支护结构破坏形式总结

（一）非重力式支护结构的破坏

1.非重力式支护结构的强度破坏

（1）拉锚破坏或支撑压曲。

（2）支护墙底部走动。

（3）支护墙的平面变形过大或弯曲破坏。

图1-25　非重力式支护结构的破坏形式

2.非重力式支护结构的稳定性破坏

（1）墙后土体整体滑动失稳。

（2）坑底隆起。

（3）管涌。

（二）重力式支护结构的破坏

重力式支护结构的破坏亦包括强度破坏和稳定性破坏两方面。其强度破坏只有水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为此需验算最大剪应力处的墙身应力。其稳定性破坏包括倾覆、滑移、土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌。

（三）拉锚

拉锚是将钢筋或钢丝绳一端固定在支护板的腰梁上，另一端固定在锚碇上，中间设置花篮螺丝以调整拉杆长度。

锚碇的做法：当土质较好时，可埋设混凝土梁或横木做锚碇；当土质不好时，则在锚碇前打短桩。拉锚的间距及拉杆直径要经过计算确定。

拉锚式支撑在坑壁上只能设置一层，锚碇应设置在坑壁主动滑移面之外。当需要设多层拉杆时，可采用土层锚杆。

图1-26　拉锚式支撑

（四）土层锚杆

1.土层锚杆的构造

土层锚杆通常由锚头、锚头垫座、支护结构、钻孔、防护套管、拉杆（拉索）、锚固体、锚底板（有时无）等组成。

图1-27　土层锚杆的构造

1.锚头；2.锚头垫座；3.支护结构；4.钻孔；
5.防护套管；6.拉杆（拉索）；7.锚固体；8.锚底板

2.土层锚杆的类型

（1）一般灌浆锚杆。钻孔后放入受拉杆件，然后用砂浆泵将水泥浆或水泥砂浆注入孔内，经养护后，即可承受拉力。

（2）高压灌浆锚杆（又称预压锚杆）。其与一般灌浆锚杆的不同点是在灌浆阶段对水泥砂浆施加一定的压力，使水泥砂浆在压力下压入孔壁四周的裂缝并在压力下固结，从而使锚杆具有较大的抗拔力。

（3）预应力锚杆。先对锚固段进行一次压力灌浆，然后对锚杆施加预应力后锚固，并在非锚固段进行不加压二次灌浆，也可一次灌浆（加压或不加压）后施加预应力。这种锚杆可穿过松软地层而锚固在稳定土层中，使结构物变形减小。我国目前大都采用预应力锚杆。

（4）扩孔锚杆。用特制的扩孔钻头扩大锚固段的钻孔直径，或用爆扩法扩大钻孔端头，从而形成扩大的锚固段或端头，可有效提高锚杆的抗拔力。扩孔锚杆主要用在松软地层中。

在灌浆材料上，可使用水泥浆、水泥砂浆、树脂材料、化学浆液等作为锚固材料。

3.土层锚杆施工

土层锚杆施工包括钻孔、安放拉杆、灌浆和张拉锚固。在正式开工之前还需进行必要的准备工作。

（1）选择钻孔机械。土层锚杆钻孔用的钻孔机械，按工作原理分为旋转式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔机三类，主要根据土质、钻孔深度和地下水情况进行选择。

（2）土层锚杆钻孔应达到的要求。

孔壁要平直，以便安放钢拉杆和灌注水泥浆。

孔壁不得坍陷和松动，否则影响钢拉杆安放和土层锚杆的承载能力。

钻孔时不得使用膨润土循环泥浆护壁，以免在孔壁上形成泥皮，减少锚固体与土壁间的摩阻力。

土层锚杆的钻孔多数有一定的倾角，因此孔壁的稳定性较差。

（3）安放拉杆。土层锚杆常用的拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线，主要根据土层锚杆的承载能力和现有材料来选择。承载能力较小时，多用粗钢筋；承载能力较大时，我国多用钢绞线。

①钢筋拉杆。钢筋拉杆由一根或数根粗钢筋组合而成，如为数根粗钢筋，则需绑扎或用电焊连接成一个整体。其长度等于锚杆设计长度加张拉长度（等于支撑围檩高度加锚座厚度和螺母高度）。

对有自由段的土层锚杆，钢筋拉杆的自由段要进行防腐和隔离处理。防腐层施工时，宜先清除拉杆上的铁锈，再涂一度环氧防腐漆冷底子油，待其干燥后，再涂二度环氧玻璃钢（或聚氨酯预聚体等），待其固化后，再缠绕两层聚乙烯塑料薄膜。

对于钢筋拉杆，国外常用的几种防腐蚀方法是：

A.将经润滑油浸渍过的防腐带用粘胶带绕在涂有润滑油的钢筋上。

B.将半刚性聚氯乙烯管或厚2～3 mm的聚乙烯管套在涂有润滑油（厚度大于2 mm）的钢筋拉杆上。

C.将聚丙烯管套在涂有润滑油的钢筋拉杆上，制造时这种聚丙烯管的直径为钢筋拉杆直径的2倍左右，装好后加以热处理则收缩紧贴在钢筋拉杆上。(www.xing528.com)

钢筋拉杆的防腐，一般采用将防腐系统和隔离系统结合起来的办法。

土层锚杆的长度一般在10 m以上，有的达30 m甚至更长。为了将拉杆安置在钻孔的中心，防止自由段产生过大的挠度和插入钻孔时不搅动土壁，同时增加拉杆与锚固体的握裹力，需在拉杆表面设置定位器（或撑筋环）。钢筋拉杆的定位器用细钢筋制作，在钢筋拉杆轴心按120°夹角布置，间距一般2～2.5 m。定位器的外径宜小于钻孔直径10 mm。

图1-28　粗钢筋拉杆用的定位器

1.挡土板；2.支承滑条；3.拉杆；4.半圆环；5.φ38钢管内穿φ32拉杆；
6.35×3钢带；7.φ32钢筋；8.φ65钢管；9.灌浆胶管

②钢丝束拉杆。钢丝束拉杆可以制成通长一根，它的柔性较好，向钻孔中沉放较方便。但施工时应将灌浆管与钢丝束绑扎在一起同时沉放，否则放置灌浆管有困难。

钢丝束拉杆的自由段需理顺扎紧，然后进行防腐处理。防腐方法：用玻璃纤维布缠绕两层，外面再用粘胶带缠绕，亦可将钢丝束拉杆的自由段插入特制护管内，护管与孔壁间的空隙可与锚固段同时进行灌浆。

钢丝束拉杆的锚固段亦需用定位器，该定位器为撑筋环，如图1-29所示。钢丝束的钢丝分为内外两层，外层钢丝绑扎在撑筋环上，撑筋环的间距为0.5～1 m，这样锚固段就形成一连串的菱形，使钢丝束与锚固体砂浆的接触面积增大，增强粘结力；内层钢丝则从撑筋环的中间穿过。

图1-29　钢丝束拉杆的撑筋环

1.锚头；2.自由段及防腐层；3.锚固体砂浆；4.撑筋环；
5.钢丝束结；6.锚固段的外层钢丝；7.小竹筒

钢丝束拉杆的锚头要能保证各根钢丝受力均匀，常用镦头锚具等，可按预应力结构锚具选用。

沉放钢丝束时要对准钻孔中心，如有偏斜易将钢丝束端部插入孔壁内，既破坏孔壁，造成坍孔，又可能堵塞灌浆管。为此，可用长25 cm的小竹筒将钢丝束下端套起来。

③钢绞线拉杆。钢绞线拉杆的柔性更好，向钻孔中沉放更容易，因此在国内外应用得比较多，用于承载能力大的土层锚杆。

锚固段的钢绞线要仔细清除其表面的油脂，以保证与锚固体砂浆有良好的粘结。自由段的钢绞线要用聚丙烯防护套等进行防腐处理。

钢绞线拉杆需用特制的定位架。

（4）压力灌浆。压力灌浆是土层锚杆施工中的一道重要工序。施工时，应将有关数据记录下来，以备将来查用。

灌浆的作用是：形成锚固段，将锚杆锚固在土层中；防止钢拉杆腐蚀；充填土层中的孔隙和裂缝。

灌浆的浆液为水泥砂浆（细砂）或水泥浆，水泥一般不宜用高铝水泥。由于氯化物会引起钢拉杆腐蚀，因此其含量不应超过水泥重的0.1%。由于水泥水化时会生成SO3，所以硫酸盐的含量不应超过水泥重的4%。我国多用普通硅酸盐水泥。

拌和水泥浆或水泥砂浆所用的水，一般应避免采用含高浓度氯化物的水，因为它会加速钢拉杆的腐蚀。若对水质有疑问，应事先进行化验。

选定最佳水灰比亦很重要，要使水泥浆有足够的流动性，以便用压力泵将其顺利注入钻孔和钢拉杆周围，同时还应使灌浆材料收缩小和耐久性好，所以一般常用的水灰比为0.4～0.45。

灌浆方法有一次灌浆法和二次灌浆法两种。一次灌浆法只用一根灌浆管，利用泥浆泵进行灌浆，灌浆管管端距孔底20 cm左右，待浆液流出孔口时，用水泥袋等捣塞入孔口，并用湿黏土封堵孔口，严密捣实，再以2～4 MPa的压力进行补灌，要稳压数分钟灌浆才告结束。

二次灌浆法要用两根灌浆管，第一次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端50 mm左右，管底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管口。第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端1000 mm左右，管底出口处亦用黑胶布封住，且从管端500 m处开始向上每隔2 m左右做出1 m长的花管，花管的孔眼为φ8 mm，花管做几段视锚固段长度而定。

图1-30　二次灌浆法灌浆管的布置

1.锚头；2.第一次灌浆用灌浆管；3.第二次灌浆用灌浆管；
4.粗钢筋锚杆；5.定位器；6.塑料瓶

第一次灌浆是灌注水泥砂浆，利用普通的单缸活塞式压浆机，其压力为0.3～0.5 MPa，流量为100 L/min。水泥砂浆在上述压力作用下冲破封口的黑胶布流向钻孔。钻孔后曾用清水洗孔，孔内可能残留有部分水和泥浆，但由于灌入的水泥砂浆相对密度较大，因此能够将残留在孔内的泥浆等置换出来。第一次灌浆量根据孔径和锚固段的长度而定。第一次灌浆后把灌浆管拔出，可以重复使用。

待第一次灌注的浆液初凝后进行第二次灌浆，利用泥浆泵，控制压力为2 MPa左右，稳压2 min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，增加径向压应力。由于挤压作用，锚固体周围的土压缩，孔隙比减小，含水量减少，土的内摩擦角增大。因此，二次灌浆法可以显著提高土层锚杆的承载能力。

图1-31　第二次灌浆后锚固体的截面

1.钢丝束；2.灌浆管；3.第一次灌浆体；4.第二次灌浆体；5.土体

国外对土层锚杆进行二次灌浆多采用堵浆器。我国采用上述方法进行二次灌浆，由于第一次灌入的水泥砂浆已初凝，在钻孔内形成“塞子”，借助这个“塞子”的堵浆作用，可以提高第二次灌浆的压力。

对于二次灌浆，国内外都尝试用化学浆液（如聚氨酯浆液等）代替水泥浆，这些化学浆液渗透能力强，且遇水后产生化学反应，体积可膨胀数倍，既可提高土的抗剪能力，又可形成如树根那样的脉状渗透网。

如果钻孔时利用了外套管，还可利用外套管进行高压灌浆。其顺序是：向外拔几节外套管（一般每节长1.5 m），加上帽盖，加压灌浆一次，压力约2 MPa；再向外拔几个外套管，再加压灌浆，如此反复进行，直至全部外套管拔出。

（5）张拉和锚固。土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%设计强度以上，便可对锚杆进行张拉和锚固。张拉前先在支护结构上安装围檩。张拉用设备与预应力结构张拉所用设备相同。

从我国目前情况看，钢拉杆为变形钢筋者，其端部加焊一螺丝端杆，用螺母锚固。钢拉杆为光圆钢筋者，可直接在其端部攻丝，用螺母锚固。如用精轧钢纹钢筋，可直接用螺母锚固。张拉粗钢筋用一般千斤顶。

钢拉杆和钢丝束者，锚具多为镦头锚，亦用一般千斤顶张拉。

预加应力的锚杆，要正确估算预应力损失，导致预应力损失的因素主要有：

①张拉时由摩擦造成的预应力损失；

②锚固时由锚具滑移造成的预应力损失；

③钢材松弛产生的预应力损失；

④相邻锚杆施工引起的预应力损失；

⑤支护结构（板桩墙等）变形引起的预应力损失；

⑥土体蠕变引起的预应力损失；

⑦温度变化造成的预应力损失。

上述七种预应力损失，应结合工程具体情况进行计算。