重庆大学2012级现代施工技术课程论文.doc

你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。=-现代施工技术课程论文土层锚杆的技术及应用【摘要】：本文主要介绍了土层锚杆的技术及其类型和作用原理，对锚杆的破坏机理做了简要分析，以及土层锚杆的防护措施，最后阐述了土层锚杆的施工和土层锚杆在工程实例中的应用【关键词】：土层锚杆；作用原理；破坏机理；防护措施；施工Abstract: This article main introduced the technology of anchors in soil and Its types and action principle, then analysis the failure mechanism of anchors in soil. Also elaborate the protective measures of anchors in soil. Last the article elaborate construction of anchors in soil and the application of Soil anchor in engineering instance.Key words: anchors in soil ; action principle ; failure mechanism ; protective measure ; construction 锚杆技术是一种将受拉杆件一端固定( 称锚固段)在边坡或地基的岩(土)层中，另一端与工程建筑物相连接,用以支承由于土压力、 水压力或风压力所施加于建筑物的推力， 从而利用地层锚固力以维持建筑物稳定的技术。土层锚杆技术有许多优点1, 其主要优点有：锚杆施工机械及设备的作业空间不大， 因此可以适合各种地形及场地；用锚杆代替钢横撑做侧壁支撑，不但可节省大量钢材，还可改善施工条件；锚杆的设计拉力可由抗拔试验获得,因此可保证设计有足够的安全度；锚杆可采用预应力,以控制建筑物的变位量；施工量、 噪音和振动均很小。1、锚杆类型及工作原理11 锚杆类型 A按工作年限锚杆可分为：临时性锚杆(工作年限小于2 年)；永久性锚杆( 工作年限大于或等于2 年) 。B按钻孔工艺锚杆可分为 2： 普通钻孔锚杆；旋转式钻孔锚杆；扩孔锚杆。C按力的传递方式锚杆可分为1： 摩擦型锚杆,通常称为灌浆锚杆,其支承机理为摩擦抵抗力F 大于支承抵抗力Q；承压型锚杆,锚固体有一个支承面,锚固的一部分或大部分是局部扩大的,其支承机理为摩擦抵抗力F 小于支承抵抗力Q；摩擦组合型锚杆,如扩孔注浆锚杆、 串铃状锚杆、 螺旋锚杆等,其支承机理为抵抗摩擦力F 约等于支承抵抗力Q。D按注浆工艺锚杆可分为 2：导管法注浆直轴锚杆( 岩石,硬粘土) ；低压注浆锚杆；高压注浆锚杆；扩孔不足锚杆(硬或硬粘性粘土) 。E按粘接长度锚杆可分： 全长粘接锚杆；部分粘接锚杆。F按工作机理锚杆可分为： 主动锚杆， 荷载主动地加到锚杆上，土体保持相对静止，锚杆和土体的相互作用由锚杆的拉伸和位移而引发，用于支撑上部结构的锚杆均属此类；被动锚杆，敷设在土中的锚杆用作抵抗土的可能位移，它们之间的相互作用主要由土体的位移而激发。 隧道支撑结构、 挡土墙、 土坡稳定等均属此类。12 锚杆作用原理 锚杆支护与传统支护有着根本的区别和突出的优越性，锚杆支护不是被动承受岩土体产生的荷载，而是主动的加固岩土体，有效地控制其变形，防止围岩土体的坍塌。下面对这几种原理做简要介绍。（1） 摩擦作用1由于土层锚杆在正常工作状态下， 涉及拉杆、 注浆体、 土体等各部分的相互作用， 受力情况复杂，所涉及的各部分材料性能差异很大,所以对锚杆体系的工作机理一时还难以分析清楚。 一般认为： 主要靠锚固段的注浆与被锚固土体之间的摩擦力来维持被锚固土体的平衡和稳定。 图 1 表示一个灌浆锚杆的砂浆锚固段，当锚固段受力时， 锚杆所受拉力 Ti 首先通过锚杆周边的握裹力u 传递到砂浆中, 然后再通过锚固段钻孔周边的地层摩擦力而传到锚固地层中。因此，锚杆除了本身截面积A 须承受拉力外， 还必须同时满足三个条件： 锚固段砂浆握裹力必须能承受极限拉力；锚固地层对砂浆的摩擦力必须能承受极限拉力；锚固的土体在最不利条件下必须能保持整体稳定。试验和实践表明:单根锚杆的承载能力除锚筋必须具有足够的截面积以承受极限拉力外， 对于锚固于岩层中的锚杆，其抗拔力取决于砂浆与锚筋间的握裹力；对于锚固于土层中的锚杆，其抗拔力取决于锚固体与土层之间的极限摩阻力。当有扩大头时，还与扩孔部分的压力有关。（2）围岩强度强化作用 围岩凝聚力的增加3对于层理不发育,整体性能较好的围岩， 轴对称圆形巷道的开挖将引起围岩螺旋线型破坏，塑性区中滑移线是两组夹角为的螺旋线： ，对于这组可能的滑移线， 锚杆杆体的销钉作用可以增大破坏面的抗剪强度。根据文献4的实验结果，有，是锚杆承受的剪力，是锚杆可以承受的最大剪力。在纯剪条件下考虑米塞斯准则，有： 式中：是钢材的屈服极限，D是锚杆直径显然，由于锚杆增加了破坏面的抗剪强度，相当于提高了破坏面的等效凝聚力。 围岩内摩擦角增大锚杆的预应力将在围岩中产生一个均匀压缩带，使围岩等效内摩擦角得到提高。 围岩等效单轴抗压强度提高按照全长粘结式锚杆的中性点理论4，锚杆安设后将随围岩共同变形，此时，中性点以下锚杆表面剪力将阻止巷道表面位移。锚杆的这种加固作用表现为岩体峰值抗压强度 c 的提高。 围岩等效变形模量增加由于锚杆的弹性模量 Eb远高于岩体变形模量E,当锚杆随岩体变形时,这种变形特征差异造成了岩体等效变形模量的增加, 可近似表示为 分别为锚杆沿巷道跨度和轴向间距,如果忽略岩体的泊松比的改变, 则岩体等效剪切模量可近似地表示为 式中： G 为原岩体剪切模量；Gb为锚杆体剪切模量。（3）悬吊作用5 悬吊作用原理认为：锚杆支护通过锚杆将松动、软弱、不稳定的岩土体悬吊于稳定的岩土体中，以防止其离层滑落。这种作用在地下工程中表现尤为突出。起悬吊作用的锚杆，主要是提供足够拉力， 克服滑落岩土体的 或下滑力，来维持工程稳定。（4）组合梁作用 这种原理是把薄层状岩体看成一种梁（简支梁），在没有锚固前，它们只是简单地叠合在一起。由于层间抗剪力不足，在荷载作用下，单个梁均产生各自的弯曲变形，上下缘分别处于受压和受拉状态。锚杆支护后，相当于用螺栓将它们紧固成组合梁，各层板便相互挤压，层间摩擦力大为增加，内应力和挠度大为减少，于是增加了组合梁的抗弯强度。当把锚杆打入岩土体一定深度，相当于将简单叠合数层梁变成组合梁，从而提高了岩土体的承载能力。锚杆提供锚固力越大，各层锚杆层面的摩擦阻力越大，组合梁整体化程度越高，起强度越大。（5）挤压加固作用兰格（T.A.Lang）通过光弹试验证实了锚杆的挤压加固作用，当在弹性体上安装具有预应力的锚杆时，发现弹性体内形或以锚杆两头为顶点的锥形压缩带，若将锚杆以适当的间距排列，使相邻锚杆的锥形体压缩区相重叠，便形成了一定厚度的连续压缩带。为了说明锚杆对破碎的岩土体的支护作用，澳大利亚雪山地下工程，我国冶金建筑研究总院等单位曾分别先后用碎石、混凝土碎块做材料模拟破碎地层，然后锚杆加固，结果发现加固后模型承载能力大大提高。这说明，通过锚杆加固，即使毫无粘结力的碎石也能被加固成能承受相当大荷载的整体结构。锚杆的这种挤压加固作用在软弱破碎岩石土体中较能发挥。2土层锚杆破坏机理分析2.1破坏形式一般情况下，锚杆可能存在以下一种或几种破坏形式5：（1） 沿灌浆体与锚索的结合面破坏；（2）沿钻孔壁与灌浆体的结合处破坏；（3）在锚固力作用下，在锚固岩体沿破坏面的受拉处；（4）锚杆或锚索的拉断或剪切破坏；（5）锚索或锚座顶部发生破坏。土层锚杆支护体系的破坏形式有一下几种6:A 整体失稳. 地面破坏下滑, 如图2 所示, 由于桩端下卧软土层破坏使地面下滑时向外推移及整个体系沿着一条假定的滑裂面下滑,造成土体的破坏；深层滑缝破坏, 如图3 所示, 墙、 土、 拉杆的共同作用力均在滑动土体内部, 因而从桩端处剪切面开始向墙拉结的方向形成一条深层滑缝、 造成倾覆；如图4 所示,整个锚固体系绕桩端倾覆。B局部破坏,即锚护体系的某些个别地方发生的有限破坏,如个别锚杆损坏,墙面被刺穿等。C超量变形, 虽然锚护体系未发生破坏, 但其水平位移和地表下沉过大达到危及相邻设施或建筑物安全的程度也是不能允许的。D.土体液化, 在易液化的土体环境中开挖地基,在施工中和竣工后都可能在外界的冲击和振动下使锚护体系或深远部的土体突然塌落失稳. 图2 下卧软土层破坏使地面下滑 图3 深层滑裂破坏 图4 整体绕桩端倾覆2.2破坏机理分析 2.2.1 注浆体和土体的界面失效如果锚固段地层对于砂浆的摩擦力不能承受极限拉力，锚杆将会发生和注浆体一同被拔出的现象。在锚杆的拉拔试验中，作者通过注水来测试不同含水量情况下的抗拔力时，就发生过这种现象。土层锚杆孔壁对于砂浆的摩阻力取决于沿接触面外围的土层抗剪强度。同时水对锚杆的作用影响也特别大，其对锚杆产生的影响主要表现在以下几个方面：浸入土体后增加了滑面以上土体的自重，从而使得滑坡体的下滑力增加；浸入边坡内部的节理裂隙，增大了坡体内部的孔隙水压力，降低了土体的有效应力，最终导致了土体抗剪强度的降低；对土体的润滑作用减小了滑坡的摩阻力，降低了边坡的稳定性，也即增加了坡体的下滑力。 可以看出，水浸入锚杆周围土体以后，锚杆的变形主要体现在锚固体与周围土体之间的剪切变形，土层锚杆的承载力也主要由其周围土体的抗剪强度T来控制;但由于水的浸入，软化了土体，使得土的抗剪强度降低，从而导致锚杆的极限抗拔力急剧下降，以至锚杆出现失效。对于此类病害，除了排除水的影响，使土锚之间的抗剪强度能充分发挥外；还可以进行二次或三次灌浆处理。处理之后锚杆灌浆体与地层之间滑动面的形状、面积、被锚固土体的抗剪强度都得到了改善提高，锚杆的锚固力也就得到了有效的提高。2.2.2注桨体与杆体之间的粘结破坏注浆体与锚杆筋体之间的粘结作用主要由三部分组成:钢筋与注浆体材料之间的物理粘着力;钢筋与注浆体材料之间的摩擦力;表面粗糙的异形钢筋与注浆材料之间产生的机械联锁作用。由于锚杆滑面处的粘结力不足，当滑面处的剪切力达到最大值时锚杆杆体与灌浆体之间就会发生相对滑动，剪切力以渐进的方式向锚固段远端传递；随着锚杆承受荷载值的增加，沿锚固长度以类似于摩擦桩的方式转移结合应力；最终由于锚杆不能承受其值而导致破坏。这种应力的传递与破坏过程与混凝土构件的破坏过程一样，当由于内外因等各种因素引起钢筋应力沿长度变化时，包裹钢筋的混凝土就会提供必要的粘结应力。否则，钢筋与混凝土的界面将发生相对滑移，应力分布发生改变，构件则可能提前发生破坏。另外在循环荷载作用下，钢筋与混凝土界面的粘结状况也会逐渐减弱，这对于结构的抗疲劳和抗震性能都有很大的影响。由此可见，钢筋与混凝上界面的粘结破坏为一种功能性破坏，影响范围、严重程度虽不及结构性破坏，但其潜在的问题在工程中应受到重视。所以要保证锚杆筋体与注浆体界面上不发生破坏，就必须保证锚杆的锚固长度达到设计要求，锚杆筋体能被足够的注浆体所包裹。2.2.3土体的破坏在渗水条件下，坡表左右两侧均出现裂缝，并且在坡体内最下面一排锚杆的锚固段末端点处也有裂缝出现。所以粘性土中的锚杆在作用时，一定要及时处理好坡面上出现的裂缝及孔洞，防止水从这些裂缝、孔洞侵入到坡体内部，降低坡体的稳定性，增大锚杆的受力，导致锚杆因受力超过其极限承载力而被拔出。2.2.4灌桨体的拉裂和压碎在锚固系统中，当锚杆杆体承受拉拔荷载时，杆体会对其周围的胶结材料产生剪切作用，随着剪切作用的增大，如果胶结材料具有足够的抗剪强度，这种剪切作用会传递到基体上，即锚杆通过砂浆间接地对基体产生剪切作用。也就是说锚固系统中力的传递路线为:锚杆到胶结材料再到基体。拉力型锚杆内锚固段的应力分布不均匀，在滑面附近出现明显的拉应力集中现象。压力型锚杆的应力分布状态与拉力型锚杆不同，由于锚固段末端点上的注浆体出现压应力集中，锚固段下部有可能被压碎；但注浆体的抗压强度远大于抗拉强度，所以破坏程度相对较小。因此在上表中出现裂缝或裂纹的压力型锚杆很少。根据一些实验数据表可以看出，坡顶处的锚杆不管是拉力型锚杆还是压力型锚杆都出现裂缝或裂纹，说明在坡顶有附加荷载时，坡顶的锚固系统最先受力。由以上分析可以得出:位于坡顶的锚杆处于锚固系统中最先受力的部位，所以该部位的锚杆最先破坏，然后是坡脚处的锚杆，最后才是坡体中部的锚杆。2.2.5锥体破坏锥体破坏是由于锚杆的锚固长度过小，两个界面的粘结强度足够大，而基体的劈裂强度较低，破坏时钢筋周围的基体呈锥体状破坏。在锚杆的拉拔试验中，锚杆在灌浆时，由于锚孔的孔径不均一，出现水泥砂浆的下部直径比上部的小的现象，或由于灌浆压力不够、以及其他因素所造成的空浆现象，都会引起锚杆的锚固能力不足；加上在锚孔附近地面周围灌水之后，水在向四周渗透，但还没有到达砂浆与土体的界面时，土体的劈裂强度降低;都会导致锚杆的锥体破坏可能。3、锚杆的防护措施 土层锚杆是一个由锚杆与土体共同作用的隐蔽系统。土体本身的多样性、复杂性以及设计方法、施工技术及管理的不完善，都会给正常的锚固工作埋下隐患，引发各种各样的病害。3.1土层锚杆锚固力的保证土层锚杆是用水泥砂浆将钢筋锚固在地层内部的钻孔中，中心受拉部分是钢筋，而钢筋所承受的拉力首先通过锚杆周边的砂浆握裹力传递到砂浆中，然后通过锚固段周边地层的摩阻力传递到锚固区的稳定地层中，所以，要充分保证锚杆的抗拔力，就要同时满足以下四个条件:1）、钢筋本身需有足够的抗拉能力;2）、锚固段的注浆体对于锚杆筋体的握裹力需能承受极限锚固力;3）、锚固段的土体对注浆体的摩擦力需能承受极限锚固力;4）、被锚固的土体在最不利的情况下仍能保持整体稳定性。3.1.1提高锚索(杆)的抗拉能力 根据影响锚杆抗拉能力的因素，提出以下几点提高锚杆抗拉能力的措施:1）、锚杆的选择应根据边坡体的服务时间和承载的基本要求确定临时支护、坡体较为稳定的情况下，可以选择强度较低的锚杆(例如竹制或玻璃钢锚杆);永久性支护，坡体不稳定，下滑力较大时，则要求锚杆的强度要更大些，如果强度达不到，就会导致锚杆断裂失效。锚索(杆)杆体一般选用成本低、易加工、抗拉性能好的材料作为杆材，最常用的是钢筋如Q235普通钢筋和低合金钢如20Mnsi、16Mn螺纹钢筋。丝扣加工一般采用滚丝法或对尾部进行热处理或整体调质，以提高杆体抗拉强度。2）、锚杆的防腐、防锈施工质量差是导致锚杆锈蚀的主要原因。灌浆体的空浆、少浆、密实度不足或不均匀，锚固体上产生的裂缝、杆体与孔壁的接触等都是由于施工质量差所导致的，这些病害在模型试验及工程中均有出现。因此，加强施工组织设计，建立完善的质量验收制度，使锚杆的施工真正做到有管理、有检测、有记录、有落实。3）、均匀分配各根钢绞线在锚杆(索)张拉时的应力这主要受到锚固机具及施工工艺的影响，只有不断地提高施工水平、改进锚固机具的性能，才能不断改善不均匀性。3.1.2 提高锚固段砂桨对于锚杆的握裹力 要做到提高锚固段砂桨对于锚杆的握裹力应做到以下三点：1)、认真做好设计，确保锚杆的锚固长度，及灌浆体的抗压强度足够。2)、针对施工不良是造成此种失效模式的主要因素，应重点加大职工培训及技术措施的贯彻力度，提高职工的素质，提高施工企业的人文文化。3)、认真组织施工，做好每一道工序的施工组织设计;确保锚孔深度大于杆体长度20一30mm;彻底清除钢筋或钢绞线上锚固段的油污和锈斑，并清理干净锚孔内杂质，保证粘结效果;加大检查力度，确保所使用的灌浆剂保质保量。3.1.3 提高锚固段土体与锚杆之间的抗剪强度目前在锚杆(索)设计中，都是以灌浆体与锚孔孔壁间的剪应力在锚固段均匀分布为前提，采用平均粘结强度来计算锚固段的长度。但剪应力在锚固段上并非均匀分布，而是一种单峰高斯曲线，在靠近自由段的前段集中、形成峰值，然后向锚固段末端逐渐减小并最终趋近于零;而且，剪应力的峰值并不在锚固段的起点，而是出现在锚固段中的某处。剪应力的峰值还受到岩体性质、张拉荷载大小的影响;如果对锚杆进行二次张拉，则可形成二次峰值点，二次峰值点距锚固段外端的距离约为一次张拉时的6倍。根据此类破坏模式的影响因素，提出两点提高锚固力的措施:1）、认真组织好施工，确保锚固体直径、形状，锚孔的长度，灌浆体的密实度等达到设计要求。设计时，锚固段长度L是根据锚固体直径D的大小进行试算确定;灌浆体与地层间的粘结强度设计值q，是土体的力学参数，应通过勘察资料获得。锚固体直径(D)与锚杆所处的地层、注浆压力以及锚杆成孔方法有关。地层渗透性好、注浆压力大，则浆液扩散形成的锚固体直径大;反之，则小。成孔方法对地层的渗透性破坏得越严重，锚固体的直径越小。因此，要获得较为准确的锚固体直径，除了精确的设计之外，良好的施工组织设计也是必不可少的。特别是要根据详细的地质资料，确定一种适用的成孔方法控制好注浆压力以及注浆量。2）、高压二次注浆为了提高锚杆的锚固力，一般情况下对于可以二次注浆的锚杆采用高压二次注浆。主要有两方面的原因:一方面，高压灌浆的劈裂、挤密作用，改良了土的物理力学性质，提高了土的抗剪强度，加固了原锚固段土体。另一方面:提高了锚固体剪切滑动面的面积。锚杆承载破坏时，剪切滑动面也相应外移。新的剪切滑动面的面积与一次常压灌浆形成的圆柱形锚固体相比明显增大，一般为一次常压灌浆形成的锚固体外表面的2一6倍6。同时由于高压灌浆形成不连续异形扩大锚固体，当锚杆承受张拉荷载时，不仅要克服锚固体与周围土体间的摩擦阻力，而且还要克服扩体受压部位所受到的土体压力，这种端承效应能大大提高锚杆的承载力。3.1.4提高被锚固土体的整体稳定性一般情况下，只要锚杆(索)体能够提供恒久的足够预应力，就认为锚固工程不会发生失稳破坏，但这种观点是不全面的。在保证足够的抗拔力的情况下，如果被加固的岩土体发生破坏，锚固工程仍会失效破坏。常见的情况有以下三种:锚固工程设计、施工完成后，原设计中的最危险滑移面向更深层的岩土体转移，产生新的滑面，发生由于锚固长度不足引起的整体失稳。被锚固土体在预应力作用下，产生蠕变、土体内部裂(孔)隙被压密，钢绞线预应力损失超过一定的限值后，坡体失稳破坏。由锚固力所引起的预锚附加应力场，会造成内外锚头的应力集中，产生局部岩土体破坏，进而引发整体破坏的可能。群锚失效就属于这类破坏模式，一般而言，群锚加固岩质边坡，锚杆(索)布置的量越多、锚杆(索)间距越小、锚固效果越好。但是，在不同的岩体类型中，由于锚杆(索)锚固段外端周围岩体拉应力的作用，在锚杆(索)间距太小时，相邻锚杆(索)相互作用从而导致锚固段形成整体拉裂面，锚杆(索)整体失效发生破坏。针对影响土体稳定性的常见因素，提出三点防治措施:1)、认真复核坡体的最危险滑动面、潜在滑面，严密设计、验算土层锚杆的局部及整体稳定性。2)、选择性能良好的锚杆(索)材料，保证安装质量，注重应力补偿张拉与维护，使锚杆(索)有足够的预应力，提高预应力锚杆(索)的综合锚固力。3)、做好坡体的排水、防水工作，杜绝由于水的作用所引起的致命性病害及隐患。3.2 锚杆(索)预应力损失的防治导致土层锚杆预应力损失的主要因素有以下几个方面:锚固段土层的蠕变黄土土体具有颗粒松散、高孔隙率、低粘聚力、天然强度低及压缩性高的特性，压缩变形非常明显，且持续时间较长。锚杆周围土体在锚杆长期剪力作用下发生蠕动变形，剪力越大、土体力学性质越差，变形就越大。蠕变将导致锚杆的预应力减小，蠕变量越大、预应力损失越大。水的作用随着土体含水量增加，土体孔隙比增大，土体粘力含量增多，土体的蠕变性也愈加明显，由于土体蠕变导致的预应力损失将占很大比例。预应力损失积累到一定量，被加固土层失稳，锚杆有可能随锚固体一起拔出。锚索材料松弛结合已有研究成果及试验结果，分析得出，不同型号不同类型的钢材，其松驰损失值也不同，但也有一些共同特性:a、松驰损失的大小，与钢丝张拉荷载的大小有关。张拉荷载越大，松驰损失就越大。b、松驰损失在张拉后的初期，约几分钟内发展最为迅速，在24小时后约完成800k，大约20天以后，基本上不再发展。c、若短时间内对钢丝进行超张拉，并持荷一段时间，然后再回到原来的张拉荷载值，可以使钢丝的松驰损失大大减少。反复超张拉二次，效果更为显著。d、松驰损失值与材料的性能、材料直径、环境温度也有关。如高强精轧螺绞钢筋的松驰损失，就比碳素钢丝、钢绞线的松驰损失要小。锚固土体中发生的冲击力引起预应力损失重型机械、爆破以及地震力等发生的冲击也会引起预应力损失，与长期静荷载作用引起的预应力损失量相比，该损失量大得多。以往的研究表明，在距锚杆(索)3m以内范围进行爆破时，锚杆(索)预应力损失量要比锚杆(索)在相似时间受静荷载作用发生的预应力损失量大36倍左右，但在距锚杆(索)sm以外，爆破的影响就不显著了。冲击作用会使固定在土体中的锚杆(索)的预应力和承载力发生变化，尤其对稳定性较差的推会产生较大的影响。另外，用机械方法固定的锚杆(索)受冲击的影响要比用锚固材料固定的锚索大得的多。锚固体系及其他因素的影响随着锚固技术的应用和发展，我国相继研制和生产出了多种不同形式的锚固体系，主要有BBRV墩头锚固体系、XM、QM型、 LYM型、OVM型，、GYM型及HM型锚固体系，分别应用于水电、军工、边坡、基坑及煤炭系统。不同类型的锚固体系，由于其材质、加工质量及施工安装质量的不同，其预应力损失也会不同。材料质量及安装质量越好，越能保证综合加固效果，减少预应力损失。针对锚索预应力损失的不同影响因素，可采取不同的应力补偿措施:1)、锚杆(索)材料的优选由前面对预应力损失影响因素的分析可知，最理想的锚杆(索)材料就是在具有高强度的同时松驰损失也较小，只有这样，才能在长时间内保持足够的、恒定的预应力。国产的锚索材料有普通钢绞线和低松驰级钢绞线两种，两种钢绞线1000小时的应力损失对比值见表3.2。工程中，为减少锚杆(索)的预应力损失，常选用低松驰锚索材料和与之相配套的锚固体系(锚具、垫板等)。表 3.2两种钢绞线1000小时应力损失2)、土体条件的选择及改善将锚头置于性质良好的土体中或增大垫板尺寸，使锚索有稳定的根基，以避免应力集中区蠕变过大，造成过大的应力损失。也可以采用高压注浆或二次灌浆来改善土体的力学性质，从而减小土层的蠕变性，减小预应力损失。高压灌浆和二次灌浆不仅仅单纯能改善土体的力学性质，而且能加大锚固段的锚固体面积，二次灌浆对增大锚杆的抗拉极限力很有利。3)、锚索的超张拉或补偿张拉在锚索安装时，应进行超张拉;持荷一段时间后，反复超张拉二次，效果更为显著;一般超张拉50k一10%，可减少材料松驰损失30%一 50%。值得注意的是补偿张拉的时间，应在锚索施工后部分初期预应力损失完成后进行，且不宜拖得太久。补偿张拉的次数越多，效果越好，一般可补偿70%以上的应力损失量。4）、施工、安装质量及维护条件的保证组织好各个环节的施工，保证钻孔、灌注浆、张拉及锁定各道工序的质量，尽量避免周围的冲击作用对锚索的影响，做好长期防护。总而言之，要使锚索有足够、恒久的预应力，就不仅要保证锚索材料的来源正规合格，而且要注重安装质量、及时进行应力补偿张拉与维护，提高预应力锚索的综合锚固力。3.3 水的防治8此类病害的防治，关键还在于如何防止水浸入到锚杆所在的土层中。主要措施有:（1）、防止地表水浸入锚头下的地基工程中，有很多因水直接渗入锚杆钻孔中而导致锚杆失效的例子。在土层锚杆抗拔试验中也观察到:向注水孔中注水时，若不小心有水溢出，水就会顺着锚头流到其下的土体中，这时锚头下垫板的位移会迅速增加，预应力也会瞬间减小。由此可见一定要做好锚头的防护工作，它是锚杆处在地表的部分，也是锚杆提供反力的关键部分。对于地表水，主要指的是季节性雨水，应尽量查明其流经路径，能避则避，避不了则防。防治措施主要有：设置坡面排水沟，截引地表水;在坡脚设置边沟，并予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础。对锚头和地基的连接部分，压注水泥砂浆或用沥青水泥砂浆充填其周围并用沥青麻筋塞缝，以防止水的入渗，此处应慎重处理。（2）、坡内排水不仅要防治地表水的影响，更要考虑地下水及坡内积水对土锚结构的作用。坡内排水主要是为了排除坡内积水，通常在坡身的适当高度处布置一排或数排泄水孔。泄水孔的尺寸可视泄水量大小分别采用 0.05mxo.lm、 0.lmxo.lm、0.15mX0.Zm的方孔或直径为0.05一0.Zm的圆孔。孔眼间距一般为2一3m，千旱地区可予增大，多雨地区则可减小，孔眼应上下交错设置。（3）、对地表出现的裂缝、孔洞要及时处理对于裂缝处理的方法主要有以下三种：缝口封堵法:此法适用于裂缝深度和宽度均不大的不规则裂缝。方法是:先用干而细的沙壤土由缝口灌入，用钢钎插捣密实;再沿缝口翻挖，将土洒水湿润后压实。当缝口较小，不易灌入沙壤土时，也可直接沿缝口翻挖，将土洒水湿润后压实。开挖回填法:开挖回填法是裂缝处理比较彻底的一种方法，适用于深度不大的浅层纵横向裂缝。方法是:先沿裂缝开挖梯形槽，深至裂缝底部以下0.3一0.sm，槽两端应超过裂缝0.5一lm，槽底宽度视方便施工而定，边坡坡度应满足稳定及新旧填土能紧密结合的要求;然后沿槽四壁喷水湿润，再将土洒水湿润后回填，含水量要控制在适宜范围内，回填要分层夯实，每层厚度约20cm，回填顶部高度宜高于原高度3cm左右并做成拱弧形，以防雨水入渗。当用此法处理横向裂缝时，还应沿裂缝方向每隔3一5m开挖一条与裂缝垂直的沟槽，与沿裂缝开挖的槽同深，一并回填夯实，形成截流墙以延长水流渗径。因缝深不大，墙体底边长度2m左右即可，墙体厚度以便于施工为度。封堵灌浆法:灌浆法分自流灌浆法和压力灌浆法：自流灌浆法适用于缝宽较大、深度较小的裂缝。方法是:在缝顶开挖宽、深各o.Zm左右的沟槽，先用清水灌下4，再灌水土重量比为1:0.巧的稀泥浆，然后再灌水土重量比为1:0.25的稠泥浆，泥浆土料可采用壤土或沙壤土，灌满后封堵沟槽。压力灌浆法适用于深度较深或开挖困难的纵横向裂缝。方法是:先逐段封堵缝口，然后将灌浆管直接插入缝内灌浆;或封堵全部缝口，由缝侧钻孔灌浆，反复灌实。灌浆压力的大小直接影响到灌浆质量和坡体安全，具体取值由灌浆试验确定。浆液配制要满足流通性好、析水性好以及收缩性小的要求。灌浆结束后在表面铺填保水层或保水材料。孔洞事实上是裂缝的一种特殊形式，一般可采用灌浆的方法来解决。 4 土层锚杆的施工要求常见土层锚杆的施工包括以下几个工序: 钻孔、 安放拉杆、 灌注、 养护、 肋柱及挡板钢筋绑扎、 锚头固定、 支模、 混凝土浇筑、 养护、 拆模。对于后期需施加预应力的锚杆,还要根据具体的设计要求安排张拉的准确时间。4. 1 钻孔1) 清水循环钻进成孔法。这种方法在实际工程中运用最广,软硬土层都能适用,但需要有配套的排水循环系统。有些施工单位为了方便, 在现场只设置排水系统, 没有设置重复利用水系统装置。在软黏土成孔时, 如果不用跟管钻进, 应在钻孔孔口处放入 1 m 2 m 的护壁套管,以保证孔口处土层不坍塌。2) 螺旋钻孔干作业法。该法适用于无地下水条件的黏土、 粉质黏土、 密实性和稳定性都较好的砂土等地层。4. 2 安放拉杆土层锚杆用的拉杆,常用的有粗钢筋、 钢丝束和钢绞线, 也有采用无缝钢管作为拉杆的。承载能力要求较小时, 多用粗钢筋;承载能力要求较大时,多用钢绞线。1) 钢筋拉杆由单根或数根粗钢筋组合而成,如果是数根钢筋则需用绑扎或电焊连成一体。为了使拉杆钢筋安置在钻孔的中心以便插入, 另外为了增加锚固段拉杆与锚固体的握裹力, 应在拉杆表面设置定位器, 每隔 1. 5 m 2. 0 m 设置一个。钢筋拉杆的定位器用细钢筋制作,外径宜小于钻孔直径 1 cm。2) 钢丝束拉杆的柔性较好, 安放方便,它的自由段需理顺扎紧,并要进行防腐处理。也可将钢丝束拉杆的自由段插入特制护管内,护管与孔壁间的空隙可与锚固段同时浇筑。钢丝束拉杆的锚固段需用撑筋环, 将外层钢丝绑扎在环上,增加钢丝束与砂浆接触面积,增强粘结力。4. 3 灌浆灌浆是土层锚杆施工过程中重要的工序。灌浆的浆液为水泥砂浆或水泥净浆。常压注浆采用砂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停止注浆。二次高压灌浆应在第一次灌浆体达到2 MPa后,一般在第一次灌浆完成后5 12 h 后进行。二次高压灌浆压力为 1 2 MPa。二次高压灌浆管的出浆孔和端头应密封,保证一次灌浆时浆液不进入二次高压灌浆管内。5 土层锚杆在工程中的应用 应用实例 以南宁某工程为例 基坑概况基坑周边范围为 66.5 m30.8 m, 拟建二层地下室, 开挖深度为 12.0 m。场地的土层情况是: 表层 1 2 m 为素填土; 其下为粘土、粉质粘土和粉土层; 10.0 11.0 m 以下为圆砾层, 圆砾层顶部有一层厚 0.5 1.0 m 的粉砂层; 22.0 m 以下为泥岩。粘土、粉质粘土层的天然含水量 WL= 24% 27%, 天然容重 C = 20.3 kN/ m3, 液性指数IL= 0.2 0.5, 塑性指数Ip= 17 24, 内摩擦角= 18, 粘聚力 c= 45 kPa; 粉土层的天然含水量 WL= 27.7%, 天然容重C = 19.5 kN/ m3, 液性指数IL = 11.8, 塑性指数 Ip= 8.3, 内摩擦角= 15, 粘聚力 c= 5.0kPa。基坑周边为居住楼和道路, 南侧有一建筑物距坑边不到 10 m。 原支护情况 由于开挖较深, 场地较窄, 无法放坡开挖, 原支护设计采用钻孔灌注桩护壁, 桩间采用素砼桩作为止水防渗, 并进行试挖, 当挖至- 7.0 m 左右时, 由于止水帷幕工程未能起到完全止水的作用, 同时护壁桩的抗弯强度不够, 导致护壁桩的位移, 开挖和降水导致周边建筑物的地基土变形而产生附加沿降, 从而引起周边建筑物变形和开裂, 因此, 在继续开挖之前必须做好护壁桩的加固和止水帷幕的处理。 护壁设计 在护壁桩上- 7.5 m 深度先安装1根腰梁, 在腰梁上设1排土层锚杆, 间距为 1.7 m。通过计算, 每根锚杆承受的水平力为 425 kN, 锚杆向下倾斜 15 , 其锚固段长度为 16 cm, 自由段长度为8 m。 锚杆施工 锚杆钻孔使用外径为127 mm 的环形钻头, 钻进时使用清水作冲洗液。锚杆采用 6 根 12mm 钢索绞成的钢绞线, 灌浆使用 425 号普通硅酸盐水泥与中砂配合成砂浆, 灰砂比 1:0.5,水灰比1:0.5, 掺用一定比例的早强剂。施工中检查砂浆的平均强度为 4.8 kN/ , 锚杆锚固段的平均极限锚固力为100 kN/ 。 实测结果 对基础从开挖至竣工进行长达一年监测, 在基坑开挖达到坑底并经过半年以后, 通过检查, 锚杆拉力并未增加, 坑壁的侧向位移只有1 cm, 其周边建筑物不再出现变形和其他异常现象。6 结束语 通过写这篇文章，我学习到了很多知识。虽然锚杆工程技术逐步成熟，但是锚杆工程的施工质量对锚杆工程的影响尤为重要，这也直接影响了锚杆的寿命，使用质量高锚杆使用年限就会长，反之，如若施工质量差，则会缩短锚杆的寿命，这个直接关乎整个工程的安全以及人们的生命及财产。这让我想到了关于锚杆的“定时炸弹”理论， 锚杆“定时炸弹”问题绝非危言耸听，理想意义的所谓“永久性”根本不存在，因而它关系到人类千百万工程及子孙后代的安危。鉴于问题的极端重要性，很有必要对锚杆使用寿命问题作更深入、系统的研究。锚杆使用寿命极敏感地取决于工程质量的微小差异。握裹层在 1 cm 范围内变化，则锚杆使用寿命便在几十年之间变化。 故须对重大工程中锚杆、土钉、锚索及其他钢筋的施工质量作出较准确的评定，并记录在案，以备在其使用寿命到期之前，采取更先进的技术进行加固。这是我后期参考的一些资料，也是我在写这篇论文所想到的，我觉得应该对锚杆的使用寿命以及锚杆达到使用年限后的处理做进一步研究。参考文献1 陈仲颐, 叶书麟. 基础工程学. 北京: 中国建筑工业出版社, 19902 杨嗣伦. 高层建筑施工手册.北京: 中国建筑工业出版社,19933 朱浮声, 郑雨天.全长粘结式锚杆加固作用分析. 岩石力学与工程学报, 1996, 15( 4) : 333 3374 王明恕. 全长锚固锚杆的工作机理.矿山技术, 1985( 2) : 10 145 闫莫明，徐祯祥，苏自约.岩土锚固技术手册.北京：人民交通出版社，2004.46 郝建斌.附加作用下土层锚杆受力特性及病害机理研究.西安科技大学.2009.117 SehlosserFetal.5011nailinginFr-ResearehandPractice， TransportationresearchReeord1330，TransPortationresearehBoard，Washington，D.C8 汪班桥.土层锚杆常见病害破坏机理及防治技术研究.博士学位论文.9 罗瑞文.土层锚杆技术及其在深基坑中的应用.桂林工程学院报，1999.7.10 王彪. 土层锚杆施工技术探讨.山西建材，2008.11.11 秦岩，徐仁刚.土层锚杆的设计与施工.北京建筑工程学报.1994.9命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中=