[摘要]按錨固形態(tài)分析了土層錨桿的三種分類，介紹了它們的應(yīng)用條件。并討論了錨桿長(zhǎng)度、間距、傾角等錨固參數(shù)對(duì)錨固力的影響。通過(guò)簡(jiǎn)化滑動(dòng)面，計(jì)算單位長(zhǎng)度錨桿所提供的錨固力極值，提出了最優(yōu)錨固角的計(jì)算公式。
1、前言
主要有兩大類因素影響土層錨桿錨固力，一類為巖土工程條件，為非人類控制因素，它包括土的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、密度、地下水埋深等因素；另一類為人類可控因素，如錨固體長(zhǎng)度、直徑、傾角、間距等。
2、土層錨桿的分類
錨桿的分類方法有多種，按錨固形態(tài)通?？蓪⑵浞譃閳A柱體型錨桿、連續(xù)擴(kuò)階型錨桿、端部擴(kuò)大頭型錨桿三種。
2.1圓柱體型錨桿
這類錨桿的應(yīng)用時(shí)間最早也最長(zhǎng)，它是在錨桿鉆機(jī)成孔后，在圓形鉆孔內(nèi)放入錨索，注漿固結(jié)，即形成圓柱形錨桿。如果預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，則成為預(yù)應(yīng)力錨桿。這種錨桿試用于較堅(jiān)硬的土層，因?yàn)檐浾惩恋恼辰Y(jié)摩擦阻力較小，難以達(dá)到抗拔強(qiáng)度。
2.2連續(xù)擴(kuò)階型錨桿
連續(xù)擴(kuò)階型錨桿的原理是在自由段與錨固段交界處設(shè)置密封袋，以免注漿時(shí)壓力損失，并在孔內(nèi)插入帶有一環(huán)環(huán)圓孔的套管來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓灌漿，其灌漿壓力破壞一次灌漿形成但還未完全固結(jié)的灌漿體，漿液進(jìn)入土層，使錨固段形成一串串凸起體，類似于糖葫蘆，從而可以大大提高錨固體與土體間的錨固強(qiáng)度。相對(duì)于圓柱體型錨桿，其錨固力有了很大的提高。這類錨桿適用于淤泥、淤泥質(zhì)粘土等極軟土層。
2.3端部擴(kuò)大頭型錨桿
端部擴(kuò)大頭型錨桿是通過(guò)擴(kuò)孔鉆頭或機(jī)具，擴(kuò)大鉆孔的最頂端。這樣錨桿的錨固力就由錨固體與土體的摩擦強(qiáng)度和端部的端承強(qiáng)度組成承擔(dān)，其錨固力大大高于圓柱形錨桿。尤其在如今城市基坑支護(hù)過(guò)程中，由于地下管線和臨近建筑限制了錨桿長(zhǎng)度，端部擴(kuò)大頭型錨桿得以廣泛應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械擴(kuò)孔、爆炸、水力等方式達(dá)到擴(kuò)孔的效果。
3、錨固參數(shù)對(duì)土層錨桿錨固效果的影響
從錨桿內(nèi)力的傳遞形式來(lái)區(qū)分，土層錨桿通常分為錨頭、拉桿及錨固體等三部分。錨頭承擔(dān)來(lái)自支護(hù)結(jié)構(gòu)的拉力并直接將力傳遞給拉桿；拉桿將來(lái)自錨桿頭部的拉應(yīng)力傳遞給錨固體；錨固體將來(lái)自拉桿的力傳遞到穩(wěn)定的土體中。拉桿又分為有效錨固部分和非錨固部分。
3.1錨固段長(zhǎng)度對(duì)錨固效果的影響
通常根據(jù)單根錨桿所須承擔(dān)的抗拔力來(lái)確定有效錨固長(zhǎng)度。對(duì)于土層錨桿，一般要求其錨固段長(zhǎng)度大于4.0m，但要小于14.0m；非錨固長(zhǎng)度一般根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定土體之間的實(shí)際距離來(lái)定，對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨桿，一般不小于5.0m。只有當(dāng)前一部分錨固端出現(xiàn)較大位移或破壞時(shí)，后面的錨固段才繼續(xù)發(fā)揮受拉作用。因此，不能單純通過(guò)增加錨固段的長(zhǎng)度來(lái)增加錨桿的錨固力。
在錨固體中，砂漿與土層之間的單位摩擦力遠(yuǎn)小于砂漿與鋼筋的握固應(yīng)力。所以，這一土層性質(zhì)影響了土層錨桿的最小錨固段長(zhǎng)度，其最小錨固長(zhǎng)度將主要由土層所固有的抗剪強(qiáng)度所控制。
灌漿壓力很大程度上影響著周圍土體的抗剪強(qiáng)度。在錨桿注漿時(shí)，通過(guò)提高注漿壓力，并在孔口設(shè)置止?jié){塞，可以大大提高土體的抗剪強(qiáng)度，簡(jiǎn)介提高了錨桿的抗拔力。但對(duì)于軟粘土，高壓灌漿形成的應(yīng)力集中將隨著軟粘土的變形而衰減，達(dá)不到提高土體抗剪強(qiáng)度的目的。因此，在軟粘土層，應(yīng)用高壓灌漿來(lái)提高土體抗剪強(qiáng)度效果不是很明顯。
3.2錨桿傾角對(duì)錨固效果的影響
錨桿傾角是錨桿設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，傾角不同，錨固力在水平方向和垂直方向的分力也會(huì)不同。在錨固力的分力中，水平分力是有效應(yīng)力，垂直分力增加了支檔結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力，起著相反的作用。傾角在很大程度上還影響著錨固段與非錨固段的劃分。
錨桿的安設(shè)傾角，需要考慮場(chǎng)地地下管線走向、地層情況和施工工藝方法。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般土層錨桿的傾角要大于15°，小于45°；俯角愈大，對(duì)于抵抗側(cè)壓力的水平方向分力越有利，但與此同時(shí)，由于垂直方向分力加大，會(huì)引起支擋結(jié)構(gòu)底部壓力增大的影響，這是非常不利的。在工程設(shè)計(jì)中，確定錨桿傾角需要考慮多個(gè)方面，首先要把土層情況考慮進(jìn)來(lái)，錨桿的錨固體部分最好位于土質(zhì)較穩(wěn)定的土層中，以提高錨桿的抗拔能力；其次，很重要的一點(diǎn)是，施工前，要弄清鄰近的構(gòu)筑物和市政管線等，盡量避免開(kāi)，以免造成損壞；此外，錨桿傾角還直接影響到鉆孔是否方便，灌漿過(guò)程是否順利。
把滑坡滑動(dòng)面簡(jiǎn)化為平面，通過(guò)數(shù)學(xué)分析，當(dāng)單位長(zhǎng)度錨桿所能提供的抗滑增量達(dá)到最大時(shí)，此時(shí)的錨桿傾角即為最優(yōu)錨固角。在工程施工中，設(shè)錨桿總長(zhǎng)實(shí)際為L(zhǎng)實(shí)：
單位長(zhǎng)度錨桿所提供的錨固力：
式中：——錨索滑動(dòng)面提供的阻滑力；——設(shè)計(jì)錨固力；——滑動(dòng)面土體內(nèi)摩擦角；——滑動(dòng)面與錨索相交處的滑動(dòng)面傾角；——錨索與水平面所夾的角（錨索向下傾時(shí)為正）
等式對(duì)求導(dǎo)數(shù)，得：
令，則：
求二階導(dǎo)數(shù)，得：
因?yàn)?，所以只有一個(gè)極值點(diǎn)。
當(dāng)，即時(shí)，錨桿單位長(zhǎng)度錨固力為極大值。即錨桿的最優(yōu)錨固角通過(guò)來(lái)確定。
3.3錨桿間距對(duì)錨固效果的影響
錨桿之間的水平間距取決于兩個(gè)因素，分別是支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的荷載以及每根錨桿設(shè)計(jì)所能承受最大的拉應(yīng)力。在支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的荷載一定的狀況下，錨桿之間水平間距愈大，相應(yīng)的每根錨桿所分擔(dān)的拉力就愈大。另一方面，錨桿之間的水平間距過(guò)小，單根錨桿所承受的力會(huì)下降，產(chǎn)生通常所說(shuō)的“群錨效應(yīng)”。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，錨桿之間水平間距最好不小于1.5m，上下排垂直間距最好大于2.5m。
為了避免灌漿時(shí)坡頂附近土體隆起，最上層錨桿距離土體表面要有一段距離，通常通過(guò)計(jì)算確定。一般認(rèn)為，該距離要大于4m。此外，在可能發(fā)生流砂地層施工錨桿，布置錨桿孔位時(shí)，應(yīng)注意使錨頭標(biāo)高距離砂層有一段距離，以免流砂路徑與錨桿鉆孔聯(lián)通，流砂從鉆孔涌出堵塞鉆孔。
4、結(jié)論
?。?）圓柱形錨桿由于施工簡(jiǎn)便，應(yīng)用領(lǐng)域最廣。連續(xù)擴(kuò)階型錨桿對(duì)錨固力有一定的提高，適用于淤泥等軟質(zhì)粘土。端部擴(kuò)大型錨桿通過(guò)擴(kuò)大鉆孔端部，大大提高了錨固力，其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。
（2）錨固段長(zhǎng)度對(duì)錨固力有很大的影響，對(duì)于一般土層錨桿，其錨固段長(zhǎng)度要求大于4m，小于14m。對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨桿，其非錨固段一般不小于5m。
?。?）錨桿傾角影響著錨固力的水平分力，通過(guò)簡(jiǎn)化滑動(dòng)面，計(jì)算錨桿單位長(zhǎng)度錨固力極值，得出最優(yōu)錨固角。
?。?）錨桿之間水平間距最好不小于1.5m，上下排垂直間距最好大于2.5m。對(duì)于流砂地層還要注意保持間距。
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