8.1土层锚杆

五、土层锚杆的构造
土层锚杆一般由锚头、锚头垫座、钻孔、防护套管、拉 杆（钢索）、锚固体、锚底板等组成。与支护结构共同形成 拉锚体系。
土层锚杆的构造
1. 土层锚杆的组成 土层锚杆是由锚头﹑钢拉杆（钢索）、塑料套管、定位分割 器和水泥砂浆组成。 2. 锚杆的锚头、钢材及附件 锚杆的钢材分粗钢筋、钢管及钢绞线，通称钢索，一般要求 材料强度高。 沿钢索全长分自由段和锚固段。 自由段的钢索塑料套管保证张拉时自由伸长；锚固段内要求 灌浆或压力灌浆密实，与钢索有足够的握裹力。
圆柱形锚杆
端部扩大头锚杆
连续球形锚杆
六、土层锚杆的设计规定
1、锚杆自由段长度不宜小于5m,并应超过潜在滑裂面1.5m 2、锚杆锚固段长度不宜小于4m
3、锚杆下料长度应为自由段、锚固段及外露长度之和
4、锚杆上下排垂直间距不宜小于2m,水平间距不宜小于 1.5m 5、锚杆锚固体上覆土厚度不宜小于4m,
3. 灌浆方法
灌浆方法有一次灌浆法和二次灌浆法两种
一次灌浆法即用一根灌浆管，利用泥浆泵进行灌浆， 灌浆管端距孔底20cm左右，待浆液流出孔口时，用湿粘 土封堵孔口，严密捣实，再以2～4MPa的压力进行补灌。 二次灌浆法一般采用双管，第一次灌浆用灌浆管的 管端距离锚杆末端50cm左右，灌注水泥砂浆，其压力为 0.3～0.5MPa，流量为100L／min。第二次灌浆用灌浆管 的管端距离锚杆末端100cm左右，控制压力为2MPa左右， 要稳压2min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的 接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，二次灌浆法由于 挤压作用圈 承载板 混凝土墙
钢筋锚杆头装置
土层锚杆的类型
土层锚杆的锚固体可有圆柱型、扩大圆柱型或圆锥形扩大类三 种基本类型。 圆柱体类型锚杆由圆柱形注浆体和钢筋或钢索构成。 扩大圆柱型锚杆经注入压力浆液而形成，适用于粘性土或无粘 性土。 圆锥形扩大型是采用特殊的扩孔装置在孔长度方向扩1个或数个 括孔圆柱体。粘性土和砂土均适用。
第五节 土锚与土钉支护
主要内容
第一节 第二节 土层锚杆构造与设计 土层锚杆施工
第三节 土钉支护施工
教学要求
1. 掌握土层锚杆的类型及特点;
2. 熟悉土层锚杆的构造要求;
3. 熟悉土层锚杆的一般设计规定;
4. 了解土层锚杆的施工准备工作;
5. 掌握土层锚杆的施工工艺流程及要点;
6. 掌握土钉支护的概念与特点；
7. 熟悉土钉支护的构造及施工工艺；
8. 掌握土钉与土锚的区别；
一、土层锚杆的发展与应用
土层锚杆（亦称土锚）是一种新型的受拉杆件， 它是在岩石锚杆的基础上发展起来的，1958年原联 邦德国在深基坑开挖中首次运用。土层锚杆技术近 三十年来得到迅猛的发展，目前它已成为现代建筑 技术的重要组成部分。随着我国工程建设的不断发 展，土层锚杆在高层建筑深基坑施工中的应用日渐 增多，取得了较好的效果。尤其是当深基坑邻近已 有建筑物和构筑物、交通干线或地下管线时，深基 坑难以放坡开挖，或基坑宽度较大、较深，对支护 结构采用内支撑的方法不经济或不可能，在这种情 况下采用土层锚杆支承支护结构，维护深基坑的稳 定，对简化支撑、改善施工条件和加快施工进度能 起很大的作用。
一、施工准备工作
（1）土层锚杆施工必须清楚施工地区的土层分布和各土层的物 理力学特性（天然重度、含水量、孔隙比、渗透系数、压缩模量、 凝聚力、内摩擦角等）。这对于确定土层锚杆的布置和选择钻孔方 法等都十分重要。还需了解地下水位及其随时间的变化情况，以及 地下水中化学物质的成分和含量，以便研究对土层锚杆腐蚀的可能 性和应采取的防腐措施。 （2）查明土层锚杆施工地区的地下管线、构筑物等的位置和情 况，慎重研究土层锚杆施工对它们产生的影响。 （3）研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响，如土层锚杆的 长度超出建筑红线、还应得到有关部门和单位的批准或许可。 （4）编制土层锚杆施工组织设计，确定土层锚杆的施工顺序， 保证供水、排水和动力的需要，制订钻孔机械的进场、正常使用和 保养维修制度，安排好施工进度和劳动组织；在施工之前还应安排 设计单位进行技术交底，以全面了解设计的意图。
式刀具缓缓张开刮土,在孔眼内长度方向扩1个或几个扩孔圆柱体，然后 注浆形成的锚杆。在粘性土和砂土中都适用，可以达到较高的拉拢力。
三、土层锚杆支护结构的设计与分析
土层锚杆所以能锚固在土层中作为一种受拉杆件,主 要是由于锚杆在土层中具有一定的抗拔力。当锚固段锚 杆受力,首先通过拉杆与周边水泥砂浆握裹力传到砂浆中, 然后通过砂浆传到周围土体。传递过程中随着荷载增加， 拉杆与水泥砂浆粘结力逐渐发展到锚杆的下端，待锚固 段内发挥最大粘结力时，就发生与土体的相对位移，随 即发生土与锚杆的摩阻力，直到极限摩阻力。
图 锚杆联结挡土桩、墙并锚固于土中的示意图
图
钢筋锚杆 锚头装置
图
多根钢束锚 杆锚头装置
图 钢绞线及钢丝索锚夹具示意
图 定位分隔器
图
腰
梁
图 锚固体的基本类型
土层锚杆（索）的结构与分类 1. 锚杆（索）的结构 锚（索）杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层 的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。
抗拔试验表明，拉力小时锚杆位移量极小，拉力增 大，位移增大，当拉力达到一定时，位移不稳定，甚至 不加力时位移仍不停止，此时可认为锚杆已经进入破坏 阶段。
四、土层锚杆的特点
1、土层锚杆系统位于坑外,基坑挖土方便。 2、可施加预应力，对挡墙位移有一定控制作用。 3、基坑周边地层需有足够空间，以利锚杆施工。 4、适用范围广。 5、首层土锚要有一定的覆土厚度，以保证一定的抗拔力， 不能直接布于浅层。 6、无坑内立柱与支撑，地下结构施工方便，还可省却拆 撑、换撑等工序。
(四)、张拉与锚固
土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80％设计强度
以上，便可对锚杆进行张拉和锚固。张拉前先在支护
结构上安装围檩。张拉用设备与预应力结构张拉所用
者相同。 若钢拉杆为变形钢筋，其端部加焊一螺丝端杆， 用螺母锚固。若钢拉杆为光圆钢筋，可直接在其端部 攻丝，用螺母锚固。如用精轧钢纹钢筋，可直接用螺
锚杆结构示意图 1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔 离层；7-钢筋；8-注浆体；Lf-自由段长度；La-锚固段长度
单体锚杆组成
单体锚索组成
单体锚索组成
单体锚索组成
单体锚索组成
锚索结构示意图 1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-自由隔离层； 6-钻孔；7-对中支架；8-隔离架；9-钢绞线；10-架线环； 11-注浆体；12-到向槽；Lf-自由段长度；La-锚固段长度
6、锚杆倾角宜为150～250 ,且不应大于450
7、沿锚杆轴线方向每隔1.5～2m宜设置一个定位支架 8、锚杆锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆,强度等级不宜 低于M10
土层锚杆施工
土层锚杆一端与支护结构相连，另一端锚固于土 体中，将支护结构荷载通过拉杆传递到周围稳定的土 层中去，常被用作为临时拉锚，但它在永久性工程中 也得到了广泛的应用。用于基坑支护的土层锚杆可与 钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等支护墙体联合使 用，在我国已经有不少的成功经验。工程实践证明， 土层锚杆的锚固力较大，在粘土层中可达1000KN，在 非粘土层中可达2500KN，被支护结构深度可达40m， 且施工方便，造价较低。但它在有机质土、液限大于 50%的粘土及相对密度小于0.3的砂土层中不宜采用, 周围有障碍物时无法施工。
母锚固。张拉粗钢筋用一般单作用千斤顶。
钢拉杆为钢丝束，锚具多为镦头锚，亦用单作用 千斤顶张拉。
第六节 土钉支护在基坑工程中的应用
（一）锚 头:锚头的作用是将拉杆与支护结构连接起来，
使墙体所受荷载可靠的传到拉杆上去。有如下几种形式
粗钢筋锚头 钢铰线锚头
钢铰 线定 位分 隔器
（二）拉 杆:拉杆的作用是将锚杆头部的荷载传给锚固
体。全长分为自由段和锚固段两部分。
（三）锚固体:锚固体是锚杆尾部的锚固部分。通过锚
固体与土体之间的磨擦力作用，将力传至地层。
二、土层锚杆的构造和工作特性
1.普通锚杆:如图(a)所示,由钻机钻孔,埋入拉杆后孔内注水泥浆或水
泥砂浆形成的圆柱体。适用于拉力不高的临时性土层锚杆。
2.扩大头锚杆:如图(b)所示,由旋转式或回转式钻机成孔后,注入压力
灌浆液,在土层中形成扩大头的圆柱体,适用于抗拔力要求较大工程。
3.齿形锚杆:如图(c)所示，采用特制扩孔机械,通过中心杆压力将扩张
土层锚杆 土层锚杆简称土锚杆。
是在深基础土壁未开挖的土层内钻孔，达到一 定深度后，在孔内放入钢筋、钢管、钢丝束、 钢绞线等材料，灌入泥浆或化学浆液，使其与 土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。 锚杆端部与护壁桩联结，防止土壁坍塌或滑坡。 由于坑内不设支撑，所以施工条件较好。
一、 土 层 锚 杆 的 应 用
二、工程实例
1.上海商城采用钢板桩加1层锚杆,挖深为7m。 2.北京新世纪大厦采用灌注桩加1层锚杆,开挖深度达12m。 3.北京王府井宾馆采用地下连续墙加4层锚杆,挖深达14m。 4.北京京城大厦采用H型钢加3层锚杆，开挖深度达24m。
三、施工工艺流程
钻 ( 扩 ) 孔 安 放 拉 杆 灌 养 安 装 锚 头 张 拉 锚 固 下 层 挖 土
(二)、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。当承载能力较小时，多用粗钢筋；承载能力较 大时，多用钢绞线。 拉杆使用前要除锈。成孔后即可将制作好的通长、 中间无节点的钢拉杆插入管尖的锥形孔内。为将拉杆安 置于钻孔的中心，防止非锚固段产生过大的挠度和插入 孔时不搅动孔壁，和保证拉杆有足够厚度的水泥浆保护 层，通常在拉杆表面上设置定位器（见图）。定位器的 间距，在锚固段为2m左右，在非锚固段多为4～5m。在 灌浆前将钻管口封闭，接上压浆管，即可进行注浆，浇 注锚固体。
2. 施工要点
（1）孔壁要求平直，以便安放钢拉杆和灌注水泥浆。 （2）孔壁不得坍陷和松动，否则影响钢拉杆安放和土层锚杆 的承载能力。 （3）钻孔时不得使用膨润土循环泥浆护壁，以免在孔壁上形 成泥皮，降低锚固体与土壁间的摩阻力。 （4）土层锚杆的钻孔多数有一定的倾角，因此孔壁的稳定性 较差。 （5）由于土层锚杆的长细比很大，孔洞很长，保证钻孔的准 确方向和直线性较困难，容易偏斜和弯曲。 （6）土层锚杆的水平误差不得大于25cm，标高误差不得大于 10cm。 （7）扩孔的方法通常有四种：机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩 孔和压浆扩孔。

台座 台座 支护结构 锚固体 拉杆 锚具
锚具
支护结构 端部扩大体
承压板
锚固体
圆柱型
承压板
扩大圆柱型
土层锚杆施工顺序
土层锚杆的构造及类型
锚杆由锚头、锚 筋和锚固体三部 分组成。 锚头是锚杆体的 外露部分。 锚固体通常位于 钻孔的深部。 锚头与锚固体间 一般还有一段自 由段。 锚筋是锚杆的主 要部分。贯穿锚 杆全长。
浆
护
(一)、钻（扩）孔
土层锚杆的钻孔工艺，直接影响土层锚杆的承载能力、 施工效率和整个支护工程的成本。钻孔的费用一般占成本 的30％以上，有时甚至超过50％。钻孔时注意尽量不要扰 动土体，尽量减少土的液化，要减少原来应力场的变化， 尽量不使自重应力释放。
1. 成孔设备
土层锚杆的成孔设备，国外一般采用履带行走全液压 万能钻孔机，孔径范围50～320mm，具有体积小，使用方 便，适应多种土层，成孔效率高等优点。国内使用的有螺 旋式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔机。在黄土 地区亦可采用洛阳铲形成锚杆孔穴，孔径70～80mm。
(三)、压力灌浆 1. 灌浆作用 ① 形成锚固段，将锚杆锚固在土层中；
② ③ 防止钢拉杆腐蚀； 充填土层中的孔隙和裂缝。
2. 材料要求
① 灌浆的浆液为水泥砂浆（细砂）或水泥浆。水泥一 般不宜用高铝水泥，由于氯化物会引起钢拉杆腐蚀，因此其 含量不应超过水泥重的0.1％。我国多用普通硅酸盐水泥； ② 拌合水泥浆或水泥砂浆所用的水，一般应避免采用 含高浓度氯化物的水，因为它会加速钢拉杆的腐蚀； ③ 一般常用的水灰比为0.4～0.45。以便用压力泵将其 顺利注入钻孔和钢拉杆周围。