摘要：随着我国城镇化建设速度的加快，土地资源需求日益紧缩，为了充分利用土地使用面积，建筑基础向地下纵深发展，于是进入深基坑作业施工。但在深基坑开挖和护坡工程中，土层边坡的支护作为深基坑施工的关键问题，它不仅会影响周围建筑物和行人、车辆行驶等安全，而且还会危及施工作业人员的生命。为此，在开挖基坑时，为稳定土层边坡采取土层锚杆技术。本文在介绍锚杆构造及设计知识的基础上通过实例对土层锚杆施工工艺进行探析。
1引言
土层锚杆是一种受拉杆件，它是一端与支护结构连接，另一端锚杆在土体中，将支护结构和其它结构所承受的荷载通过拉杆传递到处于稳定土层中的描固体上，再四描固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。土层锚杆不仅用于临时支护结构，而且在永久性建筑工程中也得到广泛的应用，是基坑支护工程的一种重要形式。土层锚杆施工的前提需要了解土层锚杆的构造，在此基础上根据具体工程情况及相关因素进行土层锚杆设计，一个准确、完整的土层锚杆设计才能促使土层锚杆施工的顺利进行。
笔者于2008年至2010年在漳平市粮食直属储备库南洋中心库区工程中就应用了土层锚杆施工技术，为工程质量打下坚实基础。
2土层锚杆基本构造
锚固支护结构的土层锚杆通常由锚头、锚头垫座、支护结构、钻孔、防护套管、拉索、锚固体、锚底板等部分组成，其长度通常需要考虑锚固长度、非锚固长度、锚固段长度等因素。根据其构造一般分为一般灌浆锚杆、高压灌浆锚杆、预应力锚杆、拉孔锚杆能类。另外，还有重复灌浆锚杆、可回收锚筋锚杆等类型。
3锚杆设计
锚杆设计一般分为以下几个步骤：一是分析必要因子。一般需考虑锚杆使用的所限、锚固体横截面积及长度、锚杆钢筋级别及大小、水泥砂浆强度等方面的要素。二是锚杆的布置是一个重要过程，需要考虑锚杆层数、锚杆间距、锚杆倾角等因素。三是锚杆围护结构的安全确定是一个必要过程，一般按照相关土层锚杆设计与施工规范进行操作。四是锚杆长度的确定。锚杆长度由锚固长度、非锚固长度、锚固段长度组成，在其构造中已作阐述。五是锚杆杆件计算一般包括钢绞线、粗钢筋这两方面的计算。最后，安全性是一个工程设计施工的重要环节，锚杆设计的安全性通过锚杆围护的稳定性来检验，一般情况下要进行锚杆围护结构整体稳定性检验和深部破裂面稳定性检验两种。
4土层钻杆施工
4.1钻孔
(1)钻孔机械选择。土层锚杆钻孔用的钻孔机械，按工作原理分，有旋转式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔机三类。主要根据土质、钻孔深度和地下水情况进行选择。
(2)钻孔方法。土层锚杆的钻孔工艺直接影响土层锚杆的承载能力、施工效率和整个支护工程的成本。因此，根据不同土质正确选择钻孔方法对保证土层锚杆的质量和降低工程成本至关重要。
(3)扩孔。由于有的土质不好或密实度不高，容易造成锚杆孔壁开裂、掉块，甚至坍塌。因此在有必要的情况下，要对锚杆孔进行扩孔形成大头土层锚杆的承载能力会有所提高。扩孔的方法有四种：机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩孔及压浆扩孔。
(4)土层锚杆钻孔的特点及应达到的要求。由于土层锚杆的钻孔多数有一定的倾角，因此孔壁的稳定性较差；且土层锚杆的长细比很大，孔洞很长，保证钻孔的准确方向和直线性较困难，易偏斜和弯曲，因此施工时应该注意：孔壁要求平直，以便安放钢拉杆和灌注水泥浆；孔壁不得坍陷和松动，否则影响钢拉杆安放和土层锚杆的承载能力；钻孔时不得使用膨润土循环泥浆护壁，以免在孔壁上形成泥皮，降低锚固体与土壁间的摩阻力。
4.2安放拉杆
土层锚杆用的拉杆，常用的有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线。主要根据土质、土层锚杆的承载能力和现有材料的情况来选择。所受承载能力较小时，多用粗钢筋；所受承载能力较大时，多用钢绞线。
(1)钢筋拉杆。钢筋拉杆由一根或数根粗钢筋组合而成，如为数根粗钢筋则需用绑扎或电焊连接成一整体。土层锚杆的长度一般都在10m以上，有的达30m甚至更长，为了将拉杆安置在钻孔的中心，防止自由段产生过大的挠度和插人钻孔时不搅动土壁，对锚固段，还为了增加拉杆与锚固体的握裹力，在拉杆表面需设置定位器(或撑筋环)。钢筋拉杆的定位器用细钢筋制作，在钢筋拉杆轴心按120º夹角布置，间距一般为2—2.5m。定位器的外径宜小于钻孔直径10mm。
(2)钢丝束拉杆。钢丝束拉杆可以制成通长一根，它的柔性较好，往钻孔中沉放较方便。但施工时应将灌浆管与钢丝束绑扎在一起同时沉放，否则放置灌浆管有困难。
钢丝束拉杆的锚固段亦需用定位器，该定位器为撑筋环，钢丝束的钢丝分为内外两层，外层钢丝绑扎在撑筋环上，撑筋环的间距为0.5—1.0m，这样锚固段就形成一连串的菱形，使钢丝束与锚固体砂浆的接触面积增大，增强了钻结力，内层钢丝则从撑筋环的中间穿过。
钢丝束拉杆的锚头要能保证各根钢丝受力均匀，常用者有徽头锚具等，可按预应力结构锚具选用。沉放钢丝束时要对准钻孔中心，如有偏斜易将钢丝束端部插人孔壁内，既破坏了孔壁，引起坍孔，又可能堵塞灌浆管。为此，可用长25cm的小竹筒将钢丝束下端套起来。
(3)钢绞线拉杆。钢绞线拉杆的柔性更好，向钻孔中沉放更容易，因此在国内外应用得比较多，用于承载能力大的土层锚杆。要仔细清除锚固段的钢绞线表面的油脂，以保证与锚固体砂浆有良好的猫结。自由段的钢绞线要套以聚丙烯防护套等进行防腐处理。钢绞线拉杆需用特制的定位架。
安放锚杆体时，应防止杆体扭曲、压弯，注浆管宜随锚杆一同放人孔内，管端距孔底为50—1OOmm，杆体放人角度与钻孔倾角保持一致，安好后使杆体始终处于钻孔中心；若发现孔壁坍塌，应重新透孔、清孔，直至能顺利送人锚杆为止。
4.3灌桨
灌浆是土层锚杆施工中的一个重要工序。施工时，应将有关数据记录下来，以备将来查用。灌浆的作用是：形成锚固段，将锚杆锚固在土层中；防止钢拉杆腐蚀；充填土层中的孔隙和裂缝。灌浆方法有一次灌浆法和二次灌浆法两种。
灌浆材料应根据设计要求确定，一般宜选用水泥：砂=1—1：2，水灰比0.38—0.45的水泥砂浆或水灰比0.40—0.45的纯水泥浆，必要时可加人一定量的外加剂或掺合料。浆液应搅拌均匀，过筛，随搅随用，浆液应在初凝前用完，注浆管路应经常保持畅通。
灌浆时应遵循以下步骤：常压灌浆采用砂浆泵将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，待孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止灌浆；浆液硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆，注浆量不得小于计算量，其充盈系数为1.1—1.3；灌浆时，宜边灌注边拔出注浆管；拔出套管，拔管时应注意钢筋有无被带出的情况，否则应再压进去直至不带出为止，再继续拔管；灌浆完毕应将外露的钢筋清洗干净，并保护好。
4.4张拉锚固
土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%设计强度以上，便可对锚杆进行张拉。张拉前先在支护结构上装围擦。张拉所用设备与预应力结构张拉所用设备相同。预加应力的锚杆，要正确估算预应力损失。由于土层锚杆与一般预应力结构不同，预应力损失的因素除了通常发生的外，还包括相邻锚杆施工引起的预应力损失、支护结构变形引起的预应力损失、以及土体蠕变引起的预应力损失。锚杆锁定后，若发现有明显预应力损失时.应进行补偿张拉。
5实例探析
5.1工程概况
某工程地上15层，地下2层，基坑面积为3500㎡。该工程东、西、南三侧均临近建筑物，相邻的建筑最近的为3.5m，周边建筑的基本情况如下：西侧建筑为钢筋混凝土框架结构，基础埋深为2m；东侧建筑为6层砖混结构，混凝土条形基础，埋置深度为l.5m，由于建造时间较早，损坏比较严重；南侧为一幢四层楼房，同样为混凝土条形基础，埋置深度为1.5m。该工程基坑支护工程设计为东、西、南三侧采用地下连续墙加一排土层锚杆，基坑北侧采用联锁钻孔灌柱桩。其中东、西、南三边的支护结构共建造地下连续墙3000㎡，完成土层锚杆86根。锚杆长度为18—25m，拉杆为2—3根7Φ5钢绞线。
该工程在地质方面原来为一个大坑，其深度在2.2—2.7m之间，地下水位随季节有所变化，一般静止水位为0.7—2.9m之间。
5.2锚杆设计
(1)基坑支护方案确定。基坑支护必须保证开挖能顺利进行，并不影响邻近建筑的正常使用。由于该工程基坑距周围建筑较近，为支护和降水带来了很大的困难，在支护工程设计时，考虑地下连续墙具有挡土、抗渗和承载三位一体，加一层锚杆支护控制连续墙水平位移，最后确定了地下连续墙加锚杆支护方案。该工程连续墙采用抓斗成墙，其斗宽为80cm，抓斗张开后齿距为2.25m，因此墙厚定为80cm，槽段定为2.25m。连续墙轴线为204.75m，共分成91个槽段，槽段间平接，内设钢筋笼。锚杆安设在距地表2m处，每个槽段设置一根锚杆，锚杆间距为2.25m0
5.3锚杆施工
(1)成孔。上层锚杆成孔多采用取管钻进，选种方法适用于土层较好，可保证成孔质量，有较高的成孔率。根据该工程地基土层含水量大、细颖粒多的特点，成孔选用只有外套管无内套管的方法，外套管直径为Φ127mm，钻头为中空型.并直接安装在外套管上，钻头外径为Φ140mm。成孔结束后经严格检验，验证套内无残留土芯，保证拉杆束体能顺利地放人孔中。注浆后，用钻机自备卷扬设备，将套管从土中拔出。该工程采用的钻机为SG2—Ⅲ液压地质钻机。
采用上述成孔工艺，两台钻机每日可钻20—25m深的孔2—3个，最多时可达4个孔，满足了施工进度的要求。此工程共成孔91个，实测孔轴线与水平面夹角最大为31.5º，最小为25º，平均为28.9º。
(2)安放拉杆。拉杆的材质为题所述：2—3根7Φ5钢绞线。安放时设置特制的定位架，防止钻人时搅动土壁；钢绞线表面除油除锈，杆体自由段套以聚丙烯防护套等进行防腐处理，与锚固体连接处用铅丝绑扎。
(3)注浆。锚固体采用早强、高强水泥浆体，水泥为525号普通硅酸盐水泥，水灰比为0.4。浆体3d强度达到30MPa以上。制备的水泥浆体，严格控制浆体密度和流动度两项指标，用挤压泵向孔内注浆，注浆压力在0.6—0.9MPa之间，每孔注浆量在300—710L范围。
(4)张拉。锚杆注浆7d后，对锚杆施加预应力。通过油泵压力表读数控制各级施加荷载大小，同时记录锚杆伸长值。为减少预应力损失，采用重复张拉措施，第一次张拉到160kN，等1—2d后，再张拉到设计荷载进行锁定。通过观测，锚杆的变形均在弹性范围内，并且由于采取重复张拉手段，锚杆轴向拉力在15d内基本稳定锁定荷载，明显减少了预应力损失。
5结语
通过土层锚杆基本知识的介绍，从构造了解，到锚杆设计，以及施工实例分析，让我们对土层锚杆有了一个完整的认识。其具体工程方面，从锚杆设计到锚杆施工应该根据具体情况进行选择分析.以保证施工的质量及效率。
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