几种土层锚杆的特征与应用

张永奇(陕西建工机械施工集团有限公司,陕西西安 710032)



几种土层锚杆的特征与应用

张永奇
(陕西建工机械施工集团有限公司,陕西西安 710032)

【摘 要】为了在不同地层应用锚固技术,发挥锚固原理的优势,产生了多种形式的锚杆。本文对目前工程中多种形式锚杆进行了划分,归纳出了在土层中应用比较多、比较成功的几种土层锚杆,对这几种锚杆的特性和应用原理进行了阐述,并对其适用的地层和应用范围进行归纳和比较。对这几种锚杆恰当选择,能够有效的、合理的解决目前遇到的所有土层的锚固问题。

【关键词】锚杆 类型 地层 施工机械

土层锚杆(土锚)是借鉴岩石锚杆发展起来的。由于锚杆的可靠性和经济性，已经应用就得到广泛的推广，但由于土层的构成具有多样性——松散、软弱、粘结、透水的混合介质的特点，为了能够在于不同地层发挥锚杆的优势，产生了多种形式的土层锚杆。

1 锚杆的种类

锚杆按锚固长度可划分为集中( 端头) 锚固类锚杆和全长锚固类锚杆。

按锚固方式可分为机械锚固型和粘结锚固型。按所锚固的介质可分为岩固体锚杆，土层(包括离散介质)锚杆。按锚杆体的材质可分为钢丝绳锚杆、普通钢筋锚杆、玻璃钢锚杆、木锚杆和竹锚杆等。

按锚杆施工时的成孔方式可分为预成孔锚杆、自钻式锚杆。

2 常用土层锚杆特征及应用

2.1 土钉

2.1.1 土钉特征

土钉也称作砂浆锚杆，也有在土体中直接打入角钢、钢管、粗钢筋来加固土体的，也叫土钉。土钉与锚杆有着不同的工作机理，但在一定的受力情况下也起到了和锚杆的相同作用。土钉的主要作用只是加固开挖面上的局部土体，防止其崩落和受到侵蚀。被加固了的土体类似重力式挡土墙。土钉一般不加预应力的，土钉只有在土体发生变形以后才能使它被动受力，通过受拉给土体以约束、加固或使其稳定，此时作用转换为锚杆。

2.1.2 应用

土钉主要用于形成土钉墙来抵抗墙后的土压力，并且保持开挖面的稳定。

主要适用于: 有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。且地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。不适用于:(1)标准贯入击数(N)低于10击的砂土边坡(不经济)，(2)朔性指数Ip＞20的土，(3)含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法，(4)没有临时自稳能力的淤泥土层，(5)腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构。

2.2 普通锚杆

2.2.1 特征

普通锚杆一般指钢丝绳砂浆锚杆。随着发展锚杆筋可由钢绞线、预应力螺纹钢、普通钢筋或钢管等。土层锚杆根据主动滑动面分为自由段和锚固段，土层锚杆的自由段处于不稳定土层中，其作用是将锚头所承受的荷载传递到锚锚固段去。锚固段处于稳定土层中，通过与土层的紧密接触将锚杆所受荷载分布到周围土层中去。锚杆设置时预加拉应力，给土体以主动约束。普通锚杆的施工时需预先成孔，再放锚杆、注浆，最后锚拉。

2.2.2 应用

(1)施工前的准备。对锚杆施工的区域土层必须清楚了解，查明锚杆触及区的地下管线、构筑物建筑物基础， 如锚杆超出建筑红线，还应得到有关部门和单位的批准和许可。同时也应预测在锚杆使用期内锚杆影响区内的施工对锚杆的施工和未来使用的而影响。

(2)成孔。土层锚杆的能否成孔和成孔质量直接影响锚杆的承载能力、施工效果和整个支护工程的成本。

①人工洛阳铲取土成孔，要求必须是水位以上粘性土、砂性土和压缩性好的砂层。缺点是成孔深度不宜超过12米。②回转式螺旋成孔，该法对粘土、粉质粘土、密实性和稳定性好的砂土等土层使用。其缺点是当孔洞较长时，孔洞易向上弯曲，导致土层锚杆张拉时摩擦损失过大。③压水钻进成孔，一般需要护壁套管跟进，至少要在孔口设置套管。适用于软粘土、砂土、杂填土，优点是在可以防止塌孔、不留残土，软、硬土都适用，但不适宜特殊土:如膨胀土、湿陷性黄土的土体。缺点是成本稍高、施工现场易积水，易造成污染。④冲击式潜钻成孔，适宜于孔隙率大、含水量较低的土层中，也可在卵石、砾石的土层中成孔。它的优点是成孔速度快、孔壁光管而坚实、不出土，无孔壁坍塌和堵塞现象。缺点是在含水量较高的土层因冲震导致孔壁结构易破坏，而且孔壁光滑影响锚固能力。⑤回转冲击式成孔 对于粘土加卵石、砂土加卵石的地层中，一般成孔同时跟套管。这种成孔方式成本相对较高，主要处理其他成孔方式无法解决的砂卵石土层。

以上五种类型的成孔方式可以解决所有土层的成孔问题，但是施工难度和成本也是从①～⑤逐步增加。

2.3 旋喷锚杆

2.3.1 特征

旋喷锚杆，是在用高压旋喷技术对土层进行加固的同时将钢绞线直接带入土中形成锚杆，根据需要还可形成扩大头。相对普通锚杆的不同是:钻孔和安装锚杆筋是同时开始和结束，普通锚杆是通过后注的砂浆凝固形成的锚体与周围土体作用受力，旋喷锚杆是在钻进时喷浆加固土体与周围土体作用受力，杆筋与周围土体的传力介质为水泥土，其实质“水泥土钢丝绳锚杆”。

旋喷锚杆利用高压旋喷在软弱土层中形成抗拔力较大的锚固体，在旋喷加固土体的同时将钢绞线直接带入预设土层中，克服了传统锚杆不能在软弱土层中施工的局限性。

工艺特点:(1)高压旋喷形成了较大的锚固体。 (2)钻进施工时自带钢绞线。(3)当旋喷自带纲绞线锚杆施工到设计要求的位置时，钻杆带着钻头自动退出，完成了锚杆的施工。(4)锚杆直径可控性好。(5) 抗拔力大。较大的锚杆体直径增加了锚杆体与土层的侧阻面积。b)高压旋喷注浆改善了锚杆周围土层的性能，增加了锚固体周围土层的单位侧阻力。 c)锚杆端部的锚固体形成的锚固端与锚杆结合成一整体，改变了传统锚杆仅靠锚杆体与土层侧阻提供抗拔力。

其缺点是旋喷钻头自带钢绞线钻进时如果操作不熟练常常遇到空难，如果中途失败在这种情况下就要先施工旋喷体，再按传统工艺施工锚杆，有可能在深处钻孔不能居中，甚至钻出旋喷体。其次在施工时水泥土浆液流失较严重。

2.3.2 应用

旋喷自带钢绞线锚杆适用于土体颗粒在粗圆砾(粒径范围20～60mm)以下各种土层地质，尤其对深厚淤泥、软土、流砂、饱和流塑土层等更能发挥其优势。旋喷锚杆的施工方法，解决在软土的淤泥层无锚固力不能施工的难题，必免了在松散砂砾土层，为了有孔下锚筋采用套管跟进法，水冲返循环产生突涌、涌砂、涌水、地面难操作等问题，降低了施工造价，节约了施工工期。

2.4 自钻中空锚杆

2.4.1 特征

自钻式锚杆实现了锚杆成孔、注浆、锚固等功能的统一。中空锚杆体既是钻杆，又是注浆管，同时也是土压力的承载体。锚杆端部联接一次性钻头，利用钻机将杆体打入地层，再通过杆体的中孔向地层注浆，使锚杆杆体外裹水泥砂浆或水泥净浆体，沿杆体与周围土体接触，并形成一个结合体，可以根据工程需要截成任意长度和进行任意连接，施工速度快，使用方便。它可像土钉一样群体起作用，也可施加预应力达到单个锚杆的作用。

工艺特点:(1)锚杆采用无缝钢管制作，表面加工成螺纹状，实现了锚杆成孔、注浆、锚固等功能的统一。(2)自钻式锚杆所配套各类专用钻头，可适用于各类地层。(3)高强度联结套可使自钻式锚杆具有边钻进边加长的特性。(4)由于采用锚杆杆体作为钻杆，成孔时不需套管护壁、预注浆等措施。(5)注浆方便、密实，锚固强度增大。

其缺点是由于锚杆体的直径有限，不能提供更大的锚固力，但在砂砾层其抗拔承载力和变形都大于与110mm直径锚杆体相当，其他土层其性能不如传统锚杆。

2.4.2 应用

自钻式中空锚杆能适应各种复杂地质条件，特别解决了旋喷锚杆在砂卵地层不能施工，传统锚杆在成孔时需套管护壁、预注浆等措施的高难度和高费用的问题。目前主要应用建(构)筑物的基坑(槽)和管沟临时性支护工程。以及地下水位低的地区能保持降水至基坑底面以下，有一定胶结能力和密实程度的地层，如粘土、粉土、砂土、圆砾与卵石地层均可应用，特别适用于普通锚杆或土钉无法成孔的砂卵石地层。

3 几种土层锚杆的比较

土钉和锚杆形式类似机理不同，在特殊情况下作用可相互转换。

普通锚杆可在任何土层成锚，但有些复杂土层施工难度大，成本高，受力效果不理想。

普通锚杆是预成孔，再放拉杆；旋喷锚杆和自钻中空锚杆都是成孔和按拉杆同时进行的。

旋喷锚杆解决普通锚杆在特殊土层，如淤泥、软土、松散砂层、饱和流塑黏土和有丰富地下水源的情况难以成孔、成锚，抗拔力难以保证的问题，而且极限承载力还是抵抗变形能力高于传统锚杆，施工难度也降低了。

中空自钻锚杆解决了其他锚杆在砂卵石地层中的成锚施工难度大，成本高的缺点，而且中空自钻锚杆在砂卵石地层的承载力和变形和普通锚杆相当。很好的解决了普通锚杆的锚杆施工的一个薄弱区域。

4 结语

土钉、普通锚杆、旋喷锚杆、中空锚杆，这四种土层锚杆，依据应用原理和地质类型，恰当选择，配合使用，可以解决目前所有地层的外锚工程。

参考文献:

[1]崔江余,贺长俊,杨桂芹.旋喷自带钢绞线锚杆现场试验研究[J].岩土工程学报,2009,(31)．

[2]孙廷仁,史增寿.复杂土层锚杆成孔技术[C].第九次全国岩土锚固学术研讨会,2000.

[3]单忠刚.锚杆的种类与选择.[J].煤炭技术,2011,(10)．

[4]黄常波,白建民,刘焱辉,刘欧丁,王强伟.自钻式锚杆在砂卵石地层深基坑施工工法,YJGF292-2006.