[摘要]按錨固形態(tài)分析了土層錨桿的三種分類，介紹了它們的應用條件。并討論了錨桿長度、間距、傾角等錨固參數對錨固力的影響。通過簡化滑動面，計算單位長度錨桿所提供的錨固力極值，提出了最優(yōu)錨固角的計算公式。
1、前言
主要有兩大類因素影響土層錨桿錨固力，一類為巖土工程條件，為非人類控制因素，它包括土的內聚力、內摩擦角、密度、地下水埋深等因素；另一類為人類可控因素，如錨固體長度、直徑、傾角、間距等。
2、土層錨桿的分類
錨桿的分類方法有多種，按錨固形態(tài)通?？蓪⑵浞譃閳A柱體型錨桿、連續(xù)擴階型錨桿、端部擴大頭型錨桿三種。
2.1圓柱體型錨桿
這類錨桿的應用時間最早也最長，它是在錨桿鉆機成孔后，在圓形鉆孔內放入錨索，注漿固結，即形成圓柱形錨桿。如果預先施加預應力，則成為預應力錨桿。這種錨桿試用于較堅硬的土層，因為軟粘土的粘結摩擦阻力較小，難以達到抗拔強度。
2.2連續(xù)擴階型錨桿
連續(xù)擴階型錨桿的原理是在自由段與錨固段交界處設置密封袋，以免注漿時壓力損失，并在孔內插入帶有一環(huán)環(huán)圓孔的套管來實現(xiàn)高壓灌漿，其灌漿壓力破壞一次灌漿形成但還未完全固結的灌漿體，漿液進入土層，使錨固段形成一串串凸起體，類似于糖葫蘆，從而可以大大提高錨固體與土體間的錨固強度。相對于圓柱體型錨桿，其錨固力有了很大的提高。這類錨桿適用于淤泥、淤泥質粘土等極軟土層。
2.3端部擴大頭型錨桿
端部擴大頭型錨桿是通過擴孔鉆頭或機具，擴大鉆孔的最頂端。這樣錨桿的錨固力就由錨固體與土體的摩擦強度和端部的端承強度組成承擔，其錨固力大大高于圓柱形錨桿。尤其在如今城市基坑支護過程中，由于地下管線和臨近建筑限制了錨桿長度，端部擴大頭型錨桿得以廣泛應用?？梢酝ㄟ^機械擴孔、爆炸、水力等方式達到擴孔的效果。
3、錨固參數對土層錨桿錨固效果的影響
從錨桿內力的傳遞形式來區(qū)分，土層錨桿通常分為錨頭、拉桿及錨固體等三部分。錨頭承擔來自支護結構的拉力并直接將力傳遞給拉桿；拉桿將來自錨桿頭部的拉應力傳遞給錨固體；錨固體將來自拉桿的力傳遞到穩(wěn)定的土體中。拉桿又分為有效錨固部分和非錨固部分。
3.1錨固段長度對錨固效果的影響
通常根據單根錨桿所須承擔的抗拔力來確定有效錨固長度。對于土層錨桿，一般要求其錨固段長度大于4.0m，但要小于14.0m；非錨固長度一般根據支護結構和穩(wěn)定土體之間的實際距離來定，對于預應力錨桿，一般不小于5.0m。只有當前一部分錨固端出現(xiàn)較大位移或破壞時，后面的錨固段才繼續(xù)發(fā)揮受拉作用。因此，不能單純通過增加錨固段的長度來增加錨桿的錨固力。
在錨固體中，砂漿與土層之間的單位摩擦力遠小于砂漿與鋼筋的握固應力。所以，這一土層性質影響了土層錨桿的最小錨固段長度，其最小錨固長度將主要由土層所固有的抗剪強度所控制。
灌漿壓力很大程度上影響著周圍土體的抗剪強度。在錨桿注漿時，通過提高注漿壓力，并在孔口設置止?jié){塞，可以大大提高土體的抗剪強度，簡介提高了錨桿的抗拔力。但對于軟粘土，高壓灌漿形成的應力集中將隨著軟粘土的變形而衰減，達不到提高土體抗剪強度的目的。因此，在軟粘土層，應用高壓灌漿來提高土體抗剪強度效果不是很明顯。
3.2錨桿傾角對錨固效果的影響
錨桿傾角是錨桿設計中的重要一環(huán)，傾角不同，錨固力在水平方向和垂直方向的分力也會不同。在錨固力的分力中，水平分力是有效應力，垂直分力增加了支檔結構的壓應力，起著相反的作用。傾角在很大程度上還影響著錨固段與非錨固段的劃分。
錨桿的安設傾角，需要考慮場地地下管線走向、地層情況和施工工藝方法。根據工程經驗，一般土層錨桿的傾角要大于15°，小于45°；俯角愈大，對于抵抗側壓力的水平方向分力越有利，但與此同時，由于垂直方向分力加大，會引起支擋結構底部壓力增大的影響，這是非常不利的。在工程設計中，確定錨桿傾角需要考慮多個方面，首先要把土層情況考慮進來，錨桿的錨固體部分最好位于土質較穩(wěn)定的土層中，以提高錨桿的抗拔能力；其次，很重要的一點是，施工前，要弄清鄰近的構筑物和市政管線等，盡量避免開，以免造成損壞；此外，錨桿傾角還直接影響到鉆孔是否方便，灌漿過程是否順利。
把滑坡滑動面簡化為平面，通過數學分析，當單位長度錨桿所能提供的抗滑增量達到最大時，此時的錨桿傾角即為最優(yōu)錨固角。在工程施工中，設錨桿總長實際為L實：
單位長度錨桿所提供的錨固力：
式中：——錨索滑動面提供的阻滑力；——設計錨固力；——滑動面土體內摩擦角；——滑動面與錨索相交處的滑動面傾角；——錨索與水平面所夾的角（錨索向下傾時為正）
等式對求導數，得：
令，則：
求二階導數，得：
因為，所以只有一個極值點。
當，即時，錨桿單位長度錨固力為極大值。即錨桿的最優(yōu)錨固角通過來確定。
3.3錨桿間距對錨固效果的影響
錨桿之間的水平間距取決于兩個因素，分別是支護結構所承擔的荷載以及每根錨桿設計所能承受最大的拉應力。在支護結構所承受的荷載一定的狀況下，錨桿之間水平間距愈大，相應的每根錨桿所分擔的拉力就愈大。另一方面，錨桿之間的水平間距過小，單根錨桿所承受的力會下降，產生通常所說的“群錨效應”。根據工程經驗，錨桿之間水平間距最好不小于1.5m，上下排垂直間距最好大于2.5m。
為了避免灌漿時坡頂附近土體隆起，最上層錨桿距離土體表面要有一段距離，通常通過計算確定。一般認為，該距離要大于4m。此外，在可能發(fā)生流砂地層施工錨桿，布置錨桿孔位時，應注意使錨頭標高距離砂層有一段距離，以免流砂路徑與錨桿鉆孔聯(lián)通，流砂從鉆孔涌出堵塞鉆孔。
4、結論
?。?）圓柱形錨桿由于施工簡便，應用領域最廣。連續(xù)擴階型錨桿對錨固力有一定的提高，適用于淤泥等軟質粘土。端部擴大型錨桿通過擴大鉆孔端部，大大提高了錨固力，其應用范圍正在不斷擴大。
?。?）錨固段長度對錨固力有很大的影響，對于一般土層錨桿，其錨固段長度要求大于4m，小于14m。對于預應力錨桿，其非錨固段一般不小于5m。
（3）錨桿傾角影響著錨固力的水平分力，通過簡化滑動面，計算錨桿單位長度錨固力極值，得出最優(yōu)錨固角。
?。?）錨桿之間水平間距最好不小于1.5m，上下排垂直間距最好大于2.5m。對于流砂地層還要注意保持間距。
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