锚杆及土钉墙支护

锚杆及土钉墙支护

5.5.1 锚杆支护工程

5.5.1.1 总则

1. 为了在建筑基坑土层锚杆支护施工中做到技术先进、经济合理、确保基坑边坡稳定、基坑周围建筑物、道路及地下设施安全，制定本规程。

2. 本规程适用于各类基坑支护土层中临时性或永久性锚杆的设计与施工，本规程不适用于其他锚杆施工。

3. 土层锚杆支护的设计与施工，除应遵守本规程外，尚应符合国家现行有关标准的要求。

5.5.1.2 术语

1. 建筑基坑:为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。

2. 基坑侧壁:构成建筑基坑围体的某一侧面。

3. 基坑周边环境:基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体及地下水体等的统称。

4. 基坑支护:为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡加固与保护措施。

5. 土层锚杆:是一种设置于钻孔内、端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体，它一端与工程构筑物相连，另一端锚固在土层中，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压力或风荷载等所产生的拉力，用以维护构筑物的稳定。

6. 杆体（预应力筋）:预应力筋是指受张拉的杆体，由钢筋、高强钢丝或钢铰线组成。

7. 锚固段:锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层黏结的区段，其功能是通过锚固体与土层的粘结摩阻作用或锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土层深部。

8. 自由段:自由段是指将锚头处的拉力传至锚固体的区段，其功能是对锚杆施加预应力。

9. 台座:台座是指将拉力传至结构物，设置在承压板和结构物之间的部件。

10. 承压板:承压板是指设置在锚具和台座之间的板状部件，其功能是使预应力均匀分布在台座上。

11. 锚具:锚具是指在承压板上面用来锁定预应力筋的部件，常用的锚具有螺母、JM锚具和QM锚具。

12. 一次注浆:一次注浆是指在规定压力下注入浆液，形成锚固体的注浆作业。

13. 二次注浆:二次注浆是指锚固体形成后为充填钻孔内的孔隙而进行的注浆作业。

14. 二次高压注浆（劈裂注浆）:二次高压注浆是指采用高压注浆使第一次注浆形成的锚固体劈裂，浆液向土体扩散、挤压，使锚固体扩大的注浆作业。

15. 一次张拉:一次张拉是指按设计张拉力对锚杆进行张拉作业。

16. 二次张拉:二次张拉是指为弥补锚杆预应力的损失对已锁定的锚杆再次进行张拉的作业。

17. 锚杆极限承载力:锚杆极限承载力是指锚杆所能承受的最大拉力。

18. 设计轴向拉力:锚杆的设计轴向拉力是指在整个使用期间锚杆应承受的轴向力。

19. 锁定荷载:锁定荷载是进行锚杆锁定时，作用于锚头上的力。

20. 基本试验:基本试验是为确定锚杆极限承载力和获得有关设计参数而进行的

试验。

21. 验收试验:验收试验是为检验锚杆施工质量及承载力是否满足设计要求而进行的试验。

22. 蠕变试验:蠕变试验是为掌握锚杆的蠕变性能而进行的试验。

23. 蠕变:锚杆蠕变是指在恒载作用下，锚杆的位移随时间而增加的现象。

24. 松弛:锚杆松弛是指在锚杆位移不变的情况下，锚杆预应力随时间而降低的现象。

25. 安全系数:锚杆的安全系数是指锚杆极限承载力与锚杆设计荷载的比值。

5.5.1.3 一般规定

1. 土层锚杆一般由锚头、自由段和锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体（预应力筋）与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。

2. 根据土体类型、工程特性与使用要求，土层锚杆锚固体结构可设计为圆柱型、端部扩大头型或连续球体型3类，如图5.5.1.

3.2.1、图5.5.1.3.2.2和图5.5.1.3.2.3所示。

图5.5.1.3.2.1 圆柱型

锚固体锚杆

1.锚具；

2.承压板；

3.台座；

4.支挡结构；

5.钻孔；

6.二次注浆防腐处理；

7.预应力筋；

8.圆柱型锚固体；Lf.自由段长度；La.锚固长度

图5.5.1.3.2.2 端部扩大头型锚杆

1.锚具；

2.承压板；

3.台座；

4.支挡结构；

5.钻孔；

6.二次注浆防

腐处理；7.预应力筋； 8.圆柱型锚固体；9.端部扩头体；Lf.自由段

长度；La.锚固长度

图5.5.1.3.2.3 连续球体型锚杆

1.锚具；

2.承压板；

3.台座；

4.支挡结构；

5.钻孔；

6.塑料套

管；7.止浆密封装置； 8.预应力筋；9.注浆套管；10.连续球

体型锚固体；Lf.自由段长度；La.锚固段长度

3. 锚固于砂质土、硬黏土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用端部扩大头型锚固体；锚固于淤泥、淤泥质土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用连续球体型锚固体。

4. 土层锚杆的布置应遵守以下规定:

（1）锚杆上下排间距不宜小于2.5m；锚杆水平方向间距不宜小于2.0m。

（2）锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.0m，锚杆锚固段长度不应小于4.0m。

（3）倾斜锚杆的倾角不应小于13°，并不得大于45°，以15°～35°为宜。5.5.1.4 施工准备

1. 原材料要求

（1）预应力杆体材料宜选用钢铰线、高强钢丝或高强螺纹钢筋。当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，预应力筋也可采用Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。

（2）锚具和联接锚杆杆体的受力部件，均应能承受95%的杆体极限抗拉力。如图5.5.1.4.1.（2）-1JM 系列锚具、图5.5.1.4.1.（2）-2 QM 系列锚具、图5.5.1.4.1.（2）-3 QM锚垫板所示。

图5.5.1.4.1.（2）-1 JM 系列锚具图5.5.1.4.1.（2）-2

QM 系列锚具

图5.5.1.4.1.（2）-3

QM锚垫板

（3）塑料套管材料应满足以下要求:

1) 具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏。

2) 具有抗水性和化学稳定性。

3) 与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

（4）隔离架应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。（5）防腐材料应满足下列要求:

1) 在锚杆服务年限内，应保持其耐久性。

2) 在规定的工作温度内或张拉过程中不得开裂、变脆或成为流体。

3) 不得与相邻材料发生不良反应，应保持其化学稳定性和防水性。

4) 不得对锚杆自由段的变形产生任何限制。

（6）水泥浆体材料应满足下列规定:

1) 水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥。

2) 不得使用高铝水泥。

3) 细骨料应选用粒径小于2mm的细砂。砂的含泥量按重量计不得大于3%，砂中所含云母、有机质硫化物及硫酸盐等有害物质的含量，按重量计不宜大于1%。

4) 混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质，不得使用污水。永久性锚杆不得使用pH值小于4.0的酸性水和硫酸盐含量按SO4-计算超过水重1%的水。

5) 必要时，水泥浆中可加入控制泌水或延缓凝结等外加剂，但必须符合产品标准。水泥浆中氯化物的总含量不得超过水泥重量的0.1%。除二次劈裂灌浆和自由段的充填灌浆外，一般不宜采用膨胀剂。

2. 土层锚杆常用施工设备见表5.5.1.4.2土层锚杆常用施工设备表。

表5.5.1.4.2 土层锚杆常用施工设备表

5.5.1.5 施工工艺

工程锚杆施工前，宜取两根锚杆进行钻孔、注浆、张拉与锁定的试验性作业，考核施工工艺和施工设备的适应性。

1. 工艺流程

2. 钻孔

（1）土层锚杆钻孔应遵守下列规定:

1) 钻孔前，根据设计要求和土层条件，定出孔位作出标记。

2) 锚杆水平方向孔距误差不应大于50mm，垂直方向孔距误差不应大于100mm。

3) 钻孔底部的偏斜尺寸不应大于锚杆长度的3%，可用钻孔测斜仪控制钻孔方向。

4) 锚杆孔深不应小于设计长度，也不宜大于设计长度的1%。

5) 安放锚杆前，湿式钻孔应用水冲洗，直至孔口流出清水为止。

6) 整理钻孔记录。

（2）钻孔机具:钻孔机具的选择必须满足土层锚杆钻孔的要求。坚硬黏性土和不易塌孔的土层宜选用地质钻机、螺旋钻机或土锚专用钻机；饱和黏性土与易塌孔的土层宜选用带护壁套管的土锚专用钻机。常用钻孔设备型号及主要性能参见表5.5.1.4.2。

（3）二次高压注浆形成的连续球体型锚杆的钻孔还应遵守下列规定:

1) 钻孔宜采用套管护壁，一次将钻孔钻至设计长度。

2) 钻孔完成后，应立即拔出钻杆，放入预应力筋，随后再拔出套管。

（4）扩大头型锚杆钻孔还应遵守下列规定:

1) 端部扩大头可采用机械或爆破扩孔法，爆破扩孔装药量应根据土层情况，通过试验确定。

2) 安装锚杆前应测定扩大头的尺寸。

3.杆体预应力筋的组装与安放

（1）采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋作锚杆杆体时，杆体的组装应遵守以下规定:

1) 组装前钢筋应平直、除油和除锈。

2) Ⅱ、Ⅲ级钢筋的接头应采用焊接的搭接接头，焊接长度为30d，但不小于500 mm，并排钢筋的连接也应采用焊接。

3) 沿杆体轴线方向每隔1.0～2.0m应设置一个对中支架，排气管应与锚杆杆体绑扎牢固。

4) 杆体自由段应用塑料布或塑料管包裹，与锚固体联接处用铅丝绑牢。

5) 杆体应按防腐要求进行防腐处理。

（2）当采用钢铰线或高强钢丝作锚杆杆体时，杆体的组装应遵守以下规定:

1) 钢铰线或高强钢丝应除油污、除锈，严格按设计尺寸下料，每股长度误差不大于50mm。

2) 钢铰线或高强钢丝应按一定规律平直排列，沿杆体轴线方向每隔1.0～1.5m 设置一个隔离架，杆体的保护层不应小于2.0cm，预应力筋（包括排气管）应捆扎牢固，捆扎材料不宜用镀锌材料。

3) 杆体自由段应用塑料管包裹，与锚固段相交处的塑料管管口应密封并用铅丝绑紧。

4) 应按防腐要求进行防腐处理。

（3）采用二次高压注浆形成的连续球体型锚杆杆体的组装，还应遵守下列规定:

1) 编排钢铰线或高强钢丝时，应同时安放注浆套管和止浆密封装置。

2) 止浆密封装置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。

3) 宜用密封袋作止浆密封装置，密封袋两端应牢固绑扎在锚杆杆体上。被密封袋包裹的注浆套管上至少应留有一个进浆阀。

（4）组装扩大头型锚杆杆体时，处于扩大头处的杆体应局部加强。

（5）锚杆杆体的安放应遵守下列规定:

1) 杆体放入钻孔之前，应检查杆体的质量，确保杆体组装满足设计要求。

2) 安放杆体时，应防止杆体扭压、弯曲，注浆管宜随锚杆一同放入钻孔，注浆管头部距孔底宜为50～100mm，杆体放入角度应与钻孔角度保持一致。

3) 杆体插入孔内深度不应小于锚杆长度的95%，杆体安放后不得随意敲击，不得悬挂重物。

4. 注浆

（1）锚杆注浆应遵守下列规定:

1) 注浆材料应根据设计要求确定，一般宜选用灰砂比1:1～1:2，水灰比0.38～0. 45的水泥砂浆或水灰比为0.40～0.45的纯水泥浆,必要时可加入一定量的外加剂或掺和料。

2) 注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入浆液。

3) 注浆作业开始和中途停止较长时间，再作业时宜用水或稀水泥浆润滑注浆泵及

注浆管路。

4) 孔口溢出浆液或排气管停止排气时，可停止注浆。

5) 浆体硬化后不能充满锚固体时，应进行补浆。

6) 整理注浆记录。

（2）注浆体的设计强度不应低于20MPa。

（3）二次高压注浆形成的连续球体型锚杆的注浆还应遵守下列规定:

1) 注浆材料宜选用水灰比0.45～0.50的纯水泥浆。

2) 一次常压注浆作业应从孔底开始，直至孔口溢出浆液。

3) 止浆密封装置的注浆应待孔口溢出浆液后进行，注浆压力不宜低于2.5 MPa。

4) 一次常压注浆结束后，应将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净。

5) 对锚固体的二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0 MPa 时进行，注浆压力和注浆时间可根据锚固体的体积确定，并分段依次由下至上进行。

5. 张拉与锁定

（1）台座的承压面应平整，并与锚杆的轴线方向垂直。

（2）锚杆的张拉应遵守下列规定:

1) 锚杆张拉前，应对张拉设备进行标定。

2) 锚固体与台座混凝土强度均大于15.0 MPa时，方可进行张拉。

3) 锚杆张拉应按一定程序进行，锚杆张拉顺序，应考虑邻近锚杆的相互影响。

4) 锚杆正式张拉之前，应取0.1～0.2设计轴向拉力值Nt，对锚杆预张拉1～2次,使其各部位的接触紧密，杆体完全平直。

5) 永久锚杆张拉控制应力σcon不应超过0.60f ptk，临时锚杆张拉控制应力σcon 不应超过0.65f ptk。

（3）锚杆张拉至1.1～1.2N，土质为砂质土时保持10min，为黏性土时保持15min，然后卸荷至锁定荷载进行锁定作业。锚杆张拉荷载分级及观测时间应遵守表5.5.1.5.5.（3）的规定。锚杆张拉和锁定施工记录应填写施工记录汇总表。

表5.5.1.5.5.(3) 锚杆张拉荷载分级及观测时间

（4）锚杆锁定工作，应采用符合技术要求的锚具。

（5）锚杆锁定后，若发现有明显预应力损失时，应进行补偿张拉。

6. 土层锚杆防腐

（1）一般规定:

1) 对土层锚杆尤其是永久性锚杆的腐蚀环境，应进行充分的调查。

2) 防腐方法必须适应锚杆的使用目的，对锚杆锚头、自由段和锚固段部分应分别对待。防腐方法的确定，必须使防腐材料在施工期间免受损伤，并保证防腐长期有效。

3) 永久性锚杆必须进行双层防腐。

4) 临时性锚杆可采用简单防腐，当腐蚀环境特别严重时，应采用双层防腐。

（2）防腐方法:

1) 锚杆锚固段的防腐处理应遵守下列规定:

a. 一般腐蚀环境中的永久性锚杆，其锚固段内杆体可以采用水泥浆或水泥砂浆封

闭防腐，但杆体周围必须有2.0cm厚的保护层。

b. 严重腐蚀环境中的永久性锚杆，其锚固段内杆体宜用波纹管外套，管内空隙用环氧树脂、水泥浆或水泥砂浆充填，套管周围保护层厚度不得小于1.0cm。

c. 临时性锚杆锚固段杆体应采用水泥浆封闭防腐，杆体周围保护层厚度不得小于

1.0 cm。

2) 锚杆自由段的防腐处理应遵守下列规定:

a. 永久性锚杆自由段内杆体表面宜涂润滑油或防腐漆，然后包裹塑料布，在塑料布上再涂润滑油或防腐漆，最后装入塑料套管中，形成双层防腐。

b. 临时性锚杆的自由段杆体可采用涂润滑油或防腐漆，再包裹塑料布等简易防腐措施。

3)锚杆锚头部分的防腐处理应遵守以下规定:

a. 永久性锚杆采用外露锚头时，必须涂以沥青等防腐材料，再采用混凝土密封，外露钢垫板和锚具的保护层厚度不得小于2.5cm。

b. 永久性锚杆采用盒具密封时，必须用润滑油充填盒具的空腔。

c. 临时性锚杆的锚头宜采用沥青防腐。

5.5.1.6 质量标准

1. 锚杆及土钉墙支护工程施工前应熟悉地质资料、设计图纸及周围环境，降水系统应确保正常工作，必需的施工设备如挖掘机、钻机、压浆泵、搅拌机等应能正常运转。

2. 一般情况下，应遵循分段开挖、分段支护的原则，不宜按一次挖就再行支护的方式施工。

3. 施工中应对锚杆或土钉位置，钻孔直径、深度及角度，锚杆或土钉插入长度，注浆配比、压力及注浆量，喷锚墙面厚度及强度、锚杆或土钉应力等进行检查。

4. 每段支护体施工完后，应检查坡顶或坡面位移，坡顶沉降及周围环境变化，如有异常情况应采取措施，恢复正常后方可继续施工。

5. 锚杆及土钉墙支护工程质量检验应符合表5.5.1.

6.5的规定。

表5.5.1.6.5 锚杆及土钉墙支护工程质量检验标准

5.5.1.7 施工试验计划

1. 验收试验

（1）验收试验锚杆的数量应取锚杆总数的5%，且不得少于最初施作的3根。

（2）最大试验荷载不应超过预应力筋A·f ptk值的0.8倍，并应满足以下规定:

1) 永久性锚杆的最大试验荷载为锚杆设计轴向拉力值的1.5倍。

2) 临时性锚杆的最大试验荷载为锚杆设计轴向拉力值的1.2倍。

（3）验收试验对锚杆施加荷载与测读锚头位移应遵守以下规定:

1) 初始荷载宜取锚杆设计轴向拉力值的0.1倍。

2) 加荷等级与各等级荷载观测时间应满足表5.5.1.7.1.（3）.2)的规定。

表5.5.1.7.1.(3).2) 验收试验锚杆的加荷等级与观测时间表

3) 砂质土、硬黏土中锚杆基本试验加荷等级与测读锚头位移，在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不应少于3次。

4) 最大试验荷载观测15min后，卸荷至0.10Nt，量测位移，然后加荷至锁定荷载锁定。

（4）锚杆验收标准:

1) 基本试验所得的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长的80%，且小于自由段长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长。

2) 在最大试验荷载作用下，锚头位移趋于稳定。

2. 蠕变试验

（1）塑性指数大于17的淤泥及淤泥质土层中的锚杆应进行蠕变试验。用作蠕变试验的锚杆不应少于3根。

（2）锚杆蠕变试验加荷等级与观测时间应满足表5.5.1.7.2.（2）的规定，在观测时间内荷载必须保持恒定。

表5.5.1.7.2.（2）锚杆蠕变试验加荷等级与观测时间

（3）每级荷载按时间间隔1min、2min、3min、4min、5min、10min、15min、20mi n、30min、45min、60min、75min、90min、120min、150min、180min、210min、240min、2 70min、300min、330min、360min记录蠕变量。

（4）绘制蠕变量-时间对数（S-logt）曲线,蠕变系数由下式求得:

式中S1——t1时新测得的蠕变量；

S2——t2时所测得的蠕变量。

（5）锚杆蠕变试验测得的最后一级荷载作用下的蠕变系数不应大于2.0mm。

3. 锚杆预应力的长期监测与控制

（1）永久性锚杆及用于重要工程的临时性锚杆，应对锚杆预应力变化进行长期监测。

（2）对长期监测预应力值的永久性锚杆的数量不应少于锚杆总数的5%～10%，监测时间不宜少于12个月。

（3）锚杆预应力监测应遵守以下规定:

1) 宜采用钢弦式压力盒、应变式压力盒、液压式压力盒进行监测。

2) 预应力变化值,在最初10d应每天记录1次，第11d至第30d每10d记录1次，第31d至第12个月每30d记录1次。

（4）预应力变化值不宜大于锚杆设计轴向拉力值的10%，必要时可采取重复张拉或适当放松以控制预应力变化。 5.5.1.8 安全生产、现场文明施工要求

1. 施工人员进入现场应戴安全帽，操作人员应精神集中，遵守有关安全规程。

2. 各种设备应处于完好状态，机械设备的运转部位应有安全防护装置。

3. 锚杆钻机应安设安全可靠的反力装置，在有地下承压水地层中钻进，孔口应安

设可靠的防喷装置，以便突然发生漏水涌砂时能及时封住孔口。

4. 锚杆的连接应牢靠，以防在张拉时发生脱扣现象。

5.张拉设备应经检验可靠，并有防范措施，防止夹具飞出伤人。

6.注浆管路应畅通，防止塞管、堵泵，造成爆管。

7.电气设备应设接地、接零，并由持证人员安全操作。电缆、电线应架空。

8.加强开挖支护过程中的监测，发现问题立即停止开挖施工、撤离基坑内施工人员，采取加固措施。

9.钻孔泥浆妥善处理，避免污染周围环境。

10.注浆时采取防护措施，避免水泥浆污染环境。

5.5.1.9 成品保护

1.锚杆的非锚固段及锚头部分应及时做防腐处理。

2.成孔后应立即安设锚杆，立即注浆，防止塌孔。

3.锚杆施工应合理安排施工顺序，夜间作业应有足够的照明设施，防止砂浆配合比不准确。

4.施工全过程中，应注意保护定位控制桩、水准基点桩，防止碰撞产生位移。

5.5.1.10 工程质量验收

1.永久性锚杆工程竣工后，应按设计要求和质量合格条件验收。

2.土层锚杆工程验收时，应提供下列资料:

（1）原材料出厂（场）合格证，工地材料试验报告，代用材料试验报告。

（2）提供锚杆施工记录。

（3）锚杆验收试验与蠕变试验报告。

（4）锚杆工程范围内的地质报告。

（5）隐蔽工程检查验收记录。

（6）锚杆及土钉墙支护工程检验批质量验收记录表,见表5.5.1.10.2.（6）。

（7）设计变更报告。

（8）工程重大问题处理文件。

（9）竣工图。

3.对设计要求进行锚杆预应力长期监测的工程，验收时应提交相应的报告。

表5.5.1.10.2.(6) 锚杆及土钉墙支护工程检验批质量验收记录表

5.5.1.11 主要工程质量通病防治措施

1.根据设计要求、地质水文情况和施工机具条件，认真编制施工组织设计，选择合适的钻孔机具和方法，精心操作，确保顺利成孔和安装锚杆并顺利灌注。

2.在钻进过程中，应认真控制钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻、坍孔、掉块、涌砂和缩颈等各种通病的出现，一旦发生孔内事故，应尽快进行处理，并配备必要的事故处理工具。

3.干作业钻机拔出钻杆后要立即注浆，以防塌孔；水作业钻机拔出钻杆后，外套留在孔内不会坍孔，但亦不宜间隔时间过长，以防流砂涌人管内，造成堵塞。

4.锚杆安装应按设计要求，正确组装，正确绑扎，认真安插，确保锚杆安装质量。

5.锚杆灌浆应按设计要求，严格控制水泥浆、水泥砂浆配合比，做到搅拌均匀，并使注浆设备和管路处于良好的工作状态。

6.施加预应力应根据所用锚杆类型正确选用锚具，并正确安装台座和张拉设备，保证数据准确可靠。