锚杆失效原因分析及其控制

锚杆失效原因分析及其控制

彭雪娇

江苏煤炭地质物测队江苏省210046

摘要：建筑工程中，为了保证建筑物的稳定性，通常采用锚杆进行支护。利用锚固段注浆体与岩土体之间的有效摩阻力实现一定的承载力，锚杆在各种地质条件及基础形式上运用广泛。

关键词：锚杆；锚杆失效；控制措施

引言

锚杆支护是一种先进的支护方式，目前在工程中大量推广使用，但锚杆支护在受现场地质条件、水文条件、设计、施工以及现场使用、管理不到位等因素影响下，都会造成锚杆支护失效。这就需要在施工过程中对支护方式作出针对施工现场实际情况的调整和加强管理，以防止支护失效。发挥锚杆支护先进性的同时需要解决其不足之处，在此与大家对锚杆支护作共同探讨，以找出其不足之处，探讨改进办法，不断创新和改进锚杆支护方式为目的。

一、锚杆失效的机理及分析

1、锚杆质地因素

锚杆质地的好坏直接影响到支护质量的优劣。锚杆包括很多组成部分，其中锚杆杆体、锚固段、托板、螺母等是比较重要的几项，它们的规格、性能、强度与整个结构的协调匹配至关重要。锚杆质地引起锚杆失效的情况主要有以下几种：

（1）杆体断裂失锚。锚杆杆体强度不够，不能承受围岩应力而断裂；采用车丝法加工丝扣时，破坏了杆体的结构，导致丝扣段产生应力集中而断裂。

（2）锚固段粘结失效失锚。锚固段粘结失效主要是因为现场注浆操作时搅拌不充分或工序不当，造成粘结力下降；钻孔深度、直径与锚固段直径不匹配，杆体凝结面积小；钻孔内岩尘、水等杂质未清理干净，使锚固段粘结性能降低；注浆体质量差，粘结性能低。

（3）托板（托盘）失效失锚。常见的锚杆托板（托盘）的失效有3种情况：托板（托盘）质地较差，碎裂失效；托板（托盘）尺寸、厚度达不到设计要求，强度降低变形失效；托板（托盘）与杆体脱离失锚。

（4）螺母失效失锚。锚杆螺母失效主要表现为：螺母扭力太小、扭矩不够，托板不能紧贴岩面失锚。

2、施工质量因素的影响

锚杆支护的施工工艺比较繁琐，人为因素很多，如钻孔、锚固段、锚杆直径得合理搭配，锚杆孔内粉末的处理程度，树脂药卷的搅拌时间，锚杆孔的设计角度，锚杆预应力的大小及初锚力的大小等。每一道工艺过程的实施对锚杆支护质量的影响均较大，其中钻孔质量尤为重要。锚杆钻孔过程中要注意以下问题：

（1）塌孔。造成锚杆杆体不能插入，使注浆液掺入杂物而影响固结体完整性和强度、影响握裹力和粘结强度，使钻孔周围土体塌落、建筑物基础下沉等。

（2）遇障碍物。使锚杆达不到设计长度，如果碰到电力、通信、煤气管线等地下管线会使其损坏并酿成严重后果。

（3）孔壁形成泥皮。在高塑性指数的饱和黏性土层及采用螺旋钻杆成孔时易出现这种情况，使粘结强度和锚杆拉拔力大幅度降低。

（4）涌水涌砂。当采用帷幕截水时，在地下水位以下特别是承压水土层成孔会出现孔内向外涌水冒砂，造成无法成孔、钻孔周围土体坍塌、地面或建筑物基础下沉、注浆液被水稀释不能形成固结体、锚头部位长期漏水等。

3、锚杆支护参数因素

锚杆支护参数主要包括：锚杆种类、锚杆设计参数、锚杆密度（锚杆间、排距）、锚杆钻孔角度、钻孔直径、孔深、锚固方式和锚固长度、锚杆锚固力拉拔试验结果。支护参数的设计不可能将各种地质变化情况考虑在内，这就存在着很多不确定因素，使支护设计出现局限性和缺陷性。在施工过程中，在遇到不同的围岩性质等特殊地质情况后，不能及时对变化后不合理的支护参数进行修正，最终可能导致锚杆失效。

4、地质因素影响

现场地质条件变化，施工中如遇到：松软岩层、无炭柱、冲刷带、顶板淋水增大、应力集中等情况，顶板多数较为破碎，致使锚杆锚固段在岩体内不能形成有效的锚固力。当顶板受压后，锚杆失效造成顶板离层，导致顶板事故。若岩性软及压力大，围岩破坏就会迅速，进而造成锚杆锚空失锚。

二、锚杆使用时的注意事项

1、抗浮锚杆

抗浮锚杆作为作用在基础上的抗浮构件，可为结构提供有效的抗拔力，且施工较为简单、受力合理、经济节约，目前运用越来越广泛。但是现有相关抗浮锚杆的规范相对较少，且工程现场土的力学性能等参数离散型较大，为锚杆的设计增加很多的难度。因此，设计人员应根据现场、周边及已有建筑物、构筑物、道路条件、水文地质等资料，结合土工试验，掌握相关土层力学参数，合理确定锚杆的设计参数，并采取一定的防护工艺。

2、大直径锚杆

在对深基坑进行支护时，大直径锚杆较传统的锚杆相比，长度可适当缩短，且单根锚杆的承载力得到显著的提高，因此总体上锚杆数量也减少，从而缩短了工期和施工过程中对土体的扰动，增强了支护效果。但是在相同的施工工艺情况下，不同土层对锚杆锚固体的摩阻力差距较大，从而影响大直径锚杆的承载力，故需通过锚杆基本试验来确定所在场地的锚杆极限承载力。

3、岩石锚杆挡土结构

岩石锚杆挡土结构作为一种新型结构体系，它通过立柱或者竖桩将土压力传递给锚杆，再由锚杆将土压力传递给岩石以达到支挡目的，对支挡高大土质边坡很有成效。在设计时，岩石锚杆由锚固段和非锚固段组成，锚固段应嵌入稳定的基岩中，嵌入深度不得小于40倍的锚杆筋体直径，且不得小于3倍锚杆孔径。对于非锚固段的主筋，必须要进行防护处理。

4、及时进行质量监测

锚杆在使用前，施工技术人员应对杆体材料进行质量检查，不得使用质量不过关的杆体材料；其次，应对锚杆的自由段、锚固段和锚头进行防腐处理，有效的保证其耐久性；最后，现场要对锚杆进行承载力验收试验，检验其极限承载力是否达到设计要求。对极限承载力达不到设计要求的锚杆，要进行补充加强或经设计确认增加锚杆数量等措施。试验后，重新拧紧螺母；若有锚杆失效应及时补打锚杆进行加固处理，并查明原因。

5、注意锚杆的使用年限

岩体中工作的锚杆，长期处于高应力状态下，并且长时间受到周围介质的影响，比较容易发生腐蚀，最终发生破坏和失效，从而影响锚杆的工作状态以及使用年限。目前国内外对锚杆耐久性的研究还比较少，在设计和施工过程中，除了安全和强度方面的考虑之外，还得对其耐久性给予高度的重视。

6、新型锚杆技术的运用

针对具体工程的不同地质条件，结合当前科学技术发展水平，目前已经有很多先进的锚杆技术及条件运用而生，普遍在工程中得到广泛应用。如环保的切断式可回收锚杆（索）、针对防腐较高的地质而采用的非金属抗腐蚀锚杆、扩大加固使用范围的扩体型锚杆和二次高压灌浆锚杆、具有优异抗爆性能的端部消波锚杆等。

7、地质变化时及时采取相应措施

加强地质监测，适时修正锚杆支护设计参数。采用锚杆支护方式的同时，如遇到受爆破、风化作用脱落，使锚杆体之间岩块破碎垮落，降低围岩承载能力的情况，可采取在锚杆体之间增加锚带、锚索，或全断面增加金属网、喷射混凝土面层等办法，来提高围岩的整体承载能力，防止锚杆失效。

结束语

锚杆已经越来越多地运用到工程领域中，现有对土层岩体中锚杆的研究还不完善，工程实际中应根据具体工程结构体系、土层土质条件以及周边环境的影响，合理选择合适的锚杆支护方式，确保锚杆支护质量达到设计合理、材料合格、检测及时、施工简便等要求，使锚杆支护效果达到最优化。

参考文献：

[1]李传涛.浮锚杆施工工艺及要求[J].城市建筑，2015（12）.

[2]冯天彪.大直径锚杆在深基坑支护中的应用[J].科学发展，2015（12）.