囊式扩体锚杆与普通锚杆对比分析

引言

　　随着中国城镇化建设的快速发展和城市建设用地的日益稀缺，近年来，地下空间建设正在向更深、更大的方向发展。大量的巨型地下交通枢纽、港口船闸、多层地下商城、地下仓库和车库、地下水库和地下人防工程在大中型城市中不断涌现。伴随而来的深大基坑支护工程和地下空间抗浮工程正面临新的挑战，同时也为岩土锚固技术发展带来了新的机遇。传统的锚杆技术曾经是解决这些问题的重要措施，其锚固力主要是通过锚固段与土体摩阻力提供，锚固力的发展是从上部向下部逐渐发展的。研究表明，锚固段长度超过一定长度后，其锚固力增加到一定程度，上部锚固段易超过摩阻力极限至剪切破坏或滑脱，从而将剩下的锚固力转移到下一段的锚固段中，但总的锚固力无法增长。这种传统型拉力锚杆，容易产生蠕变，变形较大，且水泥结石体容易开裂，使筋材锈蚀。

　　为了提高土层锚杆的承载能力、安全度和耐久性，应对地质条件的复杂性和工程需求的多样性，自20世纪70年代，出现了以机械扩孔、爆破扩孔和水力扩孔为技术基础的各类扩体锚杆技术。扩体型锚杆以其承载力高、变形量小、经济高效等优点，逐渐成为国内外工程界广泛关注的锚杆类型之一。

　　1 锚杆锚固原理

　　囊式扩体锚杆的基本结构是由无粘结线材构成的自由段和带有囊式膨胀挤护体的端承锚固段组成，其各组成部分见图1。

　　在将装配式扩体锚索置人钻孔中的预设位置后，通过预设的分离式注浆管，向装配式挤扩体内注人一定配比的水泥桨液；随着浆体的注人，钻孔内的囊式膨胀挤扩体逐渐向预设的形状膨胀，同时，囊体周围土体和浆液逐渐被压密；伴随膨胀压力的提高，土体挤密区范围不断扩大，最终预估挤密区的影响范围可以达到囊体膨胀后直径的两倍范围。在经过挤密后，根据土体的密度-有效应力-抗剪强度的对应原则，囊体周围土体的强度提高，从而在膨胀水泥浆挤扩体的端承效应下，大大提高单根锚杆的极限承载力。传统锚杆依靠锚固段与周围土体的粘结力和摩擦效应来传递荷载，所以锚固力的大小取决于有效锚固段的长度，是拉力型锚杆；而承压型囊式扩体锚杆主要依靠膨胀挤扩体的端压作用承载，锚固力的大小主要取决于膨胀挤扩体的端头面积，所以膨胀挤护体的长度只需满足能够对土体有效挤密的要求即可，锚固段的长度可以缩短，是压力型锚杆。

　　2 经济性分析

　　本文以南京某项目C北地块待建建筑为例，分析普通锚杆和囊式扩体锚杆在工程应用方面的经济性。

　　2.1 工程概况

　　该项目C地块主要建筑为4栋高层及1栋多层，均设有地下室，场地北部约42m范围为一层地下室，场地南部为二层地下室，多层及无上部建筑的地下室部分因上部荷载小于地下水浮力，需做抗浮设计处理。

　　场地、地形：工程场区地形自然标高约在37.66～54.29m左右。地下水情况：场地地下水常年最高设计水位为地表下0.5m，年变化幅度为1m。

　　根据地勘报告知道土层分布分别为①1层杂填土、①2层素填土、③2层粉质粘土、③3层黏土、④层含卵砾石粉质黏土、⑤1层全风化凝灰质安山岩、⑤2A层强风化凝灰质安山岩、⑤3A层中风化凝灰质安山岩（破碎），该场地比较适合采用锚杆进行抗浮，下面就普通锚杆和囊式扩体锚杆进行比选，其余灌注桩类由于经济性较差，不在讨论范围内。

　　2.2 承载力计算及经济性分析

　　根据场地的地层情况，分别计算普通锚杆、囊式扩体锚杆的每10KN承载力，并进行经济性对比。

　　由于场地北侧持力层较浅，南侧持力层较深，本分析报告以场地中部的FK62勘探孔的地层为参考依据，该勘探孔位置为二层地下室，根据建筑师提供的建筑图纸，地下室顶板标高为-11.15m， 板厚为500mm，则底板底标高为-11.65m，相当于绝对标高33.35m。

　　按囊式扩体锚杆持力层入5-3A层或5-3层考虑，则锚杆长可选择为9m，按此桩长分别计算普通锚杆、囊式扩体锚杆的单桩承载力，进而分析其造价。

　　两种锚杆承载力计算结果与经济性分析见表1，2（由于篇幅所限承载力计算过程略）

　　（表2单价按建设方成本部提供）

　　3.综上述实例分析，囊式扩体锚杆较普通锚杆相比，造价能节省10%以上，由于本工程场地对普通锚杆来说几乎没有自由段，而如果场地条件没有这么理想时，普通锚杆的自由段长度将会更长，价格优势还会扩大。囊式扩体锚杆相较于普通锚杆在技术性、高效性、耐久性、性价比上、环保性具有巨大优势。