锚杆、锚索制作方法 锚杆的制作与安放
1.锚杆杆体的制作
锚杆材料的确定取决于锚固工程对象、锚杆承载力、锚杆长度、数量及现场提供的施加应力及锁定的设备。锚杆材料可用普通钢筋、精轧螺纹钢筋和高强钢丝、钢绞线。
在施工方面，短锚杆的制备、安放就位和施加预应力都是较简单的，而长锚杆处理起来就比较困难，因此，制作长锚杆最好使用钢丝或多股钢绞线。特别是使用钢绞线，柔性好，便于运输，可以插入钻孔达数十米，即使在较小的操作平台上，不管钻孔的方向如何，都可采用这种锚杆。
(1)棒条锚杆的制作
棒条锚杆的制作，一般按锚杆要求的长度切割钢筋，并在杆体外端加工成螺纹以便安放螺母，在杆体上每隔2～3m安放隔离件，以使杆体在孔内居中，保证有足够的保护层。国内生产的精轧螺纹钢筋，屈服强度达750MPa，可用套筒连接钢筋及锁定预应力，使用方便。目前国内生产的Φ32和Φ25两种规格的精轧螺纹钢筋，是制作极限拉力值小于600kN的棒条锚杆的理想材料。
预应力锚杆的自由段(张拉段)除涂刷防腐涂料外，还应套上塑料管或包裹塑料布，使之与水泥浆体分隔开。
(2)多股钢绞线锚杆的制作
国内常用的锚杆钢绞线为7Φ4和7Φ5两种，其主要力学性能见表5-2。
多股钢绞线制作的锚杆构造如图5-14和图5-15所示。图5-14为临时性预应力锚杆(索)的构造，其锚固段的钢绞线呈波浪形，是通过夹紧环与扩张环(隔离环)的交替设置而成的。一经常使用的隔离环的构造如图5-16所示，它同时具有两种功能，既能使钢绞线分离，使之周边有足够的水泥浆粘附，又能保证所需的保护层厚度不小于20mm。隔离环的间距为1.0～1.5m。图5-15为永久性预应力锚杆(索)的构造，它与临时性预应力锚杆(索)的主要区别是用塑料波形管对锚固段进行封闭，波形管与杆体间用灰浆或树脂充填，并借助波形管粗糙的外表面使它与周围的灰浆有可靠的粘结。这样，即使在杆体施荷以后，波形管外表面的灰浆体出现横向裂缝，也不会再有危险，因为它被完好的波形管保护着。国内目前使用的永久性预应力锚杆(索)采用波形管的仍不多。
表5-2 钢绞线的主要力学性能(N/mm2)
图5-14 临时性多股钢绞线制作的锚杆的构造
图5-15 永久性多股钢绞线制作的锚杆的构造
由法国土层锚杆公司发明的，已广泛应用的IRP锚固方法，虽然也是一种多股钢绞线锚杆，但在构造上却有自己的特色。它主要靠把锚杆自由段与锚固段分离开来的密封袋和带环圈的套管(图5-17)，通过对锚固段进行高压灌浆处理(必要时可重复进行)，从而实现锚固。
图5-16 隔离环的构造
图5-17 带有密封袋和带环圈套管装置的锚杆构造
这种密封袋在对岩层进行灌浆时可以取代钻孔中的橡胶或皮革密封圈。无纺布密封袋长2.0m，采用滑动方法套在锚杆锚固段上端，袋的两端紧固在杆体上，当杆体插入钻孔并拔出护壁套管后，向密封袋中低压注入灰浆，密封袋将膨胀并挤压钻孔壁，从而把锚固段分开。
图5-18 开有小孔的注浆套管(空洞用橡胶环圈覆盖)
带环圈的套管是一根直径较大的塑料管，其侧壁每隔1.0m就开有小孔，孔的外部用橡胶环圈盖住(图5-18)，从而使灰浆能从该管流入钻孔内，但不能反向流动，一根小直径的注浆钢管通入套管，注浆钢管上有限定注浆区段的两个密封圈，当其位于必要深度的橡胶环圈处，在压力作用下即可向钻孔内注入灰浆。
(3)多根钢丝锚杆的制作
用钢丝组成大型锚索不仅费时而且需要占用较大的加工场地。首先将钢丝校直并切割成要求的长度，然后借助带孔的金属分线板将钢丝按层次布置好，并在每隔0.5～1.0m处接合在一起。制作过程中，最重要的是钢丝就位，因为放置的钢丝若在全长上不是相互平行的，就不能利用钢丝的截面，而且会降低钢丝的强度。
在原捷克斯洛伐克使用的承载力为1MN的锚杆(由直径为7mm的24根钢丝组成)就是分两层布置的(图5-19)。内层由8根直径为7mm的钢丝组成，钢丝绕在内径为12mm的螺旋圈上，每个圈的径向间距为5～6mm，围绕每层再缠上直径为2.2mm的钢丝，绕在内层上的钢丝可作为两层钢丝间的隔离物，并和中心螺旋线一起确保灰浆渗入钢索内。外层缠绕16根钢丝。
图5-19 锚头和用由直径为7mm的24根钢丝组成的锚杆
2.锚杆杆体的安放
在一般情况下锚杆杆体与灌浆管同时插入钻孔底部，尤其对于土层锚杆，要求钻孔完后立即插入杆体，插入时将锚杆有支架一面向下方，若钻孔使用套管，则在插入杆体灌浆后再将套管拔出。若是用风钻钻出的小口径锚杆孔，则要求灌浆后再插入杆体。
锚杆插入时要求顺直，并应除锈，如采用的杆体为两根以上，应按需要的长度将锚杆点焊成束，间隔2～3m点焊一点。杆体长度不够设计长度则要求焊接，焊接可采用对焊或帮焊。帮焊时可采用T-55电焊条。帮焊长度按钢筋混凝土工程施工及验收规范GBJ-65钢筋焊接技术要求，例如采用两根帮条四条焊缝，帮条长度不小于4d(d为锚杆钢筋直径)，焊缝高度一般不小于7～8mm，焊缝宽度不小于16mm。
(一)锚杆制作方法
1.锚杆的组成
锚杆是受拉杆件的总称。当与构造物共同作用而要采用锚杆作为加固或支撑的受力杆件时,从力的传递机理来看,锚杆由锚固体、拉杆及锚头3个基本部分组成,其构造如图5-14所示。
以主动滑动面为界,分为锚固段和非锚固段(图5-15)。拉杆与锚固体的黏着部分为锚杆的锚固长度，其余部分为自由长度,其四周无摩阻力,仅起传递拉力的作用。
图5-14 锚杆的构造
图5-15 拉杆的长度
(1)锚头
为构造物与拉杆的连接部分。由台座、承压垫板和紧固器等组成,通过横梁及支架将来自构筑物的力牢固地传给拉杆。台座用钢板或混凝土做成,要求有足够的强度和刚度。临时性锚杆如用型钢垫座,两型钢间隙应≤100mm,钢筋混凝土垫座锚孔应≤120mm,混凝土强度等级应不小于C35。当构筑物与拉杆方向不垂直时,需要用台座作为拉杆受力调整的插座,并能固定拉杆位置,防止其横向滑动和变位。承压板一般采用20～40mm厚的钢板,用以使拉杆的集中力分散传递,并使紧固器与台座面保持平顺和紧密接触。紧固器的作用是将拉杆与垫板、垫座、构筑物贴紧并牢固连接。如拉杆的材料为粗钢筋,一般在拉杆的端部焊螺丝端杆,用螺母作为紧固器,必要时也可用焊接的方法;如拉杆用钢绞线等,则应用锚具作为紧固器。
(2)拉杆
拉杆又称锚拉杆。拉杆材料可用钢筋、钢管、钢丝束或钢绞线。一般多采用钢筋(或钢管)做拉杆,有单杆和多杆之分。单杆多用热轧螺纹粗钢筋,直径采用22～32mm,近年发展采用45SiMnV高强钢材,直径为25mm;多杆锚杆直径为16mm,一般为2～4根。锚杆的结构如图5-16所示,承载力很高的土层锚杆多采用钢丝束或钢绞线。
图5-16 锚杆结构
(3)锚固体
上层锚杆是通过锚固体与岩土之间的相互作用,将力传给地层。锚固体是由水泥浆在压力浇筑下成型的。锚固体按力的传递方式又分摩擦型和承压型。前者靠柱状锚固体周表面与岩土层之间的摩擦抵抗力将来自拉杆的拉力传递给地层;后者锚固体有一个支撑面,是依靠作用于锚固体的被动岩土压力来支撑锚杆的拉力的。
2.锚杆的制作(组装与安放)要求
砂浆锚杆可用粗钢筋(光杆或螺纹钢筋)、钢丝束、钢绞线等材料组装成拉杆,也可将钻孔用的钻杆作为钢拉杆。主要应根据锚杆的承载能力和可供应的材料情况来选择。承载能力较小时,多用粗钢筋;承载能力较大时,多用钢绞线。如用钢筋做拉杆,其单根强度不足时,可以将2根或3根点焊成束,并排在一起使用。
(1)对一次注浆的锚杆组装要求
对于一次注浆的锚杆,当采用粗钢筋做锚杆杆体时,拉杆的组装应符合以下规定:
1)组装前,钢筋应平直、除锈和除油,以保证砂浆与钢筋间有足够的裹握应力。
2)粗钢筋拉杆如很长,为了安装方便可分段制作拉杆,钢筋接头可采用对焊、搭接焊等方法进行连接。电焊要符合《JGJ18—2012 钢筋焊接及验收规范》的有关规定:例如,搭接焊的焊接长度为30d(d为钢筋直径),且接头长度不宜小于300mm。钢筋连接也可采用帮焊方法,帮焊长度按《GB50628-2010 钢筋混凝土工程施工质量验收规范》有关要求:采用2根帮条4条焊缝,帮条长不小于4d,焊缝高不小于7～8mm,焊缝宽不小于16mm。
3)若采用2根(或3根)并排钢筋做拉杆时,应间隔2～3m点焊一点,焊接长度按搭接焊要求执行。
4)对于10m以上锚杆,为了使拉杆安置在钻孔中心,确保钢筋保护层厚度,应沿杆体轴线方向每隔1～2m设置一个对中支架(或撑筋环),支架外径比锚孔直径小10mm左右。为使拉杆插入时不刮孔壁的土体,土层锚杆的拉杆底端可焊锥形挡土板或圆弧形锚靴。
5)注浆管以及排气管应与拉杆依一定间隔捆扎在一起,以便同时下入。
6)拉杆自由段应用塑料布或塑料管包裹,与锚固体连接处应采用铅丝绑牢。整个拉杆亦应按防腐要求进行防腐处理。
7)若用精轧螺纹钢筋(45SiMnV)的出厂产品,其钢筋之间可用配套螺帽连接,不用焊接。
(2)对二次高压注浆施工的锚杆组装要求
采用二次高压注浆施工的锚杆,拉杆的组装还应符合下述规定:
1)组装拉杆时,应同时安放两根注浆管,并设置止浆密封装置,如图5-17所示。
图5-17 二次高压注浆拉杆组装图
2)止浆器应设置在自由段与锚固段的分界处,并具有良好的密封性能。宜用密封袋做止浆器,其两端应牢固绑扎在拉杆杆体上,且被密封袋包裹的一次注浆管应至少留有一个出浆小孔,也可以用海带或橡胶塞等作为止浆器。
3)第一次灌浆用注浆管的底端,距拉杆底端0.2m左右,且管底出口处用黑胶布等封住,以防下入时孔壁土进入管口堵塞。
4)第二次灌浆用注浆管的管端,应距离锚拉杆末端0.8m左右,管底出口处亦用黑胶布封住,且从注浆管端50cm处开始向上每隔2m左右做出1m长的花管,花管的孔眼直径8mm,每段5～10个孔眼,花管做几段视锚固段长度而定。花管在第一次注浆时起到排气作用;第二次注浆时,就从花管的孔眼向锚固体喷射高压水泥浆。组装好的拉杆(包括注浆管)应在钻孔结束后立即放入孔内。安放时,应防止杆体扭压、弯曲,并确保拉杆处于钻孔中心位置。拉杆插入孔内深度,不应小于锚杆长度的95%,注浆管头部距孔底宜为50～100mm。杆体安放后不得任意敲击,也不得悬挂重物。对于用凿岩机钻进的小直径岩石锚杆,可以在灌入水泥砂浆后,再插入钢拉杆。
3.锚杆布设
锚杆布设包括锚杆埋置深度、锚杆层数、锚杆的垂直间距和水平间距、锚杆的倾斜角、锚杆的长度、钻孔直径等。
(1)锚杆的埋置深度
应保证不使锚杆引起地面隆起和地面不出现地基的剪切破坏,最上层锚杆的上面需要有一定的覆土厚度,一般覆土厚度不小于4～5m。
(2)锚杆的层数和间距
应通过计算确定,一般上下层间距为2～5m,锚杆的水平间距多为1～4.5m,为锚固体直径的10倍。
(3)锚杆的倾角
为了受力和灌浆施工方便,不宜小于12.5°,一般与水平成15°～25°倾斜角。
(4)锚杆的长度
根据需要而定,一般要求超过挡墙支护背后的主动岩土压力区或已有滑动面,并需在稳定地层中具有足够的有效锚固长度。通常长度为15～25m,单杆锚杆最大长度不超过30m,锚固体长度一般为5～7m,有效锚固长度不小于4m。在饱和软黏土中锚杆固定段长度以20m左右合适。
(5)锚杆钻孔直径
一般为90～130mm。用地质钻机也可达146mm;用风动凿岩机钻孔,最大直径为50mm左右。
锚杆设置时应注意以下几点:
1)岩土层锚杆的允许拉力与岩土层的性质关系很大,在硬岩土层内最大拉力可达1500kN,在一般黏性土或非黏性土中,单锚拉力约为300～600kN,因此锚杆的锚固层应尽量设置在良好的岩土层内。
2)锚杆设置前,应对地基层的构成、岩土的性质、地下水情况进行详细勘察,不允许将锚固层设置在有机土层或液性指数IL＜0.9或液限ωL＞50%的黏土地基,或相对密度Dr＜0.3的松散地层内。
3)在允许情况下,尽可能采用群锚,避免使用单根锚杆。
4)各个部分的锚杆都不得密接或交叉设置。
5)锚杆要避开邻近的地下构筑物和管道以及其他障碍物。
6)岩土层锚杆非锚固段部分,要保证不与周围岩土体黏结,并适当隔离,以便当岩土滑动时,能够自由伸长,有利于锚固力均匀地传给锚固段,而不影响锚杆的承载能力。
7)在有腐蚀性介质作用的岩土层内,锚杆应进行防腐。
4.土层锚杆的施工
(1)施工准备
1)根据地质勘查报告,摸清工程区域地质水文情况,为规划设置土层锚杆提供科学依据,同时查明锚杆设计位置的地下障碍物情况以及钻孔、排水对邻近建(构)筑物的影响。
2)编制施工组织设计,根据工程结构,地质、水文情况及施工机具、场地、技术条件制定施工方案,进行施工部署及平面布置,划分区段;选定并准备钻孔机具及配套和材料加工设备;委托安排锚杆及零件制作;进行技术培训;提出保证质量、安全和节约的技术措施。
3)按设计地面标高进行场地平整,拆迁施工区域内的报废建(构)筑物、水、电、通信线路,挖除工程部位地面以下3m内的地下障碍物。
4)开挖边坡,按锚杆尺寸进行钻孔、穿筋、灌浆、张拉、锚锭等工艺试验,并做抗拔试验,检验锚杆质量,以取得必要的技术数据。
5)在施工区域内设置临时设施,修建施工便道及排水沟,安装临时水电线路,搭设钻机平台,将施工机具设备运进现场并安装维修试运转,检查机械、钻具、工具等是否完好齐全。
6)进行技术交底,搞清锚杆排数、孔位高低、孔距、孔深、锚杆及锚固件形式,清点锚杆及锚固件数量。
7)进行施工放线,定出挡土墙、桩基线和各个锚杆孔的孔位,锚杆的倾斜角。
8)做好钻杆用钢筋、水泥、砂子等的备料工作,并将使用的水泥、砂子按设计规定配合比做砂浆强度试验。锚杆对焊或帮条焊应做焊接强度试验,验证能否满足设计要求。
(2)施工程序
土层锚杆施工程序为(水作业钻进法):土方开挖→测量、放线定位→钻机就位→接钻杆→校正孔位→调整角度→打开水源→钻孔→提出内钻杆→冲洗→钻至设计深度→反复提内钻杆→插钢筋(或钢绞线)→压力灌浆→养护→裸露主筋防锈→上横梁(或预应力锚件)→焊锚具→张拉(仅用于预应力锚杆)→锚头(锚具)锁定。
土层锚杆干作业施工程序与水作业钻进法基本相同,只是钻孔中不用水冲洗泥渣成孔,而是干法使土体顺螺杆挑出孔外成孔。
(二)锚索制作方法
1.锚索的结构
锚索的结构如图5-18所示。一束锚索主要由以下几部分组成:钢绞线(或钢丝)、定位支撑环、限位器(或内锚头)。
图5-18 锚索结构示意图
(1)钢绞线
钢绞线是锚索的主体部分,它承受全部拉力,一束锚索根据设计承载力的大小,由一定直径的几根钢绞线组合而成,钢绞线的规格如表5-6所示。
表5-6 钢绞线基本参数表
注:未注括号直径为《GB/T5224—2003预应力混凝土用钢绞线》,注括号直径为GB5224—1985标准。
(2)定位支撑环
用来分隔支撑钢绞线和注浆管,应根据孔径和钢绞线根数制作。
(3)内锚头
抵抗张拉力,将力传递给锚固段岩体。图5-19所示为锚索与胀壳式锚头组装示意图。
图5-19 锚索与胀壳式锚头组装示意图
2.锚索施工流程
锚索制作→锚索安装→注浆→张拉→锁定→补浆→封锚。
3.锚索的制作及要求
应按设计孔深要求并预留张拉段,按尺寸下料、平放、安装、定位支撑环等。
(1)材料及检验
1)预应力钢绞线进场时,应按现行国家标准《(GB/T5224—2003)预应力混凝土用钢绞线》等的规定抽取试件做力学性能检验,其质量必须符合有关标准的规定。①检查数量。按进场的批次和产品的抽样检验方案确定。②检验方法。检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。
2)无黏结预应力钢绞线的涂包质量应符合无黏结预应力钢绞线标准的规定。①检查数量。每60t为一批,每批抽取一组试件。②检验方法。观察:无黏结预应力钢绞线护套应光滑、无裂缝,无明显褶皱。检查:产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。
(2)锚索下料
钢绞线下料长度应符合锚索的设计尺寸及张拉工艺操作需要。计算公式如下:
L=s+h (5-3)
式中:L为钢绞线下料长度(m);s为实测孔深长度(m);h为锚垫板外钢绞线使用长度,包括工作锚板、限位板、工具锚板的厚度、张拉千斤顶长度和工具锚板外必要的安全长度之和(m)。
钢绞线必须采用切割机下料,严禁使用电弧或乙炔焰切割。雷雨时不应进行室外作业。
设计长度相同的锚索,其钢绞线下料长度应相同,其长度误差不应大于±10mm。
(3)锚索制作
1)编束前对钢绞线进行外观检查,要确保每根钢绞线顺直,不扭不叉,排列均匀,除锈除油污,对有死弯、机械损坏及锈坑处应剔除。编束时,严格按照设计图纸安装,保证锚索的“平、直、顺”。
2)锚索制作应在专用工作台上进行,应具有良好的防雨、防污染设施。
3)无黏结钢绞线编索前,应将锚固段及锚头FG套管剥去,使用清洗剂洗去油脂并套上止油护套,并对裸露钢绞线进行防护。
4)锚索根据设计结构进行制作,隔离架应按设计要求设置,其间距允许偏差50mm。
5)锚索编制中钢绞线应一端对齐,排列平顺,不得扭结,绑扎牢固,绑扎间距宜为2.0m。
6)导向帽应按设计要求制作,与索体连接应牢固可靠。
7)隔离架、导向帽和架线环应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成,不得使用木质隔离架。
8)锚索制成后,经检验合格应签发合格证,并进行编号,挂标示牌,注明生产日期、使用部位、孔号。
合格锚索应按编号整齐、平顺地存放在距地面20cm以上的支架或垫木上,不得叠压存放。支架间距宜为1.0～1.5m,并进行临时防护。锚索存放场地应干燥、通风,不得接触硫化物、氯化物、亚硫酸盐、亚硝酸盐等有害物质,并应避免杂散电流。
4.锚索安装
(1)锚索安装有关要求
1)无黏结钢绞线若PE套管破损,必须修复合格后方能安装。
2)核对锚索编号与孔号一致,安装时利用锚索的重力,人工与机械结合,平顺缓缓推进,使之下滑到位,放后不得随意敲击,不得悬挂重物,注浆管与锚索一同放入钻孔。
3)施工现场待安装的锚索,应按序号顺直存放在距地面20cm以上的承索架(台)上,并采取必要的防污染措施。
4)锚索应一次放置到位,避免在安装过程中反复拖动索体。
5)锚索安装完毕后,应对外露钢绞线进行临时防护。
(2)安装机械式内锚头
(3)防腐处理
非锚固的无黏结部分,除锈,涂润滑油、沥青,外套塑料管、接头及端头处用防水胶带缠封,以免水及砂浆渗入。
