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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第1页共54页锚杆（索）及土钉拉拔试验知识讲义上海汇谷岩土工程技术有限公司2013-4-2一、基本介绍锚杆支护、土钉支护是近年发展起来用于土体开挖和边坡稳定的挡土技术，由于经济可靠且施工快速简便，在国内外都得到了迅速的推广和应用。1.锚杆锚杆，英文“AnchorBar”，是当代煤矿当中巷道支护最基本的组成部分，1912年由德国谢列兹矿最先采用，它将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身得到支护。现在锚杆不仅用于矿山，也用于其它工程技术中，对边坡、隧道、坝体进行主动加固，是将拉力传递到稳定岩层或土体中的锚固体系。它通常包括杆体（由钢绞线、钢筋、特制钢管等筋材组成）、注浆体、锚具、套管和可能的连接器。当采用钢绞线或高强钢丝束作杆体材料时，可称锚索。（锚杆杆体）（锚索照片，伸出部分为无粘结钢绞线）-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第2页共54页无粘结钢绞线介绍2.组成锚杆必须具备的几个要素1）有抗拉强度高于岩土体的杆体；2）杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结）阻力；3）杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段。自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。根据上述定义，给出了锚杆的基本结构，下图为某类型锚杆构造示意：-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第3页共54页3.锚杆作用机理1）锚杆是岩土体加固的杆件体系结构；2）通过锚杆杆体纵向拉力作用，克服岩土体抗拉能力远低于抗压能力的缺点；3）限制岩土体脱离原体，增加岩土体的粘聚性，从力学观点上看主要是提高了围岩体的粘聚力C和内摩擦角Φ。4）锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体，其中的锚杆是解决围岩体抗拉能力低的关键，从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。4.锚杆设计4.1锚杆可根据滑动面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。4.2锚杆设计时，验算内容主要包括：①锚杆杆体截面面积；②锚杆锚固体与岩土层的锚固长度；③锚杆杆体与锚固砂浆间的锚固长度；④土体或者岩体的强度验算。4.3锚杆设计时，应考虑如下参数：1）锚杆种类（高强度螺纹钢锚杆，普通圆钢锚杆，其它锚杆）2）锚杆直径3）锚杆长度-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第4页共54页4）锚杆密度（即锚杆间、排距）5）锚固方式（端部锚固，部分锚固，加长锚固，全长锚固），锚固剂规格与数量6）锚杆钻孔直径7）锚杆角度8）组合构件的规格和尺寸9）锚索种类10）锚索直径11）锚索孔直径与锚固方式，锚固剂规格与数量12）锚索长度13）锚索密度，即锚索间、排距14）锚索组合构件规格和尺寸15）锚索角度下图为锚杆设计布置示意（当间距过小时，应使用不同倾角或不同长度的锚杆）5.锚杆施工5.1锚杆施工流程施工流程：锚杆孔位放线定位→锚杆钻孔施工→锚杆制作安装→锚杆注浆→腰梁施工→锚杆注浆体养护→锚索张拉与锁定5.2锚杆施工要求-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第5页共54页（1）锚杆钻孔a.钻孔前，必须调查清楚场地的地层，地下障碍物及邻近建筑物，根据设计要求定出孔位，作出标记。b.锚杆定位时，其水平方向和垂直方向孔距误差均不应大于100mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm，钻孔轴线的偏斜率不应大于锚杆长度的2%，钻孔孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度500mm。c.锚杆杆体安放时应防止扭压、弯曲，杆体放入角度应与钻孔角度一致。d.钻机工作面要严格按照设计要求提供，不能超挖或欠挖，保证工作面平整。锚杆施工现场照片YGL-100全液压履带式钻机（2）锚杆注浆a.注浆材料宜选用灰砂比1：0.5~1：1的水泥砂浆或水灰比0.45~0.50的纯水泥砂浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料。b.浆液配比及注浆压力等参数，可通过现场试验取得。c.注浆在孔口冒浆或排气管停止排气时方可停止注浆。d.注浆前应检查注浆泵，保证正常运转，管路畅通。e.注浆压力宜控制在0.3MPa左右。f.注浆浆液应搅均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完。g.作好注浆记录，掌握每根锚杆的注浆情况。h.注浆完成后，应立即将注浆管、压浆泵、搅拌机等设备用清水洗净。（3）钢梁架设a.按设计要求确定钢梁材质、规格。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第6页共54页b.钢梁与锚孔位置一致，保证锚头与锚垫板垂直。c.钢梁与喷浆层应紧密接触。（4）锚杆张拉a.锚杆张拉前，应保证锚头台座的承压面平整，并与锚杆轴线方向垂直。b.张拉前应对张拉设备进行标定。c.注浆体和台座混凝土强度达到设计要求时方可张拉，锚索按设计预应力值锁定，超张拉力应根据现场试验确定，持荷时间应不小于设计要求。6.土钉土钉，英文“SoilNail”，是用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采取土中钻孔置入变形钢筋，即带肋钢筋，并沿孔全长注浆的方法做成土钉。依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力在土体发生变形的条件下被动受力并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管角钢等作为钉体，采用直接击入的方法置入土中。土钉埋设示意图（直坡、斜坡）6.1土钉墙的发展国外：上世纪70年代，德国、法国最先使用。我国：1）1980年开始山西柳湾煤矿边坡稳定2）上世纪80年代北京工业大学插筋补强3）上世纪90年代初在北京国家体委办公楼等试点4）1991年以后陆续使用5）目前比较成熟，支护深度可达到21m6.2土钉的适用土层及可行性评价1）土钉支护适用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第7页共54页2）当存在地下水时，地下水应低于土坡开挖段，否则应进行降水处理。当用于粘结力很差或处于软塑状态的土体，应首先进行预注浆加固处理。3）对标贯击数小于10的砂土边坡，采用土钉法一般不经济。对不均匀系数小于2的级配不良的砂土，不能采用土钉支护；对塑性指数IP＞20的土，必须详细评价其蠕变特性，当蠕变性很小时，才能将土钉用作永久性支护。土钉不适应在腐蚀性土中作为永久性支护。4）软土地区基坑开挖深度不宜大于6m，其它地层中基坑直立开挖深度不宜大于13m，可放坡时基坑开挖深度不宜大于18m。6.3土钉支护的应用范围土钉支护的应用范围很广，主要有：1）土体开挖时的临时支护；2）永久挡土结构；3）现有挡土结构和支护的修理、改建和抢险加固等。6.4土钉支护的优点1）材料用量和工程量少，施工速度快；2）施工设备轻便、操作方法简单；3）对场地土层的适用性较强；4）结构轻巧、柔性大、有良好的抗震性能和延性；5）若合理利用则安全可靠，信息化施工程度高；6）经济，一般土钉支护比灌注桩可节约造价1/3～2/3。6.5土钉支护的缺点和局限性1）需要较大的地下空间；2）土钉支护的变形较大，土钉属柔性支护，其变形大于预应力锚撑支护；3）对基坑变形要求严格时，不宜采用土钉支护；4）土钉不适宜在软土及松散砂土地层中应用；5）土钉支护如果作为永久性结构，需要专门考虑锈蚀等耐久性问题。6.6土钉的工作机理1）挡墙的被动制约机制：防止土体坍塌破坏的传统方法是用挡土结构支护法，依靠挡土结构自身强度、刚度、支撑条件及嵌入深度形成抗力维持稳定，其作用是利用外部支挡形成的抗力被动地支挡要下滑破坏的边坡土体。-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------上海汇谷岩土工程技术有限公司第8页共54页2）土钉墙是在土体内设置一定长度与分布密度的钢筋，与土体共同工作，以弥补土体自身强度的不足，增强土坡坡体自身的稳定性，属于主动制约支挡体系。3）试验表明，采用土钉后的边坡比天然土坡的承载力提高一倍以上。采用土钉支护后边坡的变形发展阶段有：弹性变形阶段、塑性变形阶段、渐进变形阶段和破坏阶段。而天然边坡则没有渐进变形开裂阶段，而由塑性变形进入破坏阶段，其失稳形式为突发性滑塌。6.7土钉墙的作用机理1）复合土体作用：土钉与土共同作用，共同承担外荷载和土体自重应力，形成了强度较高的复合土体。由于土钉有较高的抗弯、抗剪、抗拉强度，当土体变形进入塑性变形阶段后，应力逐渐向土钉转移，这样就减少了土体中的应力集中，避免了塑性区的进一步扩大，提高了土体的承载力。2）类重力墙的作用：由于土钉数量众多，间距较小，土钉与土的共同作用使之形成了类重力式复合土体挡墙，以抵抗土体侧压力，保持土体稳定。3）土拱作用：受土钉约束，邻近土钉的土体变形较小，离土钉较远的土体变形较大，土钉与钉间土形成了土拱作用，保持钉间土的稳定。6.8土钉支护的结构参数主要如下1）长度比L/H，L为土钉长度，H为支护高度或土体挖深；2）粘结比D×L/A，D为孔径，A为每一土钉名义上承担的土体竖向面积，即为水平间距和竖向间距的乘积；3）强度比d2/A，d为土钉钢筋直径，如果土钉和钉孔为非圆断面，则以钢材面积相等来确定等效d，并以粘结面积相等来确定等效D；4）性能比δ/H，δ为支护土体向外移动的最大水平位移，发生在支护面层顶端上。6.8土钉