对扩大头锚杆用于地下工程抗浮探讨

陈 松

(深圳中海世纪建筑设计有限公司，广东 深圳 518048)

对扩大头锚杆用于地下工程抗浮探讨

陈 松

(深圳中海世纪建筑设计有限公司，广东 深圳 518048)

对扩大头锚杆工法的原理、重要工艺、类型进行了分析，研究了锚杆抗拔力的计算公式，并对锚杆抗拔力试验检测进行了探讨，以期对扩大头锚杆在地下工程抗浮的应用起到一定的推广作用。

扩大头锚杆，地下工程，抗浮，抗拔力

1 扩大头锚杆工法阐述

扩大头锚杆工法必须要对原理进行理解，是通过高压喷射流束到指定的地方，对锚孔孔壁土体进行定点切割，利用循环水或者水泥浆等介质，对切割之后的颗粒进行排出，从而在原地形成比较大的空腔，最后注浆充填，使得扩大头锚杆逐渐形成。

扩大头锚杆工法涉及到以下几种重要工艺，包括分序扩孔、完全置换、二次注浆、充填砂浆等，下面逐个进行分析。

1)分序扩孔。按照施工现场的地质条件以及设计图纸，采取分序扩孔，能够显著提升喷射流束切割土体的效率；2)完全置换。待扩孔之后，针对高压注浆进行置换，保证水泥浆能够把泥浆完全置换出来，以确保扩大头锚杆的稳定性；3)二次注浆。砂卵石层以及地下水丰富的位置，扩大头内填充高浓度的二次注浆，如果有需要，还可以添加适当的速凝剂；4)充填砂浆。扩大头锚杆直径比较大，而且抗拔力比较高，此时锚杆杆体和扩大头锚固的咬合力会对抗拔力产生重要影响，工程施工中一般选择高压砂浆泵灌注置换的方法。

2 锚杆抗拔力

图1即为扩大头锚杆的结构，基于笔者的实践和工程经验，会有以下的扩大头锚杆抗拔力计算公式：

(1)

显而易见，式(1)能够理解成是扩大头锚杆极限，扩大头锚杆由三个部分组成，分别是普通段摩擦阻力(Ld段)、扩大头段(LD段)摩擦阻力、扩大头前端阻力。

其中，d为普通锚固段直径，mm；Ld为非扩大头锚固段长度，m；LD为扩大头长度，m；D为扩大头直径，mm；Tuk为锚固极限抗拔力的标准值，kN；fmg1为普通锚固端注浆体和地层间的粘结强度标准值，kPa，取值为钻孔灌注桩桩侧摩擦阻力标准值qsia；fmg2为扩大头注浆体和地层之间的粘结强度标准值，kPa，取值方法同上；PD为土体作用在扩大头端面上产生的抗力强度值，kPa。

3 锚杆抗拔力试验检测探讨

本文结合某地下工程案例，该工程是地下1层，建筑面积大约达到了8 900 m2，整体现浇钢筋混凝土，基坑开挖达到了8 m，施工现场是长江冲洪积一级阶地，具体地质类型复杂，包括杂填土、淤泥质类填土、黏性土、淤泥、粉质黏土夹粉土层、冲洪积老黏性土等。通过结构抗浮验算获取的数据，基底地下水最大浮力要么大于、要么等于单位面积结构自重15 kN/m2，要正确选择结构抗浮对策，其中必须对软土土层结构抗浮进行综合考虑。

锚杆抗拔力试验检测是通过对试验数据进行对比分析得来。一般来说，锚杆抗拔力试验检测的最大荷载不能超过抗拔力设计值的1.5倍，也就是A型锚杆最大抗拔荷载是202.5 kN，B型锚杆最大抗拔荷载是135 kN，对抗拔桩数量进行抽样检测，检测数量为5%，即是50根，其中A型锚杆为10根，B型锚杆为40根。

3.1 锚杆整体刚度不同

根据试验要求，对锚杆刚度曲线进行观察分析，其曲线由斜率不同的直线段构成，而且两个直线段处于一个转折点上，该点恰好对应抗拔荷载于0.9 N，转折点前后的曲线斜率不同，前者大于后者。

对比分析发现，A型锚杆工作曲线具有比较大的斜率，代表了A型锚杆对结构性土体产生的整体刚度。进行研究知道，整体刚度有所不同，是由锚杆抗拔力分担机制差异导致。

3.2 土层结构差异，锚杆工作机制不同

对曲线转折点前后的斜率进行比较，分为转折点前、转折点后。

首先，在转折点之前，B型锚杆扩大头附近的粉质黏土进行比较，周围A型锚杆扩大头的粉质黏土夹粉土的性质是软土，而且刚度不大。根据个人经验分析，拉拔荷载要是不高，荷载会通过周围土体摩擦阻力进行承担，在转折点之前，A型锚杆于曲线上的表现应该是：曲线斜率比较小，然而理论与实际正好相反。实际情况是A型锚杆穿出土层，具体是上部比较硬，下部偏软，B型锚杆的表现恰好与其不同，二者之间在抗拔力分担机制上是完全不同的。A型锚杆由于扩大头周围土体的性质属于粉质黏土夹粉土，硬度不硬，同时具有较小的切向刚度，加上土体在本身较小的荷载作用之下，自然产生很大的变形，前端土体比较硬，而且端阻力也参与到承担转折点前的拉拔荷载。相对来讲，B型锚杆扩大头处于硬度较大的土体中，如果拉拔荷载一致，附近土体的变形情况不大，一般为粉质黏土，抗拔力具体是由扩大头段土体摩擦阻力承担，导致扩大头前端硬度偏软的土体，也就是淤泥层，出现端阻力，同时于长度较大的荷载段处于储备情况。因此基于工作机制，在转折点前，A型锚杆与B型锚杆分别属于摩擦端承型、摩擦型。

转折点后，荷载要是不小于0.9 N，对于A型锚杆来说，黏土层一定的端阻力，查表获知达到99.95 kN，明显地达不到锚杆抗拔要求，周围土体产生的摩擦阻力大部分是参与工作的。然而，因为切向刚度不大于法向刚度，具体表现到曲线斜率上，转折点后半段的曲线斜率明显降低，A型锚杆是端承摩擦型；这种情况下，针对B型锚杆，淤泥层也参与到工作中，然而贡献却很少，锚杆抗拔力分担机制实际上未产生太大的变化，如果将其体现在曲线斜率方面，转折点后半段的斜率和转折点之前的变化非常微小，B型锚杆依然属于摩擦型。

3.3 进行合理设计，确保结构抗浮安全

转折点前和转折点之后的两个直线变形段，表示扩大头段拉拔作用范围内的土体依然处于线弹性环节，土体的强度还有能够进一步发挥的余量。要对锚杆实施检查，对于抗拔力和变形来说，均和设计强度以及变形要求基本接近。可以发现的情况是，要是在1.5 N后追加拉力，扩大头持续向前位移，前端土体因为压密强化，进而造成法向刚度增加，在曲线上反映在向上翘，对于上翘幅度而言，A型锚杆前端土，即为黏土，它的工程特点与B型的淤泥相比，前者更为良好，A型锚杆的曲线上翘幅度与抗拔潜力都还有待挖掘。

4 结语

本文结合工程实践，利用扩大头锚杆代替抗浮锚杆，能够确保工期施工要求，以及地下工程抗浮的稳定可靠性，扩大头锚杆的应用无论是在施工装置、工艺水平以及效果方面都能让人满意。除此之外，本文对两种不同类型锚杆进行对比，二者穿过软土层，但是却实现了一定的抗拔力，土体变形依然能够用线形表示，而且位移比较小，证明扩大头锚杆能够应用到软土层施工。然而由于工程问题，锚杆拉拔试验在土体变形处于线形阶段就开始卸载，还未获得对应的数据，对扩大头锚杆破坏性拉拔试验进行了开展，以此研究扩大头锚杆抗拔力的分担机制，对于锚杆拉拔力的合理设定有重要实践意义。

[1] 冷利浩.抗浮锚杆在结构设计中计算方法的合理选择[J].四川建筑,2010(2)：36.

[2] 李红波,李博成.浅谈地下工程的平战结合[J].浙江建筑,2010(5)：98.

Inquiry on expanded anchor rod applies in underground engineering anti-floating

Chen Song

(ShenzhenZhonghaiShijiBuildingDesignCo.,Ltd,Shenzhen518048,China)

The paper analyzes working principles, important technologies and categories of expanded anchor rod, studies anchor pulling-resistance computation formula, and finally explores experimental examination of anchor rod pulling-resistance, with a view to play certain promotion role in expanded anchor rod application in underground engineering.

expanded anchor rod, underground engineering, anti-floating, pulling-resistance

2015-08-29

陈 松(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)31-0093-02

TU463

A