试论河道整治工程中螺纹管状自进式锚杆的应用

邹宇航 郭 松 戴敏敏 周棒棒 武 争

(金陵科技学院建筑工程学院土木系，江苏 南京 211169)

1 概述

目前，沿河岸坡的支护方案基本上以喷锚支护方案为主，该设计方案内容主要是由“土钉锚杆+钢筋网”组成，该方案中锚杆(土钉墙)部分采用成孔后铺设钢筋，再进行注浆，待锚杆注浆体达到设计强度后铺设钢筋网。土钉锚杆的主要施工流程为：成孔→清孔→下锚→注浆→安装锚固。在大量的工程操作中，该工艺因清孔不彻底将对下道注浆工序造成较大影响。由于河道不透水层面积较大，土壤含水率较高，土质差异性较大等现状导致锚杆注浆不饱和强度下降等问题，从而影响土钉锚杆的稳定性、耐久性。喷锚支护在该工程中占主要工作量且作为永久工程部分，如何有效的解决目前土钉锚杆存在的弊病，寻找安全性、经济性、耐久性较好的土钉锚杆显得尤为重要。

2 螺纹管状自进式锚杆支护设计

2.1 螺纹管状自进式锚杆简介

螺纹管状自进式锚杆是一种中空设计新型锚杆，材料上采用厚壁无缝钢管制作，外形上具有连续螺纹形状，构造上能做到任意接管加长和截断减短，这种自进式锚杆主要由中空杆体、垫板、螺母、联连套筒和钻头构成。相比传统的土钉锚杆，螺纹管状自进式锚杆具有明显优势：一次成孔后利用杆体本身进行注浆；省去了传统锚杆制作中清孔作业，彻底解决了锚杆清孔不彻底带来的问题；螺纹状的外观可以实现灌浆的整体包裹，提高锚杆与土体间摩擦力；管状结构同比实心钢筋具有更高的抗剪能力；锚固能力大、重量轻、防腐性能也特别好、施工工艺简易，能够有效地提高整个施工速度和施工质量。

该工艺通过在锚杆里进行注浆操作,有效地提高了锚杆的密实度,使锚杆变得更加持久耐用;同时高效的注浆可以有效填充边坡岩石上的裂隙,实现构件和土层，岩石结构的有效结合，加固了岩土机能的稳定性和强度。同时施工中高效的注浆将对锚杆的强度起到极大的增益效果。

2.2 螺纹管状自进式锚杆构造

自进式锚杆由球形螺母、拱形垫板、止浆塞、锚杆体、联接套、钻头等六部分组成。钻头具较强穿透力，为耐磨合金钢铸成，为便于施工设浆液出孔。钻头根据不同工况使用选择也不相同。有“一”字型、“十”字型、“圆锥”型等多种型式，可根据岩土层的情况选择不同的型式，锚杆具有连续的波形螺纹，降低了钻孔作业中成孔难度。自身螺纹状也提高了锚杆在岩土中的整体稳定效果。与光滑杆体相比增加了锚杆体与注浆材料的粘结面积，从而提高了锚固力。高强度的螺母，垫板将深层危岩应力均匀传递到周围岩壁上，达到危岩和锚杆相结合，互为支护的左右。由于锚杆整体在应用中将承受巨大拉力，构件也主要由具备高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀性能的合金钢材料制作，见图1。

3 螺纹管状自进式锚杆施工工艺

3.1 施工工艺流程

施工准备→设备就位→安装自进式锚杆→开始钻进→锚杆到位→撤掉钻机→接通注浆→注浆达到设计要求→暗洞开挖→下一循环。

3.2 钻进工艺

在成孔机具设备方面可选择有螺旋式钻孔机、旋转冲击式钻孔机或YQ-100型潜水钻机，在成孔作业中，设置钻孔深度(mm)+250，并准确调整钻孔倾斜度保持(%)±4；为了保证锚杆铺置密度和整体构件有效利用，可设置钻孔间距(mm)±50；可以采用自进式锚杆中的GM32型来替换掉原有的长型锚杆[1]，土层锚杆的锚固段长度不应小于4 m，且不宜大于10 m；锚杆的锚固段长度不应小于3.5 m，且不宜大于50d和7 m；用普通凿岩机钻孔并清孔，检查孔内是否有堵塞状况，检查完毕后，卸除连接套，可留设锚杆长度10 cm～20 cm，以便后续施工。

施工过程中要保证钻孔和锚杆通畅，并时刻关注钻孔水流状态，如发现水孔堵塞情况，应立即将锚杆撤出500 mm，并且反复清理水孔，确保水孔通畅再继续钻孔作业。同时注意钻机之间保持间距，避免出现意外坍陷等事故。

3.3 注浆工艺

注浆作业前一定要保证注浆管和其配件设备的齐全，检查设备是否安全正常运作。一系列参数也要根据现场实际情况做出最优选择。注浆水泥宜采用硅酸盐水泥，水泥水灰质量比宜为0.45，强度等级M20。做到注浆饱满，注浆压力宜大于2 MPa。开动机器注浆,通过快速注浆接头将锚杆尾端和所选注浆机连接；如需要进行压力浆改良围岩结构,只需待压力表上指针升至设计压力时即可。

注浆过程中保证管口出来的砂浆均匀并且连续不间断，整个过程中时刻注意压力表是否达到要求，或看到止浆塞边缘溢出砂浆，即可停止注浆。整个过程保证有序不间断，做到一次性完成注浆[2]。每当一段锚杆完成时迅速将注浆软管和锚杆接口分开，将其清理干净之后准备进行下一段锚杆制作。如果因停注时间过长导致锚杆堵塞，可用清理前一根锚杆灰浆来解决。在浆体未凝固时，切忌敲打碰撞或其他荷载。整个过程要求施工人员注意力高度集中，配合默契，做到流程有序连贯，减少人为失误对工程的不利影响。

4 自进式锚杆优势分析

4.1 螺纹管状自进式锚杆自身优势评价

与传统锚杆相比，螺纹管状自进式锚杆的优势也十分明显。锚杆管状中空设计，实现了注浆的功能，避免了传统施工工艺注浆管拔出时造成的砂浆流失，与此同时安装方便，不需现场加工螺纹，直接安装垫板、螺母，这一定程度上减少了消耗，在施工中更便捷高效；锚杆体的居中性好，砂浆填充饱满，保证了杆体自身强度的同时，大大提高锚杆自身抗腐蚀能力,达到永久支护的效果。采用向上排气锚头，彻底解决了水平线以上中空锚杆排气问题，是目前国内唯一能彻底解决传统锚固诸多弊端的锚固体系。

4.2 螺纹管状自进式锚杆方案经济评价

以B型喷锚支护(锚杆长度3 m)为例，采用传统锚杆和自进式锚杆两种工艺对成本及工期影响进行比较。工艺成本主要由人工成本，锚杆制作成本和注浆成本组成，而锚杆制作费包括杆材，垫板和螺母等构件费用。传统锚杆和自进式锚杆成本比较见表1。

工期成本主要包括制作工期，成桩工期和灌注工期。两种锚杆工期效益对比见表2。

表1 成本效益对比表 元

表2 工期效益对比表 h

按投标价计算2.98 kg/m×3 m×24 000元/t=214.56元/根，低于先市场价格的平均水平257.83，经过效益分析和比较，单位工程节约成本17%。工期成本上节约时间50%以上，真正达到了事半功倍的效果。

5 结语

河岸支护工程与国民生活息息相关，也在对土建行业专家和施工人员的技术水平提出挑战。采用螺纹管状自进式锚杆彻底可以解决普通锚杆在施工中清孔不彻底问题，也有效规避了其施工工艺较为繁琐和不能永久性支护等带来的一系列的问题，大大提高锚杆自身抗腐蚀能力,达到永久支护的效果。与此同时该方案经济效益显著，经过测算，单位工程节约成本17%。节约工期50%以上。社会效益方面该方案基本采用现场装配方案进行施工，同传统的土钉锚杆施工工艺相比，更环保、更生态、更永久。河岸支护工程事关重大，螺纹管状自进式锚杆将会成为未来河岸支护更有效，更持久，更稳定的支护方案。