深基坑土层锚杆施工技术

1、前言

土层锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在土体中，将支护结构和其他结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。

土层锚杆是目前应用广泛的一项挡土技术，在公路、铁路、市政建设边坡加固以及地质灾害滑坡治理中得到大量的应用，特别是用于地下室基坑支护、土方边坡支护、山坡土体加固支护等，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等情况下采用土层锚杆支承支护结构(钢板桩、地下连续墙、灌注桩等)更是简单快捷、成本低廉、安全可靠的施工方法。锚杆技术经过建筑界几十年来的不断改进和革新，已成为现代建筑技术的重要组成部分。现在的土层锚杆技术已能施工长达50m的锚杆，在粘性土中最大锚固力可达1000kN，在非粘性土中可达2500kN。土层锚杆的应用由非粘性土层发展到粘性土层。

我公司通过多年来组织技术力量对传统的锚杆注浆技术进行改进攻关，独创出以水泥砂浆代替传统的水泥浆的注浆技术，收到了很好的经济效益。

2、工法特点

1、现场配制高强度水泥砂浆，用高强度水泥砂浆代替传统的纯水泥浆，用改良的压浆机注浆管将水泥砂浆注入锚杆的锚固段；

2、锚杆的传统施工方法是在成孔后将锚索及注浆管插入锚杆孔后用高压注浆机将制备好的纯水泥浆从注浆管注入到锚杆孔中，水泥浆凝结后利用杆体锚固段将基坑侧壁倾覆拉力传递到地基持力层，达到基坑支护稳定的目的。注浆材料的传统上是采用纯水泥浆，水泥用量大，水泥浆的强度受水灰比的无法达到较高的强度值。

3、本工法的创新要点是将锚杆的注浆分两次进行，第一次注浆采用现场配制好的水泥砂浆进行注浆，既节省了水泥用量，又大大提高了杆体锚固段与地基持力层的摩擦力。第二次注浆采用纯水泥浆。

3、适应范围

土层锚杆的应用范围由非粘性土层发展到现在粘性土层也可使用，这个过程经历了很多工艺上和材料上的变革。土层锚杆广泛适用于深基坑支挡、边坡加固、滑坡整治、水池抗浮、挡墙锚固和结构抗倾覆等工程中的应用，有其良好的经济效益和社会效益。采用水泥砂浆注浆技术更可将锚杆的适应范围扩大到淤泥质土层和砂层地质。 

4、工艺原理

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（水泥砂浆）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。用以维护构筑物的稳定。  

锚杆杆体分为锚固段和非锚固段，其承载能力受拉杆强度、拉杆与锚固体之间的握裹力、锚固体和孔壁之间的摩阻力等因素的影响。其中摩擦力因素是一个非常重要的因素，因此使用水泥砂浆注浆能有效的提高锚杆的承载力。

5、施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程（如下图）

5.2操作要点

5.2.1、深基坑土层锚杆：深基坑施工时，为了确保基坑壁稳定，沿基坑边缘布置倾角约为30○的锚杆，并在每一排锚杆的顶部加设压顶梁，与止水帷幕共同形成一个深基坑的护壁体系。锚杆成孔的机械一般采用地质钻机成孔，成孔后在孔中植入钢绞索，再向孔中注入水泥砂浆或水泥浆。

5.2.2、高强度水泥砂浆：采用42.5R的普通高强度等级的水泥，按如下比例进行配制：

水泥：水：细砂（d<0.5mm）：早强剂=1:0.4:0.3 ：0.035，经过标准养护后的强度可达到M30。

5.2.3土层锚杆的施工过程包括成孔、安放拉杆、灌浆和张拉锁定等工序。 

（1）、成孔：土层锚杆的成孔可采用螺旋式钻孔机、旋转冲击式钻孔机和冲击式钻孔机。应用较多的是压水钻进法成孔工艺。它可把成孔过程中的钻进、出渣、清孔等工序一次完成。当土层无地下水时，亦可用螺旋钻干作业法成孔。 

（2）、安放拉杆：拉杆在使用前要除锈，钢绞线要清除油脂。土层锚杆的全长一般在10m以上，长的达到30m。 

（3）、灌浆：是土层锚杆施工中的一个关键工序。锚杆灌浆用的水泥常用普通硅酸盐水泥，地下水如有腐蚀性，宜用防酸水泥。水灰比多用0.4左右，其流动度要适合泵送，为防止泌水、干缩和降低水灰比，可掺加0.3％的木质素磺酸钙。

采用二次灌浆法施工，用两根灌浆管(直径3／4英寸镀锌铁管)，第一次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端50cm左右，管底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管口。第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端100cm左右，管底出口处亦用黑胶布封位，且从管端50cm处开始向上每隔2m左右作出lm长的花管，花管的孔眼为φ8mm，花管做几段视锚固段长度而定。

第一次灌浆是灌注水泥砂浆，其压力为0.3～0.5MPa，流量约为50L／min。水泥砂浆在上述压力作用下冲出封口的黑胶布流向钻孔。钻孔后曾用清水洗孔，孔内可能残留有部分水和泥浆，但由于灌入的水泥砂浆相对密度较大，能够将残留在孔内的泥浆等置换出来。第一次灌浆量根据孔径和锚固段的长度而定。第一次灌浆后把灌浆管拔出，可以重复使用。

待第一次灌注的浆液初凝后，进行第二次灌浆，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，增加径向压应力。由于挤压作用，使锚固体周围的土受到压缩，孔隙比减小，含水量减少，也提高了土的内摩擦角。因此，二次灌浆法可以显著提高土层锚杆的承载能力。

采用上述方法进行二次灌浆，由于第一次灌入的水泥砂浆已初凝，在钻孔内形成“塞子”，借助这个“塞子”的堵浆作用，就可以提高第二次灌浆的压力。

（4）、张拉和锁定：土层锚杆灌浆后，预应力锚杆还需张拉锁定。张拉锁定作业在锚固体及台座的混凝土强度达设计强度75%以上时进行。 

6、材料与设备

6.1、材料：水泥、细砂、水外加剂、导管、钢绞索、注浆管。

6.2、设备：钻孔机、压浆机、压力计、水准仪、经纬仪、MG-50钻机、XY—l钻机、轻便式螺旋钻机、轻便式全风动潜孔锤钻机

7、质量控制

7.1、设计

7.1.1、土层锚杆的允许拉力与土层好坏关系很大，在硬土层内最大拉力可达1500kN，在一般粘性土或非粘性土中，单锚拉力约为300～600kN， 因此锚杆的锚固层应尽量设置在良好的土层内。设置前，应对地基土的土层构成、土的性质、地下水情况进行详细勘察，不允许将锚固层设置在有机土层或液性指数IL<0.9或液限wL>50％的粘土地基，或相对密度Dr<0.3的松散地层内；

7.1.2、在允许情况下尽量采用群锚，避免用单根锚杆；

7.1.3、锚杆上下排间距不宜小于2.5m；锚杆水平方向间距不宜小于2.0m。 

7.1.4、倾斜锚杆的倾角不应小于13°，并不得大于45°，以15°～35°为宜。

7.2、施工

7.2.1、土层锚杆非锚固段部分，要保证不与周围土体粘结，以便当土滑动时，能够自由伸长，而不影响锚杆的承载能力；

7.2.2、在有腐蚀性介质作用的土层内，锚杆应进行防腐。

7.2.3、锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.0m，锚杆锚固段长度不应小于4.0m。

7.2.4、各个部分的锚杆都不得密接或交叉设置；

7.2.5、锚杆要避开邻近的地下构筑物和管道；

7.3、材料

7.3.1、、水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥。 

7.3.2、不得使用高铝水泥。 

7.3.3、细骨料应选用粒径小于0.5mm的细砂。砂的含泥量按重量计不得大于3%，砂中所含云母、有机质、硫化物及硫酸盐等有害物质的含量，按重量计不宜大于1%。 

7.3.4、混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质，不得使用污水。永久性锚杆不得使用pH值小于4.0的酸性水和硫酸盐含量按SO4计算超过水重1%的水。 

7.3.5、必要时，水泥浆或水泥砂浆中可加入控制泌水或延缓凝结等外加剂，但必须符合产品标准。水泥浆中氯化物的总含量不得超过水泥重量的0.1%。除二次劈裂灌浆和自由段的充填灌浆外，一般不宜采用膨胀剂。

8、安全措施

8.1、施工准备

在土层锚杆正式施工之前，一般需进行下列准备工作：

（1）施工前应认真进行技术交底，施工中应明确分工，统一指挥。

（2）施工前应对各种机械设备进行空载试运转，确认机械全部完好后才能正式开钻。

（3）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。

（4）要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。

（5）要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响。

（6）要编制土层锚杆施工组织设计。

8.2、施工过程应注意的安全要点

（1）施工中定期检查电源线路和设备的电器部件，确保用电安全。

（2）注浆施工作业中要经常检查出料弯头、输料管、注浆管和管路接头等有无磨薄、击穿、松脱等现象。发现问题应及时处理。

（3）处理机械故障时必须使设备断电、停风，向施工设备送风、送电前应先通知有关操作人员。

（4）向锚杆孔注浆时，注浆罐内应留有一定数量的砂浆，以防罐体放空，砂浆喷出伤人。

（5）非操作人员不得进入正在施工的作业区域，施工中喷头和注浆管正前方严禁站人。

（6）施工过程中指定专人加强观察，定期检查锚杆的抗拔力，确保安全。

（7）做好锚杆的保护工作，锚杆安设后不得随意敲击、碰撞、拉拔干体等扰动，粘结干体的水泥砂浆的强度要达到80%以上后，才能进行锚杆外部弯折施工。

9、环保措施

（1）锚杆钻孔施工时应采取有效措施减少扬尘和噪音。

（2）锚杆压浆应控制好水泥砂浆或水泥浆的粘稠度、水灰比等技术指标，以减少浆液的无效损耗和流失。

（3）有条件的情况下，第一次注浆管应尽可能回收重复使用。

10、效益分析

通过与常规的注浆方式相比较，采用水泥砂浆注浆施工的土层锚杆能承受的抗拔力更高，水泥使用量降低。抗拔力增加值为10%，水泥使用降低量为15%，节约施工总成本约为10%。