 Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2013, 2, 66-71 http://dx.doi.org/10.12677/hjce.2013.21012 Published Online February 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjce.html) Technical Measures of Improving Self-Drilling Anchor Pullout Resistance Xiaodo ng Feng Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co., Ltd., Jinan Email: zyjsjszlb@163.com Received: Jan. 14th, 2013; revised: Feb. 2nd, 2013; accepted: Feb. 12th, 2013 Abstract: Due to the influence of the geological conditions and other factors, pullout resistance of self-drilling anchor can’t achieve the design requirements appearing from time to time. How to improve the self-drilling anchor pullout resistance is an important question that must be considered in the self-drilling anchor supporting. Take Chengde Steel sintering machine renovation project of No.5 slope (VK0 + 226.94-K0 + 270.64) supporting as an example, describing the factors that affecting the self-drilling anchor pullout resistance, discussing technical measures to improve the self- drilling anchor pullout resistance mainly from drilling into the hole process, hole cleaning method, drilling technology parameter selection, grouting control and so on. Keywords: Self-Drilling Anchor; Pullout Resistance; Bond Strength; Technical Measures; Retaining Walls 提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 冯小冬 山东正元建设工程有限责任公司，济南 Email: zyjsjszlb@163.com 收稿日期：2013 年1月14 日；修回日期：2013年2月2日；录用日期：2013 年2月12 日 摘 要：由于受地层条件等诸因素的影响，自钻式锚杆抗拔力达不到设计要求的情况时有出现。如何提高自钻 式锚杆抗拔力是采用自钻式锚杆支护时必须考虑的一个重要问题。以承德钢厂烧结机改造工程 5#边坡(VK0 + 226.94-K0 + 270.64)支护为例，介绍了影响自钻式锚杆抗拔力的因素，主要从钻进成孔工艺、清孔方法、钻进技 术参数选择、注浆控制等方面论述了提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施。 关键词：自钻式锚杆；抗拔力；粘结强度；技术措施；挡土墙 1. 引言 普通锚杆主要适用于较完整地层。当遇到较破碎 或由回填物堆积形成的地层时，采用潜孔钻机成孔， 孔内易坍塌，普通锚杆杆体无法顺利放入孔内。这种 情况下，可采用自钻式锚杆。由于自钻式锚杆将钻孔、 锚杆安装、注浆、锚固合而为一[1]，弥补了普通锚杆 对地层的针对性要求，并且保证了注浆体的饱满[2]。 自钻式锚杆是近年来发展起来的一种新型锚固 工艺。它是不用套管、钻杆就可以在破碎岩层、松散 土层等钻进和注浆的全螺纹杆体。因其具有施工方 便、可靠、高效、造价相对低等特点，在松散、破碎、 成孔后极易塌孔的边坡、基坑、巷道、土钉墙、拉背 式锚杆挡墙等复杂地层支护工程中得到较为广泛的 应用[3]。 由于受地层条件等诸因素的影响，注浆不饱满， 自钻式锚杆抗拔力往往低于普通锚杆[4]。自钻式锚杆 作为锚杆挡土墙中的主要受力构件，能否提供满足设 计要求的抗拔力是确保挡土墙稳定的关键。 Copyright © 2013 Hanspub 66  提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 承德钢厂烧结机改造工程 5# 边坡因有碎石 土成 孔困难，采用自钻式锚杆支护方案，首先进行了自钻 式锚杆试验，在此基础上，分析了影响自钻式锚杆抗 拔力的诸因素，有针对性地制定了提高锚杆抗拔力的 技术措施，工程质量满足了设计要求，实现了预期目 标。 2. 工程概况 承德钢厂烧结机改造工程 5#边坡(VK0 + 226.94-K0 + 270.64)位于河北省承德市双栾区。边坡 高14 m，坡 度75˚，边坡上部有一宽 7 m 的厂区道路。 由于路基有碎石土，场地内无地下水，临时道路又不 能破坏，故采用自钻式锚杆挡土墙进行支护。 根据中勘冶金勘察研究院提供的地质勘察报告， 在进入 6~8 m左右，地基土质已达强风化岩层。地基 土质由上至下，依次为碎石素填土、粉质粘土层、强 风化角闪斜长片麻岩，地基土物理力学指标见表 1。 该工程由我公司设计、施工，承德恒达公司监理。 基础采用人工挖孔桩 + 连梁 ，支护部分采 用锚杆挡 土墙，支护剖面见图 1。 自钻式锚杆设计要求如下： 1) 锚杆直径 d = 110 mm，锚杆嵌入微分化岩有效 Table 1. Physical and mechanical indexes of foun dation soil 表1. 地基土物理力学指标 地层 岩土层名称 层厚(m) 承载力特征值 fk(kPa) 土或岩石与锚固体粘结强度特征值 frb(kPa) 1 碎石素填土 4.0~6.0 <150 50 2 粉质粘土 2.0~3.5 160 35 3 强风化岩 6.0~12.0 260 400 Figure 1. Cross-sectional view of No.5 slope (VK0 + 226.94-K0 + 270.64) supporting 图1. 5#边坡(VK0 + 226.94-K0 + 270.64)支护剖面图 Copyright © 2013 Hanspub 67  提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 深度 L = 3000 mm。 2) 锚杆用Φ60 自钻式锚杆，基础及面板混凝土 强度等级为 C30，混凝土中掺 10%TEA 微膨胀剂(水 泥替换率)。 3) 锚杆之间的中心间距不小于 2000 mm。 4) 灌浆前，将锚杆孔清理干净。 5) 在进行上部结构施工之前做锚杆抗拔试验，单 根锚杆抗拔承载力不小于 200 kN。 3. 自钻式锚杆抗拔力影响因素分析 目前，自钻式锚杆的施工还没有较为完善的规范 或规程，施工单位大多参考《锚杆喷射混凝土支护技 术规范》GB 50086-2001、《岩土锚杆(索)技术规程》 (CECS 22:2005)、《建筑基坑支护技术规程》 (JGJ120-99) 、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 (GB50202-2002)和《建 筑施工手册(第四版)》等有关 锚杆支护工程的内容。 我公司首次采用自钻式锚杆施工，虽有锚杆(索) 支护工程施工的经验，但因其施工工艺与自钻式锚杆 有较大差别，所以不能依据这些规范和以往经验。 本工程地层复杂、难度大、工期紧，为不因自钻 式锚杆施工经验不足而导致窝工和返工，必须做到即 满足合同工期，又确保达到工程质量目标。 3.1. 自钻式锚杆试验 我们参考自钻式锚杆支护工程施工的相关资料， 确定锚杆施工的工艺流程为：测量布点→拉杆材料购 买→成孔→清孔→安放杆体→注浆→锚杆养护→七 天后抗拔力试验，并确定先在基础外做 3根试验锚杆， 以找出影响锚杆抗力的因素。 考虑到放样的准确性和钻机架放的平整，按设计 标高先组织做好人工挖孔桩施工，再测量布点。 由于工期紧迫，在进行基础、放样的同时，开始 施工 3根试验锚杆，施工过程如下： 1) 按设计要求选择自钻式锚杆：采用 Φ60 锚杆， 要求表面干净、无锈、无油污，尺寸符合设计要求， 并符合防腐设计要求。 2) 因深度较浅，成孔采用锚杆钻机，确保孔径不 小于 110 mm，孔垂直度偏差小于 1%，孔位误差小于 10 mm，孔深误差小于 30 mm。 3) 送高压风清孔。 4) 注M30 水泥浆。 7天后，由中勘冶金勘察研究院岩土工程测试中 心对试验锚杆抗拔力进行了检测，结果有 1根达不到 设计要求。对此，我们分别与设计和勘察单位联系， 首先从设计理论中找出影响锚杆抗拔力的主要因素 是：锚固体直径、锚固体长度(主要为入岩深度)及锚 固体强度。设计和勘察单位认为，要确保锚杆抗拔力， 主要是清孔和注浆两道工序要做好，如果注浆饱满度 达不到要求，将影响岩石与锚杆的粘结强度。 3.2. 自钻式锚杆抗拔力影响因素分析 锚固体的直径和长度是影响自钻式锚杆抗拔力 的因素，但可以通过成孔机械、自钻式锚杆长度和钻 头来控制，不是施工控制的主要因素。 在软质岩或风化岩层中，锚孔壁对砂浆的抗剪强 度一般低于砂浆对钢拉杆的粘结力。因此，软质岩及 风化岩层中的锚杆极限抗拔力受孔壁抗剪强度所控 制。从已有的拉拔试验资料中表明软质岩和风化岩层 的极限抗拔力数值相差很大，主要是抗拔强度受到许 多条件和地质因素(如岩层的性质、埋藏深度、地下水、 钻孔工艺、不同灌浆方法等)的影响[5]。提高注浆体与 土层间的粘结强度是保证自钻式锚杆抗拔力的关键。 地层条件是不能改变的，但提高注浆体与岩层间 的粘结强度，可从保证清孔质量和注浆质量这两个方 面进行控制，分别对清孔和注浆质量不符合设计要求 的原因用亲和图法(KJ 法)进行了分析，见图2、图 3。 3.3. 自钻式锚杆抗拔力主要影响因素确认 在清孔质量和注浆质量达不到要求的原因亲和 图分析基础上，通过多次分析讨论，确认了影响自钻 式锚杆抗拔力的主要因素。 1) 钻进成孔工艺不合理 一是钻进方法选择不当，采用普通地质钻机钻 进，成孔质量得不到保证；二是钻进技术参数选择不 当，为求速度，追效率，锚杆钻机钻进成孔速度偏快， 使孔壁不光滑，岩块掉落，降低了注浆体与土层间的 粘结强度。 2) 清孔方法选择不当 一是选用清孔机械风压小，清孔时只能冲出微小 Copyright © 2013 Hanspub 68  提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 清孔质量不符合要求 孔周边土落入孔内 振动影响大 孔内有积水、岩屑 清孔不当 钻孔时留在孔内的岩屑 过多 钻进方法不当 孔壁不光滑 钻孔方法选用不当 管理人员检查不到位 不熟悉清孔标准 Figure 2. Affinity diagram analysis of reason for the clear hole quality failing to meet required 图2. 清孔质量达不到要求的原因亲和图分析 水灰比不符合要求 注浆 方法方法不对 注浆机压力控制 注浆 量计量合理 操作 人员无质量意识 管理 人员检查不到位 Figure 3. Affinity diagram analysis of reason for grouting quality failing to meet required 图3. 注浆质量达不到要求的原因亲和图分析 的岩屑，对于稍大的岩屑却不能冲走，影响注浆质量； 二是不熟悉清孔标准。由于事先没有定出清孔标准 确，以致管理人员不清楚清孔要达到何种标准才满足 要求。 3) 配料工序控制不严格 配料工序交底不清，用料不计量，误差大，影响 了注浆体强度。 4) 注浆工艺控制不当 施工人员质量意识淡薄，为保证注浆不堵管，配 制水泥浆时水灰比过大，水泥浆搅拌时间短，压力表 失灵，注浆压力控制不当，有的孔注浆不饱满。 5) 操作人员质量意识差，施工管理制度执行力度 不够 由于现场缺乏严格的自钻式锚杆施工管理制度 或执行力度不够，送料人员不按要求计量，仅凭经验 估计放料，误差大，注浆工艺不符合设计要求。 Copyright © 2013 Hanspub 69  提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 4. 提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 根据已确定的影响自钻式锚杆抗拔力的主要原 因，通过逐一讨论，制定了提高自钻式锚杆抗拔力的 技术措施。 4.1. 选择合理的钻进成孔工艺 1) 钻孔严禁用水，应采用高压风冲孔、排渣、降 温作业； 2) 确定钻头直径，采用锚杆钻机钻孔，钻孔时随 时检查钻杆的垂直度，不使锚孔偏斜，随进尺用细风 管吹空孔内岩屑； 3) 选择合理的钻进技术参数。钻进速度以孔内排 渣能力为决定因素，开孔钻进速度较快时，每钻进 450~500 mm停钻一次，集中进行排渣冲孔，然后降 低钻进速度，调整优化钻进速度为 2~2.5 m/h，确保孔 径及光滑度。至设计深度后，继续钻进 50~l00 mm， 采用高压风集中排渣冲孔一次，将未排干净或局部塌 孔的渣屑尽可能全部排出孔外。钻进间歇时来回攒动 钻杆，使孔壁尽量光滑。 4.2. 选用能清除孔内岩屑的风压和方法 1) 选用细风管进行清孔，能在瞬间将孔内所有杂 物(包括水)全部冲出来； 2) 掌握风管下入孔内的正确方法； 3) 风压控制在0.2~0.3 MPa； 4) 来回攒动风管，清孔次数不少于 3次。 4.3. 严格控制配料工序 1) 用料符合要求，水泥、膨胀剂等材料应有合格 证，进场进行见证取样，并按规定抽样送检合格后才 能投入使用，进场材料由质量员负责验收； 2) 班组长班前对送料人员进行交底，要求严格按 水灰比计量准确； 3) 质量员作好抽查工作，对没有称量即投料者重 罚。 4.4. 严格控制注浆工序 1) 注浆前一定要对注浆泵、压力表、注浆管的状 况进行严格检查，确定注浆泵泵头大小能保证注浆管 不堵塞、注浆压力显示准确、管路畅通； 2) 注浆前，将钻杆提升 50~l00 mm，避免钻孔底 部土体堵塞注浆孔； 3) 使用注浆泵前应经过标定，确定压力表读数与 实际压力之间的关系，以便控制； 4) 采用 2次注浆法，确定注浆压力控制在 0.3~0.5 MPa，注浆速度适当降低。注浆量根据深度而定，当 浆液达到一定值后，浆液从注浆管底部溢出，直到注 浆量达到要求为止。压浆时拔管不能太快。浆液达到 一定值后，从注浆底部溢出，再稳压 2 min，便完成 注浆工序； 5) 注浆浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液在初凝前 用完，严防石块、杂物混入浆液； 6) 浆液一经拌和应尽快使用，拌和后超过1h的 浆液不得投入使用。 4.5. 制定严格的施工管理制度 1) 加强质量意识教育，提高操作人员质量意识； 2) 加强技术交底和检查，熟悉清孔标准。技术人 员首先掌握细风管的使用，再交底给操作人员，使操 作人员能按要求使用注浆机注浆；班组长做好班前技 术交底，要求送料人员严格按设计配合比配料； 3) 质检员跟班监督注浆，发现不安设计要求操作 的行为立即禁止； 4) 项目部加强检查力度，定期检查注浆施工管理 制度执行情况； 5) 明确岗位责任，执行奖惩措施，对不执行管理 制度的进行严厉惩罚。 5. 检查效果 按照制定的技术措施，做第二组试验锚杆(2 根)， 及时进行质量控制，当天完成钻孔和注浆工作。7天 后进行锚杆抗拔试验，抗拔力满足了设计要求。 锚杆正式施工时按照第二组试验锚杆的成熟工 艺操作。施工前，进行了严格的施工组织，对锚杆按 序进行了编号，以方便施工管理与检测，施工全过程 同监理单位进行监督，所有工序交叉作业，锚杆加工 经监理单位验收合格后方准使用。施工时共投入 2套 设备，并配备专人对整个施工过程进行记录。 工程竣工后，按照设计与规范要求进行了锚杆抗 拔试验，抗拔力均达到设计要求。 Copyright © 2013 Hanspub 70  提高自钻式锚杆抗拔力的技术措施 Copyright © 2013 Hanspub 71 6. 结语 1) 自钻式锚杆具有普通的锚杆所不具备的优势， 在碎石层、砂层、碎石土层等成孔时，用自钻式锚杆 可以省去套管，在成孔的同时注入水泥浆来固结孔 壁，防止坍孔，简化了施工程序，节省了造价，缩短 了工期，具有较好的经济效益和社会效益。 2) 自钻式锚杆施工是技术性较强的工作，各工序 操作必须一丝不苟，否则就会因某一工序的疏忽而影 响整根锚杆的施工质量。因此，操作人员必须有较高 的技术素质，分工明确，各负其责。 3) 在自钻式锚杆正式施工前，应做试验锚杆，以 确定施工参数，便于指导实际施工。如试验锚杆存在 抗拔力不足的问题，要找出原因并重新做试验锚杆， 直至符合要求后，方可全面展开施工。 4) 锚杆成孔机械的选用，即要考虑保证钻孔质 量，又要便于孔内岩屑排出。 5) 为避免多次清孔操作，清孔方法一定要选好， 最好一次清孔到位。 6) 必须使用正确的注浆工艺，并控制好注浆压力 和注浆次数。 参考文献 (References) [1] 程良奎, 范景伦, 韩军. 岩土锚固 [M]. 北京: 中国建筑工业 出版社, 2003. 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