基坑工程锚杆索设计与施工技术.docx

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基坑工程锚杆索设计与施工技术

基坑工程锚杆索设计与施工技术

1一般规定

1.1当采用锚固方案或包含有锚固措施时，应充分考虑锚杆的特性、锚杆与被锚固结构体系的稳定性、以及经济性与施工可行性。

1.2锚杆（索）主要分为拉力型、压力型、荷载分散型（拉力分散型与压力分散型）等。

1.3锚杆设计使用年限应与所服务的基坑工程设计使用年限相同，其防腐等级应达到相应的要求。

1.4锚杆的锚固段不应设置在未经处理的下列岩土层中：

1有机质土，淤泥质土；

2液限wL大于50%的土层；

3相对密实度Dr小于0.3的土层。

1.5下列情况宜采用预应力锚杆：

1基坑变形控制要求严格时；

2基坑侧壁在施工期稳定性很差时（宜与排桩联合使用）；

3深度较大的基坑采用锚杆支护时；

4高度较大且存在外倾软弱结构面的岩质基坑采用锚杆支护时。

1.6下列情况锚杆（索）应进行基本试验，并应符合附录C的规定：

1采用新工艺、新材料或新技术的锚杆（索）；

2无锚固工程经验的岩土层内的锚杆（索）；

3重要性等级为一级基坑工程的锚杆（索）。

1.7锚杆（索）的型式应根据锚杆（索）锚固段所处部位的岩土层类型、工程特征、锚杆（索）承载力大小、锚杆（索）材料和长度、施工工艺等条件综合考虑，可按附录D选择。

2设计计算

2.1锚杆（索）轴向拉力标准值应按式（2.1-1）计算：

（2.1-1）

（2.1-2）

式中：

Nak——锚杆所受轴向拉力标准值（kN）；

（锚杆轴向拉力标准值Nak为在一般工况条件下，考虑边坡稳定系数的边坡抗滑稳定性计算；亦可按静力平衡法或等值梁法计算的支挡结构支点力求得。

条文说明）

Htk——锚杆所受水平拉力标准值（kN）；

Na——相应于作用基本组合下，锚杆所受轴向拉力设计值（kN）；

——锚杆倾角（°）；

——荷载分项系数，取1.0。

2.2锚杆（索）钢筋截面面积应满足式（2.2-1）和（2.2-2）的要求：

普通钢筋锚杆：

（2.2-1）

预应力锚索锚杆：

（2.2-2）

式中：

As——锚杆钢筋或预应力锚索截面面积（m2）；

fy，fpy——普通钢筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）；

Kb——锚杆杆体抗拉安全系数，按表2.2取值。

表2.2锚杆杆体抗拉安全系数

基坑工程安全等级

最小安全系数

临时性锚杆

永久性锚杆

一级

1.8

2.2

二级

1.6

2.0

三级

1.4

1.8

2.3锚杆（索）锚固体与岩土层间的长度应满足式（2.3）的要求：

（2.3）

式中：

K——锚杆锚固体抗拔安全系数，按表2.3-1取值；

la——锚杆锚固段长度（m），尚应满足4.1条要求；

frbki——第i层岩土层锚固段范围内岩土层与锚固体极限粘结强度标准值（kPa），应通过试验确定，当无试验资料时可按表2.3-2和表2.3-3取值；

D——锚杆锚固段钻孔直径（mm）。

表2.3-1岩土锚杆锚固体抗拔安全系数

基坑工程安全等级

最小安全系数

临时性锚杆

永久性锚杆

一级

2.0

2.5

二级

1.8

2.3

三级

1.6

2.1

表2.3-2岩石与锚固体极限粘结强度标准值

岩石类别

值（kPa）

极软岩

270~360

软岩

360~760

较软岩

760~1200

较硬岩

1200~1800

坚硬岩

1800~2600

注：

1表中数据适用于注浆强度等级为M30；

2表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验；

3岩体结构面发育时，取表中下限值；

4表中岩石类别根据天然单轴抗压强度fr划分：

fr＜5MPa为极软岩，5MPa≤fr＜15MPa为软岩，15MPa≤fr＜30MPa为较软岩，30MPa≤fr＜60MPa为较硬岩，fr≥60MPa为坚硬岩。

表2.3-3土体与锚固体极限粘结强度标准值

土层种类

土的状态

值（kPa）

粘性土

坚硬

硬塑可塑

软塑

65~100

50~65

40~50

20~40

砂土

松散稍密中密

密实

60~100

100~140

140~200

200~280

碎石土

稍密中密

密实

120~180

160~220

220~300

注：

1表中数据适用于注浆强度等级为M30；

2表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验。

2.4锚杆（索）杆体与锚固砂浆间的锚固长度应满足式（2.4）要求：

（2.4）

式中：

la——锚筋与砂浆间的锚固长度（m）；

d——锚筋直径（m）；

n——杆体（钢筋、钢绞线）根数（根）；

fb——钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa），应由试验确定，当缺乏试验资料时可按表2.4取值。

表2.4钢筋、钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值fb

锚杆类型

水泥浆或水泥砂浆强度等级

M25

M30

M35

水泥砂浆与螺纹钢筋间

2.10

2.40

2.70

水泥砂浆与钢绞线、高强钢丝间

2.75

2.95

3.40

注：

1当采用二根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.85折减系数；

2当采用三根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.7折减系数；

3成束钢筋的根数不应超过三根，钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20%。

当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚筋用量。

2.5锚杆（索）的弹性变形和水平刚度系数应由锚杆试验确定。

当无试验资料时，自由段无粘结的岩石锚杆水平刚度系数

及自由段无粘结的土层锚杆水平刚度系数

可按式（2.5-1）和（2.5-2）进行估算：

（2.5-1）

（2.5-2）

式中：

——自由段无粘结的岩石锚杆水平刚度系数（kN/m）；

——自由段无粘结的土层锚杆水平刚度系数（kN/m）；

——锚杆无粘结自由段长度（m）；

——锚杆锚固段长度，特指锚杆杆体与锚固体粘结的长度（m）；

——杆体弹性模量（kN/m2）；

——注浆体弹性模量（kN/m2）；

——锚固体组合弹性模量，

；

——杆体截面面积（m2）；

——锚固体截面面积（m2）；

——锚杆倾角（°）。

2.6预应力岩石锚杆和全粘结岩石锚杆可按刚性拉杆考虑。

3原材料

3.1锚杆（索）原材料性能应符合国家现行有关产品标准的规定，并应满足设计要求，方便施工，且材料之间不应产生不良影响。

3.2锚杆（索）杆体可使用普通钢材、精轧螺纹钢、钢绞线（包括无粘结钢绞线）和高强钢丝，其材料尺寸和力学性能应符合附录的要求；不宜采用镀锌钢材。

3.3灌浆材料性能应符合下列规定：

1水泥宜使用普通硅酸盐水泥，需要时可采用抗硫酸盐水泥；

2砂的含泥量按重量计不得大于3％，砂中云母、有机物、硫化物和硫酸盐等有害物质的含量按重量计不得大于1％；

3水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水；

4外加剂的品种和掺量应由试验确定；

5浆体配制的灰砂比宜为0.80~1.50，水灰比宜为0.38~0.50；

6浆体材料28d的无侧限抗压强度，不应低于25MPa。

3.4锚具应符合下列规定：

1预应力筋用锚具、夹具和连接器的性能均应符合国家现行标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370的规定；

2预应力锚具的锚固效率至少应能发挥预应力杆体极限抗拉力的95％以上，达到实测极限拉力时的总应变应小于2%；

3锚具应具有补偿张拉和松驰的功能，需要时可采用可以调节拉力的锚头；

4锚具罩应采用钢材或塑料材料制作加工，需完全罩住锚杆头和预应力筋的尾端，与支承面的接缝应为水密性接缝。

3.5套管材料和波纹管应符合下列规定：

1具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏；

2具有抗水性和化学稳定性；

3与水泥浆、水泥砂浆或防腐油脂接触无不良反应。

3.6防腐材料应符合下列规定：

1在锚杆设计使用年限内，保持其防腐性能和耐久性；

2在规定的工作温度内或张拉过程中不得开裂、变脆或成为流体；

3应具有化学稳定性和防水性，不得与相邻材料发生不良反应；不得对锚杆自由段的变形产生限制和不良影响。

3.7导向帽、隔离架（对中支架）应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。

4构造设计

4.1锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚头的长度之和，并应符合下列规定：

1锚杆自由段长度应为外锚头到潜在滑裂面的长度；预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面1.5m；

2锚杆锚固段长度应按式（2.3）、（2.4）进行计算，并取其中大值。

同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，并不宜大于10m；岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，并不宜大于45D和6.5m，或55D和8m（对预应力锚索）；

3位于软质岩中的预应力锚索，可根据地区经验确定最大锚固长度；

4当计算锚固段长度超过构造要求长度时，应采取改善锚固段岩土体质量、压力灌浆、扩大锚固段直径、采用荷载分散型锚杆等，提高锚杆承载能力。

4.2锚杆的钻孔直径应符合下列规定：

1钻孔内的锚筋面积不超过钻孔面积的20％；

2钻孔内锚筋保护层厚度不小于25mm（永久锚杆）或15mm（临时锚杆）。

4.3锚杆的倾角宜采用10°~35°。

锚杆的设置应避免对相邻构筑物的基础产生不利影响。

4.4锚杆隔离架（对中支架）应沿锚杆轴线方向每隔1~3m设置一个，对土层应取小值，对岩层可取大值。

4.5预应力锚杆传力结构应符合下列规定：

1预应力锚杆传力结构应由足够的强度、刚度、韧性和耐久性；

2软土基坑宜采用钢筋混凝土腰梁、格构梁；

3传力结构与坡面的结合部位应做好防排水设计及防腐措施；

4承压板及过渡管宜由钢板和钢管制成，过渡管钢管壁厚不宜小于5mm。

4.6当锚固段岩体破碎、渗（失）水量大时，应对岩体作灌浆加固处理。

4.7永久性锚杆的防腐蚀处理应符合下列规定：

1非预应力锚杆的自由段位于岩土层中时，可采用除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹二层进行防腐蚀处理；

2对采用钢绞线、精轧螺纹钢制作的预应力锚杆（索），其自由段可按本条1款进行防腐蚀处理后装入套管中；自由段套管两端100mm~200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；

3对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段，水泥（砂）浆保护层厚度应不小于25mm；对位于腐蚀性岩土层内的锚固段，应采取特殊防腐蚀处理，且水泥（砂）浆保护层厚度不应小于50mm；

4经过防腐蚀处理后，非预应力锚杆的自由段外端应埋入钢筋混凝土构件内50mm以上；对预应力锚杆，其锚头的锚具经除锈、涂防腐漆三度后应采用钢筋网罩、现浇混凝土封闭，且混凝土强度等级不应低于C30，厚度不应小于100mm，混凝土保护层厚度不应小于50mm。

4.8临时性锚杆的防腐蚀可采取下列处理措施：

1非预应力锚杆的自由段，可采用除锈后刷沥青防锈漆处理；

2预应力锚杆的自由段，可采用除锈后刷沥青防锈漆或加套管处理；

3外锚头可采用外涂防腐材料或外包混凝土处理。

5施工

5.1锚杆施工前应作好下列准备工作：

1应掌握锚杆施工区建（构）筑物基础、地下管线等情况；

2应判断锚杆施工对临近建筑物和地下管线的不良影响，并制定相应预防措施；

3编制符合锚杆设计要求的施工组织设计；并应检验锚杆的制作工艺和张拉锁定方法与设备；确定锚杆注浆工艺并标定张拉设备；

4应检查原材料的品种、质量和规格型号，以及相应的检验报告。

5.2锚孔施工应符合下列规定：

1锚孔定位偏差不宜大于20mm；

2锚孔偏斜度不应大于2％；

3钻孔深度超过锚杆设计长度应不小于0.5m。

5.3钻孔机械应考虑钻孔通过的岩土类型、成孔条件、锚固类型、锚杆长度、施工现场环境、地形条件、经济性和施工速度等因素进行选择。

在不稳定地层中或地层受扰动导致水土流失会危及邻近建筑物或公用设施的稳定时应采用套管护壁钻孔或干钻。

5.4锚杆的灌浆应符合下列要求：

1灌浆前应清孔，排放孔内积水；

2注浆管宜与锚杆同时放入孔内；向水平孔或下倾孔内注浆时，注浆管出浆口应插入距孔底100~300mm处，浆液自下而上连续灌注；向上倾斜的钻孔内注浆时，应在孔口设置密封装置；

3孔口溢出浆液或排气管停止排气并满足注浆要求时，可停止注浆；

4根据工程条件和设计要求确定灌浆方法和压力，确保钻孔灌浆饱满和浆体密实；

5浆体强度检验用试块的数量每30根锚杆不应少于一组，每组试块应不少于6个。

5.5预应力锚杆锚头承压板及其安装应符合下列要求：

1承压板应安装平整、牢固，承压面应与锚孔轴线垂直；

2承压板底部的混凝土应填充密实，并满足局部抗压强度要求。

5.6预应力锚杆的张拉与锁定应符合下列规定：

1锚杆张拉宜在锚固体强度大于20MPa并达到设计强度的80％后进行；

2锚杆张拉顺序应避免相近锚杆相互影响；

3锚杆张拉控制应力不宜超过0.65倍钢筋或钢绞线的强度标准值；

4锚杆进行正式张拉之前，应取0.10~0.20锚杆轴向拉力标准值，对锚杆预张拉1~2次，使其各部位的接触紧密和杆体完全平直；

5宜进行锚杆轴向拉力标准值1.05~1.10倍的超张拉，预应力保留值应满足设计要求；对地层及被锚固结构位移控制要求较高的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定拉力）值宜为锚杆轴向拉力标准值。

对容许地层及被锚固结构产生一定变形的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定荷载）值宜为锚杆轴向拉力标准值的0.75~0.90倍。