度均为2 m (不包括承台高度) , 灌浆锚固段分别为3.0 m, 4.0 m, 6.0 m, 灌入国产无机微膨胀灌浆料。两种基础分别选取一根锚杆不浇筑承台, 其他两根锚杆一起浇筑面积 (1×2) m2的承台, 承台高度取1 000 mm。锚杆及承台布置见图2~图4。
2.2 静力试验主要破坏形式
通过试验得出, 自锁锚杆的破坏模式只有两种:岩石龟裂破坏和锚杆拔断;常规锚杆基础的破坏模式有三种:岩石龟裂破坏、锚杆拔出和锚杆拔断, 如图5所示。
2.3 理论计算结果与试验对照
各组锚杆基础理论计算结果与试验对照如表2所示。
2.4 试验结果分析
1) 自锁锚杆承载力较普通锚杆基础显著提高, 在输电线路基础中应推广应用;2) 自锁锚杆破坏模式只有两种, 提高基础安全度。
3 自锁锚杆设计方法
本文岩石锚杆基础计算仍采用DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定中的岩石锚杆基础承载力计算公式。
4 自锁锚杆的施工工艺
4.1 自锁锚杆施工主要器具
自锁锚杆施工所用的特殊器具有扩孔钻头、自锁锁头和深孔清孔器。
4.2 自锁锚杆施工流程
自锁锚杆的施工流程图见图6。
1) 用地质钻机成孔。2) 孔底放置钢筒垫块, 确保孔底面水平。3) 组装扩孔钻头, 扩孔钻头插入直孔底, 将钻头钻杆与钻机相连进行扩孔, 底层扩孔完毕, 提起扩孔钻头。4) 清孔, 用专用的清孔器将孔中的明水和细渣清除干净, 孔中不得有明水。5) 用吊车将装有专用锚头的精轧螺纹钢放入锚固孔中, 并将楔块滑入锚座滑槽, 将锚座锥面将其顶开达到自锁。6) 灌浆施工, 灌浆料采用ICG高强无机灌浆料。7) 灌浆结束后, 1 d内应不使锚杆受任何扰动。
5 技术经济分析
1) 基础设计参数选取。以输电线路典型直线塔ZBC27153, SZC27103和典型耐张塔JC27153, SJC27103基础作用力为例进行经济比较 (见表3) 。
2) 技术经济比较分析。
由表4可以看出, 与常规岩石锚杆基础相比, 自锁锚杆基础的钢筋用量直线塔平均减少30%, 转角塔减少32%, 直线塔节省造价11%左右, 转角塔节省造价14%左右。具有良好的经济性。
6 结论及应用的建议
本文对自锁锚杆基础的技术特点、破坏方式、极限承载力及施工工艺作了探讨和研究, 其主要结论和建议如下:1) 自锁锚杆承载力较普通锚杆基础显著提高, 在输电线路基础中应推广应用;2) 自锁锚杆破坏模式只有两种, 提高基础安全度;3) 在给定荷载及地质条件下, 与常规岩石锚杆基础相比, 自锁锚杆基础的钢筋用量直线塔平均减少30%, 转角塔减少32%, 直线塔节省造价11%左右, 转角塔节省造价14%左右。具有良好的经济性。
摘要：针对输电线路中常规锚杆基础的局限性, 提出了自锁锚杆技术的应用, 并结合输电线路地质勘察资料, 对自锁锚杆基础的破坏模式、设计方法、施工工艺、经济技术指标等进行了研究, 为工程实践提供了理论依据。
关键词：自锁锚杆技术,输电线路,基础,应用
参考文献
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[7]刘新红.在横向荷载作用下自锁锚杆抗剪性能试验研究[D].武汉:武汉大学硕士学位论文, 2003.
基础锚杆 篇8
1 锚杆静压桩加固技术应用范围
锚杆静压桩适合于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、人工填土、湿陷性黄土等地基上的既有和新建建筑物地基基础的加固[4], 特别适用于软土地区建筑地基基础加固。目前针对既有建筑地基基础的加固, 主要用于加层建筑的地基基础加固、基坑工程相邻建筑地基基础的托换、地下室抗浮加固、高层建筑桩基础的补桩加固等。针对新建工程地基基础的加固, 主要用于繁华商业区、密集建筑群中逆作法施工时地基基础的加固等, 锚杆静压桩用于新建建筑的基础工程是锚杆静压桩加固技术应用范围的进一步拓展。
2 锚杆静压桩的加固机理
锚杆静压桩是静压桩和锚杆技术相结合形成的一种加固方法, 如图1 所示。加固时须在原基础上预留或开凿压桩孔, 通过在原基础底板或桩基承台上埋设受拉锚杆, 利用锚杆固定压桩架并以上部结构的重量作为压桩反力, 借助预埋的锚杆、反力架、千斤顶等压桩设备, 用电动液压千斤顶将桩段从预留或开凿的压桩孔内逐段压入地基中, 当桩压入至设计深度或持力层后, 迅速将桩与基础底板或桩基承台用早强混凝土浇捣在一起形成整体, 从而将上部荷载通过桩传递到深部强度较高的持力层, 以提高基础的承载能力, 达到控制建筑物不发生过大沉降及不均匀沉降的目的。
3 工程案例
3. 1 工程概况
某商务酒店工程处于密集建筑群中, 建筑平面布置示意图如图2 所示。其中, 建筑长28 m, 宽23 m。大厦采用钢筋混凝土框架结构, 地上11 层, 地下1 层。考虑周边建筑物的稳定安全与施工工期的要求, 采用正常的施工方法无法满足工程需要, 因此该工程拟采用逆作法施工。
3. 2 建筑场地地质条件
据地质勘察资料, 在勘察揭示深度范围内, 场地地质条件见表1。
3. 3 地基基础方案的选择
本工程为新建工程, 初选的地基基础方案为预制桩基础或锚杆静压桩基础方案, 在充分考虑地基条件 ( 软土层较厚) 、周围环境 ( 繁华商业区周围建筑密集) 、施工场地、施工工期、技术经济等因素的前提下, 锚杆静压桩基础方案由于可以避免传统桩基础施工产生的冲击应力, 对桩周土体的隆起及水平挤压较小, 施工中无噪声和环境污染问题, 降低了对周围环境的影响; 而且锚杆静压桩施工设备简单, 适合狭小空间作业, 施工速度快, 工期短; 同时, 经核算此方案与预制桩基础方案相比可节省近一半的费用, 为此, 选择了锚杆静压桩基础方案。另外, 由于此工程地下1 层采用箱形基础, 故采用了锚杆静压桩与箱形基础结合的基础形式, 与逆作法施工相配合满足工程施工环境复杂的情况及工期进度要求。
3. 4 地基基础的设计与计算[4,5]
1) 桩端持力层的选择: 依据地质勘察报告, 考虑各层地基的强度等因素, 确定桩端持力层落在强度较高⑤粗砂层上。2) 锚杆静压桩的设计: 本工程设计锚杆静压桩总数260 根, 采用钢筋混凝土预制方桩, 桩截面尺寸: 300 mm × 300 mm, 桩长30 m。3) 锚杆静压桩设计最终压桩力的确定: 由公式PP= KP·Rd计算, 其中测得单桩设计竖向承载力Rd= 330 kN, 因此认为压桩力达到660 kN以上即满足设计要求。
3. 5 施工程序
主要施工程序包括: 1) 基础施工: 在浇捣基础底板时, 预留压桩孔并预埋锚杆;2) 上部结构施工: 按逆作法施工的要求进行; 3) 压桩施工: 待上部结构建造到第三层后上部荷载大于压桩力时进行压桩施工, 与上部结构施工同步进行。压桩时, 进行压桩力和桩长双重控制, 其中以压桩力作为主要控制指标; 4) 封桩: 采用掺有UEA膨胀剂的C35 微膨胀早强混凝土将桩和基础连成一体。
3. 6 沉降观测
施工完成后沉降观测结果表明: 大厦的平均沉降量为5 cm, 平均倾斜率为0. 9‰, 沉降量与沉降差均在规范允许范围内。
4 结语
锚杆静压桩加固技术无论是在设计理论、施工技术, 还是在应用范围等方面, 近年来均取得了较大的进步。工程实例表明, 锚杆静压桩用于新建建筑的地基基础工程不仅技术上可行, 而且经济效益显著。
摘要：介绍了锚杆静压桩加固技术的应用范围和加固机理, 通过分析某工程建筑场地的地质条件, 提出了锚杆静压桩基础方案及施工方法, 指出锚杆静压桩技术施工简便、造价低廉, 具有良好的经济和社会效益。
关键词：锚杆静压桩,地基基础,加固机理,逆作法
参考文献
[1]佟岩, 叶朝汉.锚杆静压桩作为抗拔桩的应用[J].岩土工程界, 2009 (12) :103-104.
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[4]JGJ 123—2012, 既有建筑地基基础加固技术规范[S].
基础锚杆 篇9
1 影响土层边坡稳定的因素
在进行基坑开挖之前, 施工人员的首要工作就是分析地质勘察报告, 了解基坑周围的地下情况, 从而在基坑开挖过程中不会破坏地下管网。在基坑开挖的过程中, 影响土方边坡的因素有很多, 无论是土质、开挖深度、还是开挖时间的长短、排水情况都会影响土方边坡的稳定性。在基坑开挖之后, 边坡的剪应力对边坡的稳定性也有一定的影响, 一旦剪应力大于土体的抗剪强度, 就容易造成边坡失稳。影响边坡稳定的因素可以总结为以下几点:第一点、边坡的作用力的变化;第二点、土体抗剪强度的降低;第三点、静水力的影响。
1.1 边坡的作用力的变化
基坑开挖之后, 在坡顶会堆放一些施工需要的材料, 使坡顶承受的荷载发生变化, 或者在工程施工过程中由于现场车辆的行驶等因素的影响也会使得边坡承受的荷载发生变化, 破坏边坡的平衡状态, 造成边坡的失稳。
1.2 土体抗剪强度的降低
土体抗剪强度降低之后, 将无法承受边坡的剪应力, 造成边坡失稳。造成土体抗剪强度降低的因素主要有土体的含水量增加或者超静水压力的增加。
1.3 静水力的影响
在施工过程中, 当雨水或者地面水流入土方边坡中的裂缝中之后, 就会对土方边坡产生一个侧向的压力, 在侧向压力的影响下, 就很容易发生边坡滑动。因而, 土方边坡上出现裂缝通常被视为土体不稳定的重要因素, 有时也被视为土方滑坡的预兆。
通过上述分析, 我们得知, 在深基坑施工的过程中为了保证边坡的安全性和稳定性, 避免土体坍塌和滑坡等隐患发生, 就要采用锚杆施工技术来实现土体支护, 保证边坡的稳定性。
2 土层锚杆技术的发展和构造
2.1 土层锚杆技术的发展和应用
土层锚杆技术是以岩石锚杆技术为基础上发展起来的。土层锚杆是一种受拉杆件, 在杆件的一端连接着支护结构, 杆件的另一端则锚固在土体中。基坑开挖之后土体承受的荷载主要有侧向土的压力、地下水的压力以及其他支护结构的荷载。而土层锚杆可以将支护结构中承受的荷载通过拉杆传传递到土层中的锚固体上, 之后, 锚固体将承受到的荷载分散传播到周围的土层当中, 从而保证土层不会由于荷载的变化而造成土方边坡的失稳。目前, 我国的土层锚杆最长的可达50米, 在粘性土中的锚固力最大可以达到2500千牛, 同时, 支护结构的高度也已经达到了40米。
土层锚杆技术已经广泛应用于我国的建筑施工当中, 尤其是在深基础附近存在其他的建筑物或构筑物时, 使用土层锚杆支撑支护结构, 不仅可以简化支撑、使施工条件得到改善, 还可以使基坑保持在一个稳定的状态, 使施工顺利开展。
2.2 土层锚杆的原理和构造
土层锚杆主要包括锚头、拉杆以及锚固体三个部分。作为构筑物和拉杆的连接部分, 锚头的作用可以分为以下两方面:第一方面, 自身具有足够的强度, 可以承受土体传来的荷载;第二方面, 要保证将荷载分散传递给不同的锚杆, 避免荷载过于集中而影响土层的稳定性。因而, 锚头又要包括台座、承压板以及紧固器这三个部分;拉杆的作用主要是承受支护结构上部的侧向压力, 并将荷载传递给锚固体, 因而锚杆应包括有效锚固长度和非锚固长度;锚固体位于锚杆的尾端, 锚固体和土体之间的相互作用可以将承受的荷载传递到稳定地层。锚固体是保证支护结构稳定也就是边坡稳定的关键构建。
3 土层锚杆施工技术
土层锚杆施工技术主要包括施工前的准备、钻孔、压力灌浆以及张拉锚固四部分。
施工前的准备工作主要包括施工前的调查和施工组织设计两部分。通过施工前的调查收集场地的地质情况、分析地下水的性质, 从而设计锚杆支护的方案。施工组织设计就是在正式施工之前制定详细的设计方案, 选择合适的施工工具和施工方案。
在钻孔之前, 应选择满足土层锚杆钻孔要求的钻孔器具, 对于坚硬或不易塌孔的土层, 可以选择地质钻孔机或者土锚专用机;对于粘土或易塌孔的土层, 可以选择土锚杆专用的钻孔机。在正式钻孔之前还要确定合适的孔位, 在安放杆体之前, 如果采用的钻孔方法是清水循环钻进成孔法应用水冲洗, 直到孔口留出清水。
土层锚杆施工中的重要工序就是压力灌浆。在施工时, 为了便于以后的资料查阅应将有关的数据资料记录下来。压力灌浆的作用主要包括:形成锚固段, 从而将锚杆锚固在土层当中;避免钢拉杆遭到腐蚀以及填充土层中的裂缝和孔隙三点。灌浆的方法包括一次灌浆和二次灌浆两种方法。
张拉锚固是在土层锚杆灌浆之后, 锚固体的强度达到设计强度的百分之八十之后进行的工序。锚杆的张拉所用的设备和预应力结构张拉所用的设备是一样的, 在张拉之前要在支护结构上装围擦。对于预加应力的锚杆, 还应正确估计其预应力损失, 在估计预应力损失时除了通常应考虑的损失之外, 还应考虑由于相邻锚杆施工引起的预应力损失。一旦锚杆锁定后发现有明显的预应力损失时还应对锚杆进行补充张拉。
4 结语
在合理的范围内应用土层锚杆技术, 不仅可以满足建筑使用方面的要求, 也可以为建设单位节省工程款, 降低建筑的工程造价。锚杆技术在使用中仍然存在很多问题, 因而有关的工程人员应不断总结施工经验和施工技术, 从而防止安全事故的发生, 降低工程风险。
摘要：社会的不断发展以及城镇化速度的不断加快, 土地资源在日益紧缺, 因而充分利用有限的土地资源, 建筑基础朝着纵深方向发展进入深基坑作业成为建筑工程施工的趋势。建筑基础施工过程中, 为了使基坑的边坡更加稳定, 就要对土层边坡进行锚固。土层锚杆技术是目前建筑基础工程施工中土层锚杆不仅可以用于临时的基坑支护, 也广泛应用于永久性建筑工程。本文简单介绍了影响土层边坡稳定的因素以及土层锚杆的发展和应用。
关键词：土层锚杆技术,因素,发展,应用
参考文献
[1]刘德双.浅析建筑基础工程施工中土层锚杆技术[J].投资与合作, 2014, 7 (04) :22-23.
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