锚杆系统基础知识要点

锚杆作为一种支护形式用作基坑围护工程已近五十年，它一端与围护墙连接，另一端锚固在稳定地层中，使作用在围护结构上的水土压力，通过自由段传递到锚固段，再由锚固段将锚杆拉力传递到稳定土层中去。与其他设置内支撑的支护形式相比，采用锚杆支护形式，节省了大量内支撑和竖向支承钢立柱的设置和拆除，因此经济性相对于内支撑支护形式具有较大的优势，而且由于锚杆设置在围护墙的背后，为基坑工程的土方开挖、地下结构施工创造了开阔的空间，有利于提高施工效率和地下工程的质量。但锚杆支护受到地层条件和环境条件的限制，主要指传力地层的地质条件使锚杆力能否有效地传递，以及锚杆有可能超越用地红线对红线以外的已建建（构）筑物形成不利影响或者形成将来地下空间开发的障碍。

锚杆结构一般由锚头、自由段以及锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体（普通钢筋或者预应力筋）与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。锚杆按其使用年限分为临时性锚杆（使用时间<2 年）和永久性锚杆（使用时间>2 年）。临时性锚杆和永久性锚杆的设计安全度、防腐处理以及锚头构造都有不同的要求。作为基坑工程使用的锚杆，有效作用时间通常都在一年左右，因此对用于基坑支护的锚杆可按临时性锚杆考虑。

锚杆支护技术在基坑工程领域经过多年的应用和发展，已经形成多种成熟的、可供选择的锚杆形式。锚杆的具体选型需根据工程水文土层地质条件、周边环境情况以及基坑工程的面积及开挖深度等特点确定。

一、预应力锚杆与非预应力锚杆

锚杆一般按照是否施工预应力可分为预应力锚杆和非预应力锚杆。预应力锚杆由自由段和锚固段组成，一般采用钢绞线作为锚杆杆体。施工流程上应先成孔，其后放置锚杆杆体，之后进行锚杆浆体的施工，浆体施工完毕并达到设计要求的强度之后，对钢绞线进行张拉施工预应力。由于预应力锚杆需进行张拉的程序，锚杆在下层土方开挖之前便可提供支护锚固力，因此该类型锚杆具有控制变形能力强的特点，而且前期的张拉工序能预先检验锚杆的承载力，质量更容易得到保证。预应力锚杆施工工艺相对复杂、施工造价相对较高，但具有承载能力高、控制基坑变形能力强的特点，适用于对周围环境保护要求较高、开挖深度较深的深基坑工程中。

非预应力锚杆与预应力锚杆不同，没有自由锻通长均为锚固段，采用普通的钢筋作为锚杆杆体，锚杆成孔后置入钢筋杆体，进行注浆后即完成锚杆的所有工序。该类型锚杆需在基坑开挖下批土方，锚杆产生变形趋势之后才发挥锚固作用，因此控制基坑变形能力相对于预应力锚杆差，而且缺乏成套行之有效的检验手段和施工质量控制标准。非预应力锚杆控制基坑变形能力和承载能力一般，但施工工艺简单、工序少而且工程造价相对较低，一般适用于周围环境无特殊保护要求、开挖深度一般的深基坑工程中。

预应力锚杆与非预应力锚杆结构构造的比较

二、拉力型锚杆与压力型锚杆

拉力型锚杆与压力型锚杆的共性特点在于工作状态时锚杆杆体均处于受拉状态，不同点在于锚杆受荷后其固定段内的灌浆体分别处于受拉或者受压状态。

拉力型锚杆工作时，锚杆灌浆体处于受拉状态，由于灌浆体抗拉强度很小，工作状态时浆体容易出现张拉裂缝，地下水极易通过裂缝渗入锚杆内部，从而导致锚杆杆体长期的防腐性差。但拉力型锚杆结构简单、施工方便以及具有较好的经济性，因此该类型锚杆在无特殊要求的深基坑工程中得到较为广泛的应用，当前基坑工程中的锚杆多采用此类型锚杆。

压力型锚杆工作状态灌浆体受压，灌浆体不易开裂，锚杆防腐蚀性较好，可用于永久性锚固工程，而且灌浆体受压性能远优于其受拉性能，因此压力型锚杆受力性能优于拉力型锚杆，另外由于锚杆芯体与灌浆体之间采取隔离措施，为锚杆使用完毕回收锚杆芯体创造了条件。总的来看，压力型锚杆施工工艺相对于拉力型锚杆复杂，而且造价也相对较高，一定程度限制其应用发展，但其防腐蚀性能较好，特别是具有可锚杆芯体可回收、对周边地下空间开发不造成障碍的特点，是今后基坑工程支护形式的发展应用方向之一。

三、单孔单一锚固和单孔复合锚固

单孔单一锚固指在一个钻孔中只有一根独立的锚杆，其预应力仅通过唯一一个锚固体传递至地层，锚固体会出现严重的应力集中现象，而应力集中过大将易产生锚固浆体破坏或周围地层的破坏，从而降低锚杆的承载力。上述的拉力型锚杆及压力型锚杆均属于单孔单一锚固型锚杆，由于单孔单一锚固型施工工艺相对简单、工艺成熟、具有大量的实践经验和理论基础，因此目前工程中大量使用的是单孔单一锚固型锚杆。

随着深基坑工程呈深、大方向的发展，对锚杆承载力等性能要求更高，由于单孔单一锚固型锚杆难以克服应力集中的负面因素，其承载力难以较大幅度的提升，单孔复合锚固型锚杆则是一种较为新型的锚杆，其是在同一钻孔中设置多个单元锚杆，以将原本集中的荷载均匀分散至多个单元锚杆之上，从而大大改善单孔单一锚固型锚杆应力集中的现象，使其具有相同长度下相对于单孔单一锚固型锚杆具有更高的锚固力，大幅度的提高锚杆的承载力以及其他方面的性能。

单孔复合锚固体系与单孔单一锚固体系的比较

四、可拆卸回收式锚杆

当基坑邻近建筑物红线而不允许采用永久式锚杆时，或者基坑周边地下空间有开发的规划，不允许设置永久性锚杆时，应采用可拆卸回收式锚杆，待基坑工程施工结束，锚杆结束其服务期后，便可将其中的钢绞线从孔中抽出回收，达到回收锚杆杆体的目的，从而避免对后续地下空间的开发形成障碍。

根据杆体回收的不同机理，目前工程中一般有机械式可回收锚杆、化学式可回收锚杆以及力学式可回收锚杆等三种可拆卸回收式锚杆。

五、玻璃纤维锚杆

玻璃纤维锚杆的应用与可拆卸回收式锚杆一样，同样是为了不影响周围地下空间的开发，即锚杆杆体的材料采用玻璃纤维，利用玻璃纤维抗拉强度高，抗剪、抗折强度低、脆性的特点，机械可断不会对影响范围的地下空间开发形成障碍物。

由于玻璃纤维抗剪强度较低，在竖向变形较大的区域应慎重，以避免因竖向变形过大造成杆体剪断。因此当基坑周边环境对变形要求较高，采用玻璃纤维锚杆进行支护时应慎重，若必须采用玻璃纤维锚杆，应考虑适当增加其截面。

六、自钻式中空注浆锚杆

自钻式中空注浆锚杆是一种新型锚杆，其将钻孔、锚杆安装、注浆、锚固合而为一，具有施工速度快、锚固力大、防腐性能好、工艺简单等特点。其注浆工艺是在钻孔后立即从锚杆的中孔向内注浆，浆液达到孔底后，即沿着孔壁与锚杆壁间自底向孔口进行充填，因而不仅保证了及时支护地层，同时也保证了钻孔中注浆的饱满，并能充填钻孔周壁的地层缝隙，增大了锚固力。另外，由于孔外锚端的螺母拧紧力作用，可作为预应力锚杆进行设计。

自钻式中空注浆锚杆适合在破碎而极易坍孔的地层中应用，甚至在砂卵石或淤泥质地层中也能采用，从根本上扭转了在松软、破碎等不良地层中无法安放锚杆或锚杆长度不能满足设计要求的状况。

七、全套管跟进锚杆

在高地下水位、粉砂土地基中进行锚杆施工时，如不采用辅助措施直接钻孔，容易产生坍孔、流砂，土颗粒大量流失造成周边地面沉陷，严重时将影响到基坑工程的安全。此时可采用全套管跟进锚杆，即在孔口外接套管斜向上一定高度、套管内灌水保持水压平衡后再进行钻孔施工，从而避免钻孔发生流砂、坍孔现象。