2　錨固支護

2.1　錨桿支護

2.1.1　錨桿構造

圖2-1～圖2-6是幾種典型錨桿的結構構造。

2.1.2　錨桿的規劃與設置

（1）單根錨桿設計拉力的確定　單根錨桿的設計拉力應根據施工技術能力、巖土層分布情況等因素來確定。設計確定單根錨桿的設計拉力時不應過高，設計拉力較高時應選用單孔復合錨固型錨桿、擴孔錨桿等受力性能較好的錨桿。

（2）錨桿位置的確定　錨桿的錨固區需要設置在主動土壓力楔形破裂面以外，如圖2-7所示。還應根據地層情況來確定錨桿的錨固區，以確保錨桿在設計荷載下正常工作。錨固段需設置在穩定的地層來保證有足夠的錨固力。同時，如采用壓力灌漿時，應使地表面在灌漿壓力作用下不破壞，一般要求錨桿錨固體上覆土層厚度不得小于4m。

（3）錨固體設置間距　錨桿間距需根據地層情況、錨桿桿體所能承受的拉力等進行經濟比較后確定。間距過大，將增加腰梁應力，需增加腰梁斷面；縮小間距，可使腰梁尺寸縮短，但錨桿會發生相互干擾，產生群錨效應，使極限抗拔力減小從而造成危險。現有的工程實例有縮小錨桿間距的傾向。因在錨桿較密集時，如果其中一根錨桿承載能力受影響，其所受荷載會向附近其他錨桿轉移，錨桿系統整體所受影響較小，其受力還是安全的。

錨桿的水平間距不得小于1.5m，上下排垂直間距不得小于2m。如果工程需要必須設置更近，可考慮設置不同的傾角和錨固長度以避免群錨效應的影響。

（4）錨桿的傾角　通常采用水平向下15°～25°傾角，不應大于45°。錨桿水平分力隨錨桿傾角的增大而減小。傾角過大將降低錨固的效果，而且作用于支護結構上的垂直分力增加，可能導致擋土結構和周圍地基的沉降。為有效利用錨桿抗拔力，最好使錨桿和側壓力作用方向平行。

錨桿的具體設置方向同可錨巖土層的位置、擋土結構的位置及施工條件等有關。錨桿傾角需避開與水平面的夾角為-10°～+10°這一范圍，因為傾角接近水平的錨桿注漿后灌漿體的沉淀與泌水現象會影響錨桿的承載能力。

（5）錨桿的層數　錨桿層數根據土壓力分布大小、巖土層分布和錨桿最小垂直間距等而定，還應考慮基坑允許變形量與施工條件等綜合因素。

在預應力錨桿結合鋼筋混凝土支撐或鋼支撐支護時，需考慮到預應力錨桿與鋼筋混凝土支撐的水平剛度和承載能力的不同，尤其是錨桿與鋼筋混凝土支撐的受力特性不同；錨桿能夠先主動施加預應力，在圍護樁（墻）變形前就可提供承載力以限制變形；而鋼筋混凝土支撐是被動受力，在圍護樁（墻）變形后使得支撐受壓，支撐才會受力，阻止變形進一步發展。

（6）錨桿自由長度的確定　錨桿自由長度的確定必須使錨桿錨固在比破壞面更深的穩定地層上，以確保錨桿系統的整體穩定性；使錨桿能在張拉荷載作用下有足夠的彈性伸長量，不至于在使用過程中因錨頭松動而引起預應力的明顯減少。《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）中規定錨桿自由長度不應小于5m并應超過潛在滑裂面1.5m。

（7）錨桿的安全系數　錨桿設計中需考慮兩種安全系數：對錨固體設計和對桿體筋材截面尺寸設計的安全系數。錨固體設計的安全系數應考慮錨桿設計中的不確定因素和風險程度，如巖土層分布的變化、施工技術可靠性、材料的耐久性以及周邊環境的要求等。錨桿安全系數的取值取決于錨桿服務年限的長短及破壞后影響程度（表2-1）。

（8）錨桿桿體筋材的設計　錨桿桿體筋材通常用鋼絞線、高強鋼絲或高強精軋螺紋鋼筋。因其抗拉強度高，可降低鋼材用量；鋼絞線、鋼絲運輸安裝方便，在狹窄空間也能夠施工；強度高，而鋼材的彈性模量差不多，所以張拉到設計值時的張拉變形大，使得因錨頭松動等原因導致桿體變形減小時，由于變形減小部分占已變形部分的比例極小，預應力損失相對較小。

當錨桿承載力值較小或錨桿長度小于20m時，預應力筋也可選用HRB335級、HRB400級鋼筋。

壓力分散型錨桿和對穿型錨桿的預應力筋應采用無黏結鋼絞線。無黏結鋼絞線具有優異的防腐與抗震性能，它由鋼絞線、防腐油脂涂層及聚乙烯或聚丙烯包裹的外層組成，是壓力分散型錨桿的必用筋材。

錨桿預應力筋的截面面積可按下式設計：

式中　Nt——錨桿軸向拉力設計值；

K——安全系數；

fptk——鋼絞線、鋼絲或鋼筋的抗拉強度標準值；

A——錨桿桿體筋材的截面積。

2.1.3　錨桿的設計

（1）錨桿的應用應符合的規定

①錨拉結構宜采用鋼絞線錨桿；承載力要求較低時，也可采用鋼筋錨桿；當環境保護不允許在支護結構使用功能完成后錨桿桿體滯留在地層內時，應采用可拆芯鋼絞線錨桿。

②在易塌孔的松散或稍密的砂土、碎石土、粉土、填土層，高液性指數的飽和黏性土層，高水壓力的各類土層中，鋼絞線錨桿、鋼筋錨桿宜采用套管護壁成孔工藝。

③錨桿注漿宜采用二次壓力注漿工藝。

④錨桿錨固段不宜設置在淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土及松散填土層內。

⑤在復雜地質條件下，應通過現場試驗確定錨桿的適用性。

（2）錨桿的極限抗拔承載力應符合下式要求：

式中　Kt——錨桿抗拔安全系數；安全等級為一級、二級、三級的支護結構，Kt分別不應小于1.8、1.6、1.4；

Nk——錨桿軸向拉力標準值，kN，按本節（3）條的規定計算；

Rk——錨桿極限抗拔承載力標準值，kN，按本節（4）條的規定確定。

（3）錨桿的軸向拉力標準值應按下式計算：

式中　Nk——錨桿軸向拉力標準值，kN；

Fh——擋土構件計算寬度內的彈性支點水平反力，kN；按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）第4.1節的規定確定；

s——錨桿水平間距，m；

ba——擋土結構計算寬度，m；

α——錨桿傾角，（°）。

（4）錨桿極限抗拔承載力應按下列規定確定

①錨桿極限抗拔承載力應通過抗拔試驗確定，試驗方法應符合《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）附錄A的規定。

②錨桿極限抗拔承載力標準值也可按下式估算，但應通過《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）附錄A規定的抗拔試驗進行驗證：

式中　d——錨桿的錨固體直徑，m；

li——錨桿的錨固段在第i土層中的長度，m；錨固段長度為錨桿在理論直線滑動面以外的長度，理論直線滑動面按本節（5）條的規定確定；

qsk，i——錨固體與第i土層的極限黏結強度標準值，kPa，應根據工程經驗并結合表2-2取值。

注：1.采用泥漿護壁成孔工藝時，應按表取低值后再根據具體情況適當折減；

2.采用套管護壁成孔工藝時，可取表中的高值；

3.采用擴孔工藝時，可在表中數值基礎上適當提高；

4.采用二次壓力分段劈裂注漿工藝時，可在表中二次壓力注漿數值基礎上適當提高；

5.當砂土中的細粒含量超過總質量的30％時，表中數值應乘以0.75；

6.對有機質含量為5％～10％的有機質土，應按表取值后適當折減；

7.當錨桿錨固段長度大于16m時，應對表中數值適當折減。

③當錨桿錨固段主要位于黏土層、淤泥質土層、填土層時，應考慮土的蠕變對錨桿預應力損失的影響，并應根據蠕變試驗確定錨桿的極限抗拔承載力。錨桿的蠕變試驗應符合《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）附錄A的規定。

（5）錨桿的非錨固段長度　應按下式確定，且不應小于5.0m（圖2-8）：

式中　lf——錨桿非錨固段長度，m；

α——錨桿傾角，（°）；

a1——錨桿的錨頭中點至基坑底面的距離，m；

a2——基坑底面至基坑外側主動土壓力強度與基坑內側被動土壓力強度等值點O的距離，m；對成層土，當存在多個等值點時應按其中最深的等值點計算；

d——擋土構件的水平尺寸，m；

φm——O點以上各土層按厚度加權的等效內摩擦角，（°）。

（6）錨桿桿體的受拉承載力應符合下式規定：

N≤fpyAp　　（2-6）

式中　N——錨桿軸向拉力設計值，kN，按《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120—2012）第3.1.7條的規定計算；

fpy——預應力筋抗拉強度設計值，kPa；當錨桿桿體采用普通鋼筋時，取普通鋼筋的抗拉強度設計值；

Ap——預應力筋的截面面積，m2。

（7）錨桿的布置應符合的規定

①錨桿的水平間距不宜小于1.5m；對多層錨桿，其豎向間距不宜小于2.0m；當錨桿的間距小于1.5m時，應根據群錨效應對錨桿抗拔承載力進行折減或改變相鄰錨桿的傾角；

②錨桿錨固段的上覆土層厚度不宜小于4.0m；

③錨桿傾角宜取15°～25°，不應大于45°，不應小于10°；錨桿的錨固段宜設置在強度較高的土層內；

④當錨桿上方存在天然地基的建筑物或地下構筑物時，宜避開易塌孔、變形的土層。

（8）鋼絞線錨桿、鋼筋錨桿的構造應符合的規定

①錨桿成孔直徑宜取100～150mm；

②錨桿自由段的長度不應小于5m，且應穿過潛在滑動面并進入穩定土層不小于1.5m；鋼絞線、鋼筋桿體在自由段應設置隔離套管；

③土層中的錨桿錨固段長度不宜小于6m；

④錨桿桿體的外露長度應滿足腰梁、臺座尺寸及張拉鎖定的要求；

⑤錨桿桿體用鋼絞線應符合現行國家標準《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T 5224—2003/XG1—2008）的有關規定；

⑥鋼筋錨桿的桿體宜選用預應力螺紋鋼筋、HRB400、HRB500螺紋鋼筋；

⑦應沿錨桿桿體全長設置定位支架；定位支架應能使相鄰定位支架中點處錨桿桿體的注漿固結體保護層厚度不小于10mm，定位支架的間距宜根據錨桿桿體的組裝剛度確定，對自由段宜取1.5～2.0m；對錨固段宜取1.0～1.5m；定位支架應能使各根鋼絞線相互分離；

⑧錨具應符合現行國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—2007）的規定；

⑨錨桿注漿應采用水泥漿或水泥砂漿，注漿固結體強度不宜低于20MPa。

2.1.4　錨桿桿體構造實例

錨桿桿體構造如圖2-9所示。其構造要點如下。

①錨桿自由段應設置隔離套管以隔離錨桿桿體和漿液。

②導向帽材料可使用一般的金屬薄板或相應的鋼管制作。鋼筋或鋼絞線與導向帽需連接固定。

③隔離支架宜兼有對中和分隔作用，以保證使錨固段鋼筋或鋼絞線周圍均有一定厚度的注漿體覆蓋。隔離支架除圖示構造外尚可采用齒輪狀的型式。

④錨具應滿足分級張拉、補償張拉等張拉工藝要求，并具有能放松預應力筋的性能。錨具、夾具的性能應能符合現行國家標準《預應力筋用錨具、夾具和連接》（GB/T 14370—2007）的規定。對于鋼筋錨桿，錨頭用螺母通過張拉鎖定；對于鋼絞線錨桿，錨頭用錨具通過張拉鎖定。

2.1.5　梯形截面混凝土冠梁及腰梁構造實例

梯形截面混凝土冠梁及腰梁構造如圖2-10所示。其構造要點如下。

①混凝土腰梁、冠梁宜采用斜面與錨桿軸線垂直的梯形截面。

②混凝土腰梁、冠梁的混凝土設計強度等級不宜小于C25；具體截面尺寸及配筋由計算確定。冠梁、腰梁箍筋可根據受力需要采用雙肢箍或四肢箍等多肢箍。配筋見表2-3。

③混凝土腰梁、冠梁斜面上應設置承壓板，承壓板的截面尺寸由計算確定。

④在鋼筋混凝土腰梁下方應設置托架或在上方應設置吊筋。

2.1.6　錨桿鋼腰梁構造實例

錨桿鋼腰梁構造如圖2-11所示。其構造要點如下。

①本圖中鋼腰梁構件見表2-4。

②鋼腰梁可采用型鋼組合腰梁，型鋼組合腰梁可選用雙拼槽鋼或雙拼工字鋼；對于雙拼槽鋼，其規格宜選用［18～［36；對于雙拼工字鋼，其規格宜選用16～32。

③雙拼鋼腰梁應通過綴板焊接為整體，綴板的尺寸及間距應根據在錨桿集中荷載作用下的局部受壓穩定與受扭穩定計算確定，兩相鄰錨頭之間不應少于1塊；焊縫高度不應小于8mm。

④錨頭承壓板開洞d根據錨桿桿體的直徑確定，其寬度B應滿足局部承壓要求，且不少于200mm。

2.1.7　錨桿臺座構造實例

錨桿臺座構造如圖2-12所示。其構造要點如下。

①本圖表示錨桿直接鎖定在臺座上的連接節點構造，臺座可采用混凝土臺座或鋼臺座。

②混凝土臺座截面由正截面、斜截面承載力計算確定，應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）的規定。

③鋼臺座由斜鐵墊板、斜鐵以及斜鐵蓋板組成。

④鋼臺座與排樁、地下連續墻的間隙應采用混凝土充填，且宜采用細石混凝土，其混凝土強度等級不應小于排樁、地下連續墻混凝土的強度等級且不宜小于C30。

⑤圍護墻內的預埋鋼筋數量及長度應根據計算確定。配筋見表2-5。

⑥斜鐵墊板開洞D根據錨桿鉆桿直徑確定，錨頭承壓板和斜鐵蓋板開洞d根據錨桿桿體的直徑確定。

2.1.8　某文化城基坑工程錨桿支護應用實例

某文化城基坑開挖面積為73000m2，開挖深度為13.2～15.075m。擬建場地的上部19m為稍密-中密的粉砂土，滲透性良好。設計根據不同的周圍環境條件分別使用相應的圍護結構，其中東北面采用全套管鉆孔咬合樁（貝諾特工法）結合上部兩道預應力錨桿與下部一道鋼筋混凝土支撐支護，圖2-13為該區域的圍護剖面。

拉力分散型錨桿設置在素混凝土樁位置，水平向間距1.5m，孔徑150mm，根據受力大小選擇4根或5根直徑為15.24mm、fptk為1860MPa的鋼絞線、錨固長度為18m的錨桿，它的設計極限抗拔力為630kN。

使用YX-1型鉆機鉆孔，泥漿護壁，泥漿中摻入適量膨潤土。先用150mm合金鉆頭在素混凝土樁上開孔，打穿素混凝土樁后改用150mm三翼鉆頭鉆孔。

其中東南面采取全套管鉆孔咬合樁結合四道預應力錨桿支護。施工最下一排錨桿時，坑外側的自流深井僅能將水位降至地面下10m，最下一排錨桿在水位下約1.5m，需在水下成孔。素混凝土樁上開孔后，在樁的鉆孔內下入套管，同時向孔外接長套管，套管內注水，使得套管口的水位標高高于地下水位標高后再進行鉆孔施工，防止鉆孔發生流砂、塌孔。

使用水灰比為0.5的純水泥漿二次注漿，待一次注漿體的強度達到5MPa（約需40h）后方可進行二次注漿。實際施工時，二次注漿壓力只能達到1.20～1.50MPa，遠低于原設計需要的2.5～3.0MPa，且注漿水泥用量達500～600kg后仍可注入，施工難以進行。經過現場多次試注后確定注漿水泥量改為按200kg/根控制，注漿壓力作為參考。經試驗極限抗拔力滿足設計規定，最大位移為35～50mm。

張拉控制荷載是0.6倍極限抗拔力（約為基坑圍護設計計算所需提供抗拔力的0.75倍），正式張拉前先使用0.5倍張拉控制荷載預張拉二次，然后張拉至控制荷載鎖定。

監測結果表明，基坑施工期間各排錨桿的拉力值變化極小。可見鎖定荷載不應定得太高，宜取0.7倍計算值左右，以調節計算偏差和由于施工、使用過程中引起的錨桿拉力增大。

2.1.9　錨桿支護應用實例

某高速公路C5合同段屬于低山-丘陵區，山勢較陡，地形起伏較大，相對高差100～150m，沖溝、洼地發育。需防護的邊坡在深挖方區，挖方高度30～60m，分為3～6個臺階，每個臺階高度均10m，平臺寬度2～3m。底部兩個臺階坡度1:0.25，第三個臺階以上坡度都是1:0.75。基巖為強風化千枚狀板巖，構造和節理裂隙發育，暴露后極易產生順層滑坡。

根據深挖方邊坡的地質狀況，設計要求頂部臺階坡面采取錨桿噴射混凝土防護。

（1）錨桿防護設計方案

①每級邊坡設置3排錨桿，縱橫間距3m×3m。上排錨桿距每級邊坡上端2m，下排錨桿距每級邊坡下端2m，如圖2-14所示。錨桿長度從底層邊坡向上層邊坡依次為20m、23m、26m、29m。錨固長度不小于10m，如圖2-15所示。

②預應力錨桿使用4ф15.24高強度低松弛鋼絞線，強度為1860MPa。每根錨桿預應力設計值為500kN。

③錨桿注漿采用自孔底向上注漿技術。注漿用強度不小于M30的水泥漿在1～2MPa的壓力下進行。

（2）施工工藝　邊坡開挖→坡面清理→確定孔位→成孔→錨桿加工和安裝→漿塞制作→壓力注漿→錨梁施工→預應力張拉與鎖定→錨桿噴射混凝土施工。

①邊坡開挖。邊坡開挖用挖土機從上向下進行。為方便錨桿施工，對同一級邊坡可先挖至上排錨桿處，進行上排錨桿施工，并盡快用錨桿噴射混凝土封閉邊坡表面，以免邊坡長期暴露。待上排錨桿張拉后再開挖至中間排錨桿位置，依次施工。

②坡面清理。清除已開挖坡面上的松動石塊，避免墜落傷人。對邊坡局部不符合設計坡度處用人工進行調整。

③確定孔位。根據設計圖紙上的尺寸確定錨桿孔的位置，并用油漆在坡面上做標記。注意錨桿孔位在水平方向與垂直方向均應保持直線，如圖2-16所示。

④成孔。在做好標記的孔位上搭腳手架，使用MD50型液壓錨桿鉆機鉆孔。鉆機上配有110型沖擊器，用1臺22m3/min高壓空壓機供風。鉆頭直徑130mm，鉆桿直徑70mm，鉆桿與水平面呈15°夾角，誤差不超過2°。鉆孔過程中隨時開動空壓機將孔內鉆渣吹出孔外，直至設計深度。

⑤錨桿加工和安裝。將成盤包裝的鋼絞線展開后，按錨桿下料長度用砂輪鋸切割。將4根相同長度的鋼絞線排列整齊，里端套上用短鋼管加工的尖狀導向頭，方便穿進孔內。錨桿錨固段的擴張件（用10mm厚鋼板制作）與緊固件（用鐵絲綁扎）按1m間距間隔布置。擴張件及緊固件安裝后在錨桿外表面包裹細鐵絲防護網。自由段定中件（用鋼筋加工而成）間距為1m。鋼絞線除銹后在支架中穿入ф30的PVC注漿管。在自由段錨桿鋼絞線外表面涂優質黃油，外包土工布后，套上ф70的PVC套管（圖2-16）。在自由段與錨固段分界處用熱縮帶捆扎，錨桿加工后由人工送入已吹渣干凈的錨孔。

⑥漿塞制作。孔口注漿塞用無紡布制作，如圖2-17所示。外形為一套在錨桿自由段ф70PVC套管上的環形袋，長度為2m，采用0.2～0.4MPa的壓力將注漿塞注滿水泥漿，待其強度達到20MPa后方可進行錨桿高壓注漿。

⑦壓力注漿。水泥漿根據配合比攪拌均勻后，用壓漿泵對注漿管進行壓力注漿，注漿自孔底向外進行，壓力維持在1～2MPa，待排氣孔噴出水泥漿后停止注漿。

⑧錨梁施工。直接在坡面上按設計尺寸挖錨梁基槽，然后捆扎鋼筋，安裝錨墊板，支模板，澆筑錨梁混凝土。施工錨梁時需使錨墊板中間的孔洞位置準確且與錨桿垂直，維持錨桿順直并位于錨梁中間。錨梁應平直、美觀。

⑨預應力張拉與鎖定。當錨梁混凝土強度達到設計要求后。即可對錨桿施加預應力。張拉用的千斤頂與油壓表應經過標定，張拉時應按每級100kN分級進行加載，每級加載后持續5min。錨桿張拉至設計荷載的1.05倍后持續5min，然后按設計值鎖定。鎖定后用砂輪鋸從距錨具外邊緣50mm處切除多余鋼絞線，同時用C20混凝土包封錨頭。

⑩錨桿噴射混凝土施工。錨桿施工完后，清理錨梁中間的邊坡，然后施工錨桿噴射混凝土，封閉坡面。噴射混凝土與錨梁頂面平齊，保證坡面排水通暢。

（3）使用效果　采取錨桿支護技術防護深挖方強風化基巖順層永久性邊坡，有效地提高了邊坡整體穩定性及外露基巖的抗風化能力，防止了邊坡塌方與順層滑坡，確保了高速公路施工期間施工人員、機械設備和交工投入使用后行駛車輛的安全，創造了良好的經濟效益和社會效益。