预应力锚杆支护技术

预应力锚杆支护技术

一、 原理：

1、悬吊作用，此理论认为将较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较弱岩层稳定性。

2、组合梁作用，此理论认为一方面锚杆的锚固力增加了各岩层的接触压力，避免各岩层见出现离层现象，另一方面增加了岩层的抗剪强度，阻止岩层间的水平错动。

3、组合拱理论、此理论认为在弹性体上安装具有预应力的锚杆，能形成以锚头和紧固端为顶点的锥形压缩区，形成挤压加固拱。

4、最大水平应力理论、此理论认为，矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.5~2.5倍，因此锚杆锚杆起到约束离层和抑制岩层膨胀的作用。

二、 特点：

具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点。锚杆的力学作用主要有 悬吊作用 、 组合作用 、 挤压作用 。

通过锚杆的轴向作用力，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向（或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。

三、 施工流程：

1） 自由段带套管的预应力锚杆施工工艺流程

2）

自由段无套管的预应力锚杆施工工艺流程

预应力锚杆施工程序为：定位、钻孔、杆体制作与安装、注浆（一次常压或者二次高压）、外锚头制作、张拉锁定和外锚头防腐。

预应力锚杆施工工艺主要包括钻孔、杆体制作与安防、注浆机张拉与锁定等。

1、钻孔

钻孔是锚杆施工工艺的主要施工关键，其在施工的过程中主要包括钻机就为、钻孔和清孔三个工序，其在钻孔的过程中一般采用直径为110mm~180mm。

1）钻孔方式

钻孔方式可根据当前岩土类型进行组安定，对钻孔直径、深度和地下水情况进行分析与总结，使用接近锚固工作面的条件、所用的洗孔介质种类以及锚杆种类及要求的钻进速度进行选择。岩层中钻孔一般采用气动冲击钻孔及其相应的配套措施，其配套措施主要有前空冲击器、钻头；土层层中的钻孔一般采用回转式，冲击回转式和回转冲击反循环式钻机；在不稳定的底层一般都采用套管护臂和常用的规球齿形潜孔锤冲击回转钻进机进行钻孔。

2）钻孔作业

锚杆钻孔方式选定之后，在施工的过程中要根据当前的实际情况和工程及地址条件的具体变化及时调整毛管钻孔钻进施工工艺，以确保锚杆施工的顺利进行。

采用回转式旋转钻机是，如果在地下水位以下的钻进，对于土质疏散的粉质粘土、粉细砂及其软粘土等土层的施工中应采用太惯保护孔壁，以避免由于施工过程中施工手段和施工措施不完善带来的施工缺陷和塌孔现象。采用回转的螺旋钻杆时，根据当前不同的图纸需要选用不同的回转速度和扭矩，螺旋钻进时不需用水循环，不适用套管护臂，因此辅助作业时间减少，使得钻进速度增快是当前钻孔作业施工的主要手段和前提方式。

3）清孔

冲击钻机和旋转钻机经常选用气动阀进行细孔，在干燥的岩层中使用效果较好，也可以使用在稍微潮湿的岩层，水洗方法适用于旋转式取芯钻孔机和套管护臂钻孔。在城市密集区和地下洞室内由于气动钻孔冲击的过程中会产生较大的噪音和粉尘，宜采用水洗循环

钻进，但是要注意一定要有晚辈的给排水措施，另外使用水洗是应当慎重，因为在水洗的过程中会降低岩土层的力学性能和结构，影响锚杆锚固体与周围底层的粘结度。

2、杆体制作与安放

1）杆体制作

锚杆的结构形式与种类不同，其杆体材料与制作方式也不相同。杆体材料可以使用高强对的搞公司和钢绞线。精轧螺纹钢筋、中空螺纹钢材以及市场上普通的钢筋等。

（1）钢筋杆体的制作

按照设计的要求长度截取较为平直的钢筋并除油、除锈，若需要结肠，其在是改用的过程中要按照设计的需要行业有关规范进行焊接或者采用专用的连接器。杆体自由端一般采用隔离涂层，夹套管等方法进行施工，对防腐有特殊要求的连接装置更要对锚固段钢筋按照设计严格的进行处理和制作，为确保杆体保护层的厚度，沿杆体轴线方向每隔一段距离应当设置一个中支架，支架高度应当不小于25mm，最后将注浆管、排气管等锚杆杆体绑扎牢固。

（2）钢绞线、高强度钢丝杆体的制作

在钢绞线、高强度杆体的制作过程中制作方法与钢筋杆体的制作方法基本相同，需要注意的是在钢绞线出厂的时候，一般都采用盘式方式进行包装，杆体加工轴线的时候应搭设放线装置，以免盘牛丸去和抽闲困难或者抽伤操作人员。另外锚杆敢提一般都有多股钢线组成，所采用的对中支架常为塑料或者刚才焊接成型的换张隔离架，此外在自由端和锚

固段对每股钢绞线举要按照设计要求进行相应的施工和隔离控制与防腐处理措施。

（3）可重复高压注浆锚杆杆体的制作

可重复高压注浆锚杆杆体制作需要安防可重复注浆套管，并在自由段与锚固段的分解出设置止浆密封装置，二次高压注浆套管一般采用直径较为大的塑料管，管侧壁间的间隔1m左右并设有环形小孔，孔外用橡胶环圈盖住，使二次注浆浆液智能够从关内流向管外。一根小直径的注浆钢管插入注浆套管，注浆钢管前后装有限定注浆区段的密封装置。此外在工程施工中还经常采用简易的二次高压注浆方法锚杆，二次高压珠江将官在管末端及中部按一定的间距揩油换装的小孔，并用橡胶圈密封，注浆管前端连接有小直径钢管以便于与注浆泵的高压胶管相连。二次注浆管与杆体绑扎牢固，与锚杆杆体一并预埋。

2）杆体存储

杆体加工制作完成后，存放要保持平顺，清洁，干燥；并确定保存的过程中杆体在使用之前不被污染、锈蚀存放时间较长的杆体在使用前应当进行相应的检查，如果发现相应的问题及时处理。

3）杆体安放

锚杆杆体安防是当前施工的重点，是将杆体放投入钻孔之前对钻孔情况进行重新检查，并要检查杆体的加工质量，看其是否满足当前施工设计的要求，防腐体系是否完善。在杆体安防的时候，要与钻孔角度保持一致，并保持平直，防止在杆体扭压和弯曲缺陷的发生。杆体插入钻孔内的深度不应小于锚杆长度的98%，杆体安防后不易随意的扰动。

3、注浆

锚杆注浆通常是将水泥浆或者水泥砂浆注入锚杆孔，使其硬化后形成坚硬的灌浆体，将锚杆与周围的底层在一起并保护锚杆预应力筋。注浆的过程中浆液通常选用灰沙比为1:0.5~1:1的水泥浆，不要是可加入一定量的外加剂或者掺加剂。

四、 工程案例：

1、 工程概况 某商务旅游别墅度假区，8幢别墅的后侧边坡由上部2.5m厚的碎石土与下部2.5m厚的砂岩两部分组成，边坡的整体高度约5.1m，坡向2340，坡角880，坡长13.4m。为了对该边坡进行有针对性的治理，在其坡面上测取了典型断面以分析其稳定性，并根据该边坡现场的实际特性，经过分析，边坡破坏的主要形式表现为：平面滑动破坏和整体破坏两种类型，局部已开挖的边坡可能发生楔体破坏。 在该沿层面滑动的8幢别墅外坡侧下有一个车库，即该外坡是该车库的后坡，该坡在车库施工过程中已发生顺层滑动。在此我们只针对对整个加固滑坡体的局部部分即车库的后坡进行详细研究。

2、边坡稳定分析及计算 车库后边坡稳定分析，其稳定分析计算采用“2.2（2）平面滑动的稳定性及锚固力计算”公式： K=(Wcosβtanφ+CL)/Wsinβ 式中：W为沿软弱结构面滑动的岩体重量；β软弱结构面的倾角；φ软弱结构面的内摩擦角；C软弱结构面的黏聚力；L滑动岩体软弱结构面的长度。 边坡稳定分析简图见图5-1。

图5-1 边坡稳定计算简图

计算设计参数见表5-1，计算结果见表5-2。

从稳定系数可以看出，边坡已出现失稳，将直接影响到坡顶8幢别墅和车库的正常使用。为了确保建筑物的安全，对车库后的边坡进行整治，保障其稳定性。

3、 加固方案 由于该边坡的特殊位置与边坡为顺向坡的结构条件，该边坡需要采用预应力锚固技术加固。 首先是地表超载（施工垃圾）移走，对坡面危岩予以撬挖清除。 在边坡设置系统预应力锚筋桩（3Ф32钢筋@2.0m×2.0m、L=12m）进行加固，其锚固

荷载为：450kN/根，并设置Ф60@4.0m×4.0m、L=7m、仰角100的排水孔。

4、 施工大样图及说明 （1）预应力锚杆布置 预应力锚杆在滑动边坡上的布置见图5-2。 （2）锚杆锚具结构 锚杆锚具的结构见图5-3。 （3）预应力锚杆外锚墩结构 预应力锚杆外锚墩结构见图5-4。

5、 工程施工与检测 （1）施工顺序 施工时采用自上而下施工，下皮锚杆需要正在上皮锚杆达到设计强度的80%后方可施工。 （2）施工技术要求 施工中严格遵循设计要求和现行技术规范。现行技术规范有：《预应力地锚设计与施工建议》（FIP1992草案）、《建筑边坡工程技术规范》（中华人民共和国国家标准，GB50330-2002，）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（中华人民共和国国家标准，锚杆喷射混凝土支护技术规范，GB50086-2001，）、《滑坡防止工程设计与施工技术规范》（DZ/T528-2004）、《岩土锚杆（索）技术规程》（中国工程建设标准化协会标准，CECS22:2005）等。 （3）注意事项 加强施工监测，做到信息化施工，并将监测资料及时反馈至设计及监理人；正式施工前必须进行技术交底。