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摘要：随着锚杆加固技术的成熟，锚杆在基坑建设、护坡工程中应用范围越来越广。可回收锚杆具有施工简便、支护及时、可回收、成本低等优点.通过现场试用，已证明很有推广价值。本文介绍了锚杆与气囊相结合设计出了新型可回收锚杆，重点分析了技术原理、基本技术参数、施工要点、技术特点及其适用范围等。
关键词：基坑支护；锚杆；可回收；气囊
锚固技术在我国应用极为广泛，但如何改善其锚固效果始终是摆在岩土工作者面前的一件首要大事。从目前岩土锚固技术发展过程来看，大多数是从改善锚杆荷载传递机理着手，开发具有更好受力性能的新型锚杆，使之在有更高要求的岩土锚固工程中取代现阶段普遍采用的传统拉力型锚杆。如何开发出高效、实用的新型锚杆是目前乃至今后很长一段时间内的重要任务。
1、可回收锚杆技术分析
1.1技术原理
可回收锚杆采用空心板气囊填入设计钻好的孔洞中，利用气囊的形状制模。气囊形状主要由一个圆柱体和一个长方体组成，且在圆柱体和长方体的交界处有 与长方体长边垂直的的两段小长方体（端部为弧线），分别从长边中点延至圆柱体边缘。使用气囊时在外表面涂脱模剂。前端圆柱体的底面直径等于后端长方体 的底面对角线（图1）。支模结束后注浆，在浆体抗压强度达到设计强度的75%时放入锚杆（钢拉杆）。旋转90°，使T形锚杆的T形端嵌入在撤出气囊后由两个小长方体气囊形成的凹槽中，从而确保锚杆T形端与矩形截面垂直，不会滑出。用张拉设备张拉，使其张拉力达到一定程度，锚杆前端两侧伸出部挤压浆体，使其与土体产生剪切抗力，锚杆的作用得以发挥。在基础施工完成后，可人工推送、旋转锚杆拉出，达到顺利回收锚杆的目的。
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图1 气囊的截面示意图
1.2锚杆组成及应用
可回收锚杆结构简单，制作无需特殊技术。如图2所示，锚杆由两部分组成：左部分是圆形钢拉杆，右部分是具有一定厚度的矩形钢板（两部分一起浇铸而 成），以承受浆体对锚杆的反向作用力。
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图2 锚杆剖面图
在使用中，应先在地基中成孔，将空心板气囊冲入 压缩空气后，在气囊外膜上涂脱模剂，放入孔中。然后在气囊与孔间注浆，待浆体初凝时，将气囊中空气抽 出，取出气囊（气囊清洗保存以备下次使用），这样在钻 孔中形成一个中空部分。浆体达到强度设计值的75%时放入锚杆，使用张拉机械张拉。在临时加固工程结束后将锚杆旋转取出。锚杆可反复使用，以节省造价。锚杆取出后，如有必要，还可在中空部分注入水泥砂浆以加固地基。
由于锚杆无须与浆体接触，采用螺纹钢并不能使锚杆的锚固力增加，出于节约成本考虑该锚杆采用普通光圆钢筋。考虑到钢筋受腐蚀后强度下降，如有必要可涂防腐材料以保护钢筋，一般可用环氧树脂涂刷钢筋的方法。
锚杆安装完毕后，使用托板固定锚杆，施加预应力，使浆体受压，增强锚杆的锚固能力。
2、锚杆的特点及适用范围
本锚杆研制开发出来以后，作为一种新型锚杆技术，适合于临时加固处理，特别是适合在基坑或边坡等临时加固工程中使用，但是因其具有很好的防腐性能，也可以应用于永久性加固。该可回收式锚杆技术有节约材料、降低工程成本、提高工程质量等优点，是一种极具工程应用价值的新型专利技术。在这里将其与目前工程中广为使用的普通拉力型锚杆进行比较，阐述其优点。
2.1受力性能
普通拉力型锚杆作为一种基坑和边坡等加固工 程中所使用的技术，得到了相当广泛的使用。其技术原理是 首先用水泥砂浆对锚杆端部进行灌浆锚固，将锚杆所承受的 拉力先通过锚杆周边握裹力传递到水泥砂浆中，然后通过水 泥砂浆锚固段与地层的摩阻力传递到加固区的稳定地层中。拉力是从前向后逐步传给锚固土体的。沿杆长方向的剪 应力分布不均匀，存在明显的应力集中现象。
该可回收式锚杆属于压力型锚杆，借助于带PVC套管钢筋使之与灌浆体隔开，将杆体拉应力先通过孔端锚具（承载体）对注浆体底端施加的压应力而传递到注浆体中，然后再通过底部注浆体与周围土体的摩擦阻力而传递到锚固区的稳定土体中。拉力是从后向前逐步传给锚固土体的。剪应力分布较拉力型锚杆均匀，且相同荷载下剪切应变小。
2.2加固效果
普通拉力型锚杆工作时，固定段灌浆体受拉，容易出现拉裂缝，防腐能力差，使得钢筋体受腐蚀失效，大大降低其锚固效果。
该压力型可回收式锚杆在锚杆受荷时，固定段灌浆体改受拉为受压，显然灌浆体的受压性能比受拉性能要好的多，因此压力型锚杆更能充分发挥各个材料的优势，提高锚固效果。此外，由于钢筋外套PVC花管使其与外界绝缘，避免了与水泥灌浆体的直接接触，所以该锚杆的防腐性能较好，可以适用于永久性锚固工程。
2.3工程实用性
对于可回收式锚杆来说，它可以反复使用，降低了工程成本，同时又为以后附近或周围的其他施工工程排除了障碍物，也节省了这些工程的施工费用，降低了施工难度。该新型锚杆结构简单，操作方便，既不影响当前施工及质量，也不会带来其他后患，保护环境。
此种可回收式锚杆回收方式设计为人工反向回拧锚杆，手工操作即可进行回收，无需特定的回收器械和额外的人力，非常适合工程推广使用。
对于普通拉力型锚杆，当构造物施工完成后，钢筋体就留在土层中。对于基坑、边坡及锚杆静压桩等临时加固工程存在着不能回收所带来的材料浪费，无形中增加了工程成本。同时留在土层中的锚杆也会影响锚杆周围的其它工程施工，如煤气、自来水、电缆等管线和地铁、地下商场及通道等场所的施工，给这些工程增加了施工困难和施工成本。
3、可回收锚杆施工要点分析
可回收锚杆施工质量的优劣直接影响到锚杆的承载能力和可回收率。所以选择合适的施工方法是有必要的，可回收锚杆的施工包括施工准备、钻孔、支模、注浆、锚杆制作与安装、锚杆锁定与张拉、锚杆的验收、锚杆的回收等8个环节。
3.1施工准备
锚杆是埋入地层中的受拉部件，属隐蔽工程。为顺利进行锚杆施工，施工前应对基础资料、地下水状态及水质、地下埋设物与障碍物、废弃物的处理及作业限制等进行核实与检查，以确保所有准备工作妥当。
3.2锚杆钻孔
锚杆钻孔应满足设计要求的孔径、长度和角度。钻孔质量将直接影响锚杆的支护质量，因此需选择合适的钻孔机具。如MK5系列钻机，WG系列钻机，WD系列钻机等。
3.3锚杆支模
在支模前应检查空心板气囊是否漏气，在芯模外表均匀涂抹脱模剂，将气囊放入钻孔中，并使充气嘴朝外放置。用充气装置充气，使气囊达到一定的抗压强度，固定气囊为注浆作准备。
3.4锚杆注浆
一般采用水泥浆或水泥砂浆灌注，硬化后形成坚硬的管浆体。对于该型可回收锚杆而言，使用高强度的普通硅酸盐水泥较好，以提高浆体的抗压强度。在软弱 地层中还可使用二次高压注浆以提高锚杆周围地层的力学性质。
3.5锚杆安装
待浆体达到一定强度将气囊放气取出，推送锚杆时最后部分须旋转到合适的角度。
3.6锚杆张拉
锚杆张拉的目的是通过张拉设备使杆体自由段产生弹性变形，从而对锚固结构施加预应力。在施加预应力时须使拉力始终作用于锚杆轴线方向，且钢筋不能产生任何弯曲。
3.7锚杆的验收试验
验收试验锚杆的数量为总数的5%，且不少于3根。最大试验荷载为设计轴向拉力值的1.5倍，要求试验荷载作用下锚头位移稳定，总弹性位移超过理论弹性伸长量的80%，且小于自由长度与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长值。
3.8 锚杆的回收
锚杆回收施工程序如下：①装上支架、穿心式油压千斤顶、回收夹具及夹片等，中心处回收关键锚杆不安装夹片；②完成安装后开启千斤顶加载，使锚头有松动及约有2~3mm的浮起，然后卸载；③在支架上安装锚头夹片的回收垫片，重复步骤①后开启千斤顶加载，使锚头处的夹片脱落，千斤顶卸载，取走锚头，中心处回收关键锚杆须安装夹片，同时须进行锚头夹片防止飞出的防护工作；④将支架取走，安装千斤顶及对中心关键回收锚杆安装夹具及夹片，启动千斤顶加载，将中心关键回收锚杆拔出；⑤中心关键回收锚杆拔出后，安装千斤顶及对周边对称的2根锚杆安装夹具及夹片，千斤顶加载，将其拔出；⑥重复步骤⑤，直至将所有锚杆拔出；⑦对拔出的锚杆进行详细检查，如再利用的则须妥善保管，便于下次施工中使用。
4、可回收锚杆技术可能的改进方向
（1）锚杆安装前即把锚杆放入气囊，使气囊和锚杆成为整体，在钻孔完成后，把整体放入孔中，以完成锚杆安置。回收时也是把整体回收，以达到简化施工程 序的目的。
（2）利用新型材料改善气囊性质，提高气囊的抗压强度和韧性，提高气囊在施工过程中的整体性能和增加气囊的使用次数。
5、可回收锚杆经济效益
假设钻孔截面以d为15cm、中空截面尺寸3cm×8cm计算，截面有效面积为1.53×10﹣²m²。为计算方便，假设锚杆长度5m、水灰比0.4、水泥与细砂比为1∶1、气囊价格110元/m²、可回收使用50次，则钢筋用量为19.3kg、42.5级普通硅酸盐水泥用量55.44 kg、细砂55.35 kg、气囊平均每次使用费为2.54元，以市场价计算水泥17.19元、细砂14.39元、钢筋78.36元。即使以90%的回收率计算，回收的材料亦占全部材料费用的69.67%。
6、结语
可回收锚杆具有普通锚杆所没有的优点，经济、施工简单、锚固效果好，尤其适用于城市中房地产开发，具有广泛的工程应用前景，特别是在提倡节能环保的今天，有很好的推广价值。
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论文作者:马中磊
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/11/2
标签：锚杆论文; 气囊论文; 锚固论文; 可回收论文; 工程论文; 拉力论文; 千斤顶论文; 《基层建设》2015年32期论文;