土层锚杆基坑支护技术研究

前言

　　锚杆（索）的研究在近50年取得了突飞猛进的成果。地下工程中锚杆的应用给施工带来了质的飞跃。尤其是一些临时支护中采用锚杆技术更是显示出其优良的工程特点。

　　土体锚杆的应用几乎都是以砂浆灌注粘结式结构为锚固体。这种锚固形式虽然取得了显著成绩，能够广泛适应各种土体结构工程。但其施工的复杂性，尤其是锚固体灌注后的强度等待时间往往严重影响工程进度。而土体的特性恰恰是需要及时的锚固才能很好的满足工程。除此之外，砂浆锚固方式进行城市地下结构施工支护会给城市地下空间造成污染。这两点就大大限制了砂浆锚杆在土层的应用。因此，砂浆锚杆（索）尽管具有很多优点还是在城市地下结构应用较少。

　　土层锚杆中有一种螺旋锚杆技术。这种锚固结构基本上都是以一系列较大截面的旋片作为锚叶在土层中形成阻力。这一技术已经在一些桩锚技术中应用并取得很好的效果。但是，作为广泛应用的锚杆技术还存在一些缺陷需要经过研究，目前在工程中还很少应用。

　　2 土层锚杆技术分析

　　现阶段土层锚杆（索）主要的锚固形式是灌注砂浆将锚固体粘裹和土体形成摩擦阻力。这是目前最为成熟和可靠的方法。砂浆锚杆具有显著的优点就是施工适应性较强。但砂浆锚固技术在工程应用中存在缺陷

　　2.1 砂浆锚杆显著的缺陷

　　（1）砂土体中成孔速度慢――有时候影响工期

　　（2）一些砂土层难以成孔需要采用泥浆护壁成孔工艺――该工艺复杂容易造成场地泥泞

　　（3）锚固体灌浆后需要10天以上的凝固期和锚固围裹土体的失水过程――不能及时支护工程结构体，一些时候严重影响工期

　　2.2 螺旋锚固技术

　　上世纪初期应用的螺旋锚杆是以较大的旋片形成锚叶，通过较大面积的土体内阻力形成锚固。这种锚固方式由于其旋片的大间隔使得其锚固效果稳定性欠佳，一般只用于辅助锚固。

　　3 新型土层可回收自旋锚杆

　　完整结构的自旋锚杆包括：杆体；特制钻头；连接扣；封孔圈；托盘；预紧螺纹和螺母。锚杆的参数需要根据岩土层的性质确定。施工时根据砂土层的具体情况确定采用那些构件。图1是西安地铁2#线TJSG-4标设计的自旋锚杆。

　　土层自旋锚杆无需打孔，利用机械钻具直接将自旋锚杆强力旋进土体中。扭进过程中杆体所占空间的土体被强行挤压向周边分布，使得锚杆体近周围土体形成不均匀挤压区，强化了锚杆的锚固力。在一般砂土层中锚固力可以达到11KN/m以上。在古土壤中一般可以达到25KN/m以上。锚固效果非常理想。

　　4 自旋土钉锚杆工程作用机理

　　4.1 旋柱摩擦锚固力

　　作为锚（anchor）作用机理，人们可以设计较大的旋片，以形成较大面积的阻力。原理如图2.

　　这种锚固方式容易在锚叶处产生屈服。要克服这种缺陷可以加更多的旋片，但过密的旋片容易严重破坏锚固体周围土体，锚固力反而较低。我们课题组采用了较粗杆体的密集小旋片的螺旋锚固方式。这种锚杆的锚固作用是以挤压密实土体产生连续摩擦阻力和旋片产生高表面阻力的双重效果形成综合锚固力。

　　4.2 全长锚固工程作用机理

　　力学上传统的预应力锚索是以强大的预应力抵消土体压力为设计原理的。工程支护中应用到桩锚结构的基坑支护中，这种预应力往往不能克服强大的灌注桩和冠梁形成的结构体系的抗力再对土体施加预应力。

　　自旋锚杆不属于强有力预应力形式。这种锚固形式的力学作用主要是以全程形成锚固力来克服土体本身的力学“松弛”。或者说是锚杆改变了土体系的力学参数而达到了锚杆改善土体系稳定性的目的。这是从本质上改善结构体系稳定性的本质安全型支护方式。

　　5.2 自旋锚杆的工程力学特征

　　自旋锚杆在安装过程中对土体挤压破坏，安装结束后土壤再生形成锚固力。在锚杆安装后的一段时间内，由于土体的结构变形会使得锚杆的锚固力有显著上升。下面是3个测点的锚固力检测值。

　　6 结论

　　土层螺旋锚杆安装过程能挤压密实再生土体结构，较小的锚固体较能获得较高的锚固力。是目前土体锚固速度最快的一种，非常有利于土体地下工程施工。