土層錨桿是一種承拉桿件(圖1)。它的一端和擋土樁、擋土牆或工程構築物聯結,另一端錨固在土層中,用以維持構築物及所支護的土層的穩定。土層錨桿能簡化基礎結構,使結構輕巧、受力合理,並有少占場地、縮短工期、降低造價等優點。可以用作深挖基坑坑壁的臨時支護,也可以作為工程構築物的永久性基礎。在房屋基坑的擋土結構上使用,可以有效地阻止周圍土層坍塌、位移和沉降。在基坑坑壁無法採用橫向支護情況下,土層錨桿技術更為有效。

  20世紀60年代以來,土層錨桿技術發展迅速,應用廣泛(圖2)。中國70年代以來在北京地下鐵道工程,中國國際信托投資公司大廈等工程上使用。(見彩圖)

北京國際信托公司大樓工地,土層錨桿護坡施工現場

  分類 錨桿按不同的使用要求,可分為臨時性錨桿和永久性錨桿。按施工方式不同,可分為鉆孔灌漿錨桿和鉆入式錨桿;按錨桿受力情況的不同,分為摩擦承載錨桿、支壓承載錨桿和復合承載錨桿;按灌漿漿液劃分,又可分為水泥漿、凝膠漿等化學漿錨桿和樹脂錨桿。

  土層錨桿施工 作為基坑支護用的錨桿是在做完基坑圍護結構的鋼筋混凝土樁、灌註樁或地下連續墻以後,配合基坑開挖進程,當挖到錨桿設計深度時,向土層內部進行錨桿施工。錨桿施工的程序是在土層中成孔、插入錨桿、灌漿、張拉錨固。

  成孔 為瞭確保從開鉆起到灌漿完成全過程保持成孔形狀,不發生塌孔事故,應根據地質條件、設計要求、現場情況等,選擇合適的成孔方法和相應的鉆孔機具。成孔機械有三大類:①沖擊式鉆機。靠氣動沖鑿成孔,適用於砂卵石、礫石地層。②旋轉式鉆機。靠鉆具旋轉切削鉆進成孔。有地下水時,可用泥漿護壁或加套管成孔;無地下水則可用螺旋鉆桿直接排土成孔。旋轉式鉆機可用於各種地層,是用得較多的鉆機,但鉆進速度較慢。③旋轉沖擊式鉆機。兼有旋轉切削和沖擊粉碎的優點,效率高,速度快,配上各種鉆具套管等裝置,適用於各種硬軟土層。針對不同的土層,可選用翼型、十字型、管型、螺旋型或牙輪鉆頭。為加強錨桿的承載力,在成孔的錨固段應該進行局部擴孔,辦法有機械擴孔、射水擴孔和爆炸擴孔。

  插入錨桿 錨桿是土層錨桿受拉力的關鍵部件。采用強度高、延伸率大、疲勞強度高、穩定性好的材料,如高強鋼絲、鋼絞線、螺紋鋼筋或厚壁無縫鋼管。為防止土壤對錨桿的腐蝕作用,錨桿應進行防腐處理,或用抗腐蝕的特殊鋼制作錨桿。

  灌漿 桿插到孔內預定位置後,即可灌漿。灌漿是使錨桿和漿液、漿夜和土層緊密結合成一體,從而抗拒拉力的最重要工序。灌漿方法有:①普通灌漿。將灌漿管插到孔底,用壓力把漿液自孔底向外擠出,直至灌滿錨固段為止。②加壓灌漿。在錨固段和非錨固段之間加設止漿塞,然後以一定的壓力向錨固段灌註漿液,並使漿液受壓凝固。③重復灌漿。用一種特殊的雙層套管附著在錨桿上,進行多次重復灌漿。④內胎加壓灌漿。成孔後插入灌漿管及內胎,然後從孔底向外灌漿,使孔壁和內胎間充滿漿液。在初凝前,向內胎註水加壓,漿液被迫向孔壁四周排擠密實,穩壓至漿液完全凝固為止。然後將內胎的水排放,抽出內胎,再插入錨桿二次灌漿。漿液根據不同的土層設計選用。目前用得最多的是水泥漿(水灰比為0.4~0.5)和水泥砂漿(灰砂比為1:1~1:0.5)。此外,還有凝膠漿、樹脂漿等。

  張拉錨固 待土層內錨固段的漿液達到要求強度後,錨桿即可張拉錨固。事前,每個現場選兩根或總根數的2%進行抗拉拔試驗,確定對錨桿施加張拉力的數值。錨桿的張拉錨固和後張法預應力鋼筋混凝土的張拉類似,其設備主要是千斤頂。錨具采用抗拉拔試驗合格的螺帽或楔形錨具。錨固後對土層內錨桿的非錨固段進行二次灌漿。