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1、研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科 目： 现代施工技术 教 师： 姚 刚 姓 名： 冯 昊 学 号： 20151602011t 专 业： 土木工程 类 别： 学 术 上课时间： 2015 年 10 月至 2015 年 11 月 考 生 成 绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语： 阅卷教师 (签名) 土层锚杆技术及其应用冯 昊（重庆大学土木工程学院)【摘要】：本文介绍土层锚杆技术的发展过程、分类、锚杆的工作机理和分析方法，以及对锚杆体系的试验的研究成果。阐明了土层锚杆在实际运用中的设计计算要点。简要讲解了常见土层锚杆的施工过程及工艺要点，以及土层锚杆施工过程中常见的质量通病与预
2、防措施【关键词】 土层锚杆 施工技术 工作机理Soil anchor technology and its applicationFeng Hao(Social Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China)Abstract:This article introduced the development process, classification, anchor working mechanism and analysis method of the anchor technology,and the re
3、search results of the anchor system.The main design points of the soil anchor in the practical application have been clarified. To discuss the key points of construction technology in the construction process of the common soil anchor.and the common defect of the quality of the anchor,and also the m
4、easures to take precautions against it .Key words: Soil anchor Construction technology Working mechanism0 概述 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。锚固支护结构的土层锚杆通常由锚头、锚头垫座、支护结构、钻孔、防护套管、拉索、锚固体、锚底板等部分组成，其长度通常需要考虑锚固长度、非锚固长度、锚固段长度等因素1 土层锚杆的发展 上个世纪
5、五十年代以前，锚杆技术只是作为施工过程的一种临时性措施，五十年代中期，在国外的隧道工程中开始广泛采用小型永久性灌浆锚杆和喷射混凝土代替以往的隧道衬砌结构。六十年代以来，锚杆技术的迅速发展，不仅在临时性建筑物基础开挖中使用，在修造永久性建筑物时也较为广泛地应用。与此同时，可供锚固的地层不仅限于岩石，而且也有了在软岩、风化层以及砂卵石、软粘土等土层中进行锚固的经验。1969年在墨西哥召开的第七届国际土力学和基础工程会议上，曾把土层锚杆技术作为一个专门的问题来讨论。七十年代以后，召开的多次地区性国际会议上，均有涉及有关锚杆技术的经验与研究介绍。当前锚杆技术的试验和理论研究仍在不断发展之中。八十年代以
6、来，瑞典、德国、美国、英国、日本等国家分别研制了多种不同类型的锚杆施工工具和灌浆工艺，各国还各自制定了锚杆设计和施工的技术规程。锚杆技术在经济建设中正起着越来越重要的作用。土层锚杆在交通、水利、建筑、电力、市政、采矿等领域有着广泛的应用。在上述各领域中，土层锚杆常用于深基础、边坡稳定和结构抗倾覆。 土层锚杆技术有许多优点，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。2 土
7、层锚杆的研究现状 从上个世纪50年代，我国从前苏联引进了锚杆技术至今，锚杆技术从研究到应用有了迅猛的发展，并逐渐形成了适合我国地质的技术特点。特别是20世纪80年代后，把锚杆、喷射混凝土支护和现场监控测量、信息反馈技术相结合，采用及时支护、分期施工全环封闭等一整套发挥围岩自承能力的设计原则，已经成功的应用于地质复杂的地下工程中。如高地应力、软岩大变形巷道地层控制工程（金川矿）、开拓于半胶结的泥页岩中并受采矿动压影响的煤矿巷道工程，覆盖岩层厚度仅10m的Q3黄土质泥土的隧洞工程（军都山隧洞）。这些有代表性的锚固工程的建成，标志着我国岩土锚固技术尤其是在软岩中的锚固技术得到了实质性的突破发展。目前
8、，在施工方法上我国还是以水泥注浆的锚杆为主，虽然此类锚杆的成本较低，但就其应用的性价比而言，仍然不及树脂锚杆，其在发达国家的矿山工程和地下工程中已大量使用。对于树脂锚杆的研究和应用，我国与国外还有一定的差距。 二十一世纪以来，土层锚杆研究比较活跃的话题比较多，主要是围绕工程及设计中的一些疑点展开的。主要有以下三个方面：土层锚杆的加固机理和计算理论的研究，又分为一下两个方面：a、锚固体系失稳破坏形式和力学模型的研究；b、软土地及中锚杆支护体系稳定性的研究。中国水利水电科学研究院提出了应用塑性力学上限解对用锚索、锚桩加固的边坡稳定性分析方法，武汉岩土研究所用有限单元法计算分析了预应力长锚索单体加固
9、机理进行了大量深入的研究。锚固体系试验研究，主要有锚固体系和预应力锚固的变形、试验。监测和控制研究。武汉岩土研究所通过大吨位试验分析了预应力长锚索单体加固机理。对灌浆工艺、降水方案等施工工艺的研究。3 土层锚杆的分类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： 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：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p；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
10、，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：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，它们之问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。4 锚杆的适用条件土层锚杆按锚固段构造形式不同可分为: 圆柱型
11、锚杆、端部扩大头型锚杆、连续球体型锚杆3 类。（1）圆柱型锚杆: 采用钻机成孔, 常压灌浆形成锚固体, 其施工简单, 适用于承载力要求较低的非粘性土, 硬粘性土等密度较大而含水量小的土层。（2）端部扩大头型锚杆: 钻孔端头采用爆扩孔或机械扩孔, 其施工工艺较为复杂, 但承载力较高, 适用于一般粘性土土层。（3）连续球体型锚杆: 采用二次高压注浆工艺在锚固段形成多个连续扩头体, 使之与周围土体有更高的嵌固强度, 此类锚杆适用有较高承载力要求的饱和软粘土土层。按使用期限可分为临时性锚杆和永久性锚杆2类。作为永久性锚杆应避免锚固段设置在未经处理的下列土层中: 有机质土层。因为有机质土会引起锚固体腐蚀
12、破坏; 液限W L50%的高塑性土层。土层的高塑性会引起明显蠕变, 从而导致锚固力的损失或丧失; 相对密度Dr 0.3 的松散地层。此类地层单位面积上的摩阻力极低, 难以达到工程所需的锚固力。5 锚杆的锚固机理 锚杆是依靠一端稳固的锚固于深层稳定土体来提供承载力的，锚固机理指的是锚固段的抗力构成和内力传递。对于粘结式锚杆和端头锚固式锚杆有不同的锚固机理。锚杆的受力简图如图1、2 所示。 应用最为普遍的是粘结式锚杆。对于预应力锚杆，其荷载的传递机理是：当外加荷载在注浆体与锚杆之间产生相互作用力时，此作用力由注浆体传递给围岩，锚固的关键是杆体与注浆体、注浆体与围岩之间力传递的可靠性。对于非预应力锚
13、杆而言，尤其是在软岩和破碎岩石中的锚杆，通常把注浆体和杆体看成一个单元，其荷载传递机理则是：外荷载使围岩与锚固体之间产生相对位移，因此产生的相互作用力作为锚固力。粘结式锚杆的受力简图如图1 所示。 对于端头锚固式锚杆，以螺旋锚为例。螺旋锚主要由锚片、锚杆和锚头组成。在施工中，螺旋锚需要外力矩作用下才能扭入土体。在拉拔荷载作用下，叶片与岩体之间产生用来维持锚固体平衡的正压力。此锚杆不需要注浆，旋入土体的锚片相当于锚定板，在外力作用下表面产生被动土压力，作为与外力平衡的内力。其受力如图2 所示。 目前，对岩体和土体中的锚杆工作机理有各种不同的观点，先介绍常见的集中观点。6 锚杆的工作原理6.1 摩
14、擦作用 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。一个灌浆锚杆的砂浆锚固段，当锚固段受力时，锚杆所受的拉力首先通过锚固周边的握裹力传递到砂浆中，然后再通过锚固段钻孔周边的地层摩擦力而传递到锚固地层中。因此，锚杆除了本身截面积需要承受拉力外，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的条件下必须能保持整体的稳定。 试验和
15、实践证明：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。 锚固段与周围土体的摩阻力。它直接影响承载力的大小。研究的手段主要有试验、数值模拟和解析解，下面着重对试验解和数值解进行讨论。 通过试验可知，锚固力的增加与锚固长度的增加不成正比，随着锚固段长度的增加，锚固力的增加变缓。锚杆长度有个经济长度，过长则对增加承载力没有贡献。在锚杆受力后，锚固段与围岩间产生剪应力。这个剪应力的峰值与锚杆承载力的峰值不是同时出现。当承载力较小时，剪应力已经达到峰值，此时锚杆的位移较小。当锚杆的承载力达到峰值时，锚杆的位移较大。锚固段与围岩间
