土層錨桿基坑支護技術研究

前言

　　錨桿（索）的研究在近50年取得了突飛猛進的成果。地下工程中錨桿的應用給施工帶來了質的飛躍。尤其是一些臨時支護中采用錨桿技術更是顯示出其優良的工程特點。

　　土體錨桿的應用幾乎都是以砂漿灌注粘結式結構為錨固體。這種錨固形式雖然取得了顯著成績，能夠廣泛適應各種土體結構工程。但其施工的復雜性，尤其是錨固體灌注后的強度等待時間往往嚴重影響工程進度。而土體的特性恰恰是需要及時的錨固才能很好的滿足工程。除此之外，砂漿錨固方式進行城市地下結構施工支護會給城市地下空間造成污染。這兩點就大大限制了砂漿錨桿在土層的應用。因此，砂漿錨桿（索）盡管具有很多優點還是在城市地下結構應用較少。

　　土層錨桿中有一種螺旋錨桿技術。這種錨固結構基本上都是以一系列較大截面的旋片作為錨葉在土層中形成阻力。這一技術已經在一些樁錨技術中應用并取得很好的效果。但是，作為廣泛應用的錨桿技術還存在一些缺陷需要經過研究，目前在工程中還很少應用。

　　2 土層錨桿技術分析

　　現階段土層錨桿（索）主要的錨固形式是灌注砂漿將錨固體粘裹和土體形成摩擦阻力。這是目前最為成熟和可靠的方法。砂漿錨桿具有顯著的優點就是施工適應性較強。但砂漿錨固技術在工程應用中存在缺陷

　　2.1 砂漿錨桿顯著的缺陷

　　（1）砂土體中成孔速度慢――有時候影響工期

　　（2）一些砂土層難以成孔需要采用泥漿護壁成孔工藝――該工藝復雜容易造成場地泥濘

　　（3）錨固體灌漿后需要10天以上的凝固期和錨固圍裹土體的失水過程――不能及時支護工程結構體，一些時候嚴重影響工期

　　2.2 螺旋錨固技術

　　上世紀初期應用的螺旋錨桿是以較大的旋片形成錨葉，通過較大面積的土體內阻力形成錨固。這種錨固方式由于其旋片的大間隔使得其錨固效果穩定性欠佳，一般只用于輔助錨固。

　　3 新型土層可回收自旋錨桿

　　完整結構的自旋錨桿包括：桿體；特制鉆頭；連接扣；封孔圈；托盤；預緊螺紋和螺母。錨桿的參數需要根據巖土層的性質確定。施工時根據砂土層的具體情況確定采用那些構件。圖1是西安地鐵2#線TJSG-4標設計的自旋錨桿。

　　土層自旋錨桿無需打孔，利用機械鉆具直接將自旋錨桿強力旋進土體中。扭進過程中桿體所占空間的土體被強行擠壓向周邊分布，使得錨桿體近周圍土體形成不均勻擠壓區，強化了錨桿的錨固力。在一般砂土層中錨固力可以達到11KN/m以上。在古土壤中一般可以達到25KN/m以上。錨固效果非常理想。

　　4 自旋土釘錨桿工程作用機理

　　4.1 旋柱摩擦錨固力

　　作為錨（anchor）作用機理，人們可以設計較大的旋片，以形成較大面積的阻力。原理如圖2.

　　這種錨固方式容易在錨葉處產生屈服。要克服這種缺陷可以加更多的旋片，但過密的旋片容易嚴重破壞錨固體周圍土體，錨固力反而較低。我們課題組采用了較粗桿體的密集小旋片的螺旋錨固方式。這種錨桿的錨固作用是以擠壓密實土體產生連續摩擦阻力和旋片產生高表面阻力的雙重效果形成綜合錨固力。

　　4.2 全長錨固工程作用機理

　　力學上傳統的預應力錨索是以強大的預應力抵消土體壓力為設計原理的。工程支護中應用到樁錨結構的基坑支護中，這種預應力往往不能克服強大的灌注樁和冠梁形成的結構體系的抗力再對土體施加預應力。

　　自旋錨桿不屬于強有力預應力形式。這種錨固形式的力學作用主要是以全程形成錨固力來克服土體本身的力學“松弛”。或者說是錨桿改變了土體系的力學參數而達到了錨桿改善土體系穩定性的目的。這是從本質上改善結構體系穩定性的本質安全型支護方式。

　　5.2 自旋錨桿的工程力學特征

　　自旋錨桿在安裝過程中對土體擠壓破壞，安裝結束后土壤再生形成錨固力。在錨桿安裝后的一段時間內，由于土體的結構變形會使得錨桿的錨固力有顯著上升。下面是3個測點的錨固力檢測值。

　　6 結論

　　土層螺旋錨桿安裝過程能擠壓密實再生土體結構，較小的錨固體較能獲得較高的錨固力。是目前土體錨固速度最快的一種，非常有利于土體地下工程施工。