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膨脹土錨索止?jié){塞施工工藝現(xiàn)場試驗研究

文檔作者：馬一霽１王武剛２姚智全２左懷西２文檔來源：１.云南精誠更善拆除工程有限責(zé)任公司２.中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月16日
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７０
施　工　技　術(shù)
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１６ 年１０ 月上
第４５ 卷　第１９ 期
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１９００７０
膨脹土錨索止?jié){塞施工工藝現(xiàn)場試驗研究
馬一霽１，王武剛２，姚智全２，左懷西２
（１． 云南精誠更善拆除工程有限責(zé)任公司，云南　昆明?。叮担埃埃埃?；
２． 中國建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所，北京?。保埃埃埃保常?
［摘要］ 利用具有高膨脹率的膨脹土作為原材料，發(fā)明出一種膨脹土錨索止?jié){塞。該止?jié){塞放置在錨索自由段和
錨固段交界處和錨索一起放入錨孔中。通過現(xiàn)場試驗得到注漿壓力、注漿量和返漿／ 漏漿量之間的關(guān)系。結(jié)果表
明，水泥漿的注漿量得到了保證，錨索承載力也得到了提高。
［關(guān)鍵詞］ 基坑；膨脹土；錨索；止?jié){塞；施工工藝；試驗
［中圖分類號］ ＴＵ７５３ ［文獻標識碼］ Ａ　　　?。畚恼戮幪枺?１００２?８４９８（２０１６）１９?００７０?０３
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ａｎｃｈｏｒ Ｓｔｏｐｐｅｒ Ｐｌｕｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ Ｅｘｐａｎｓｉｖｅ Ｓｏｉｌ
Ｍａ Ｙｉｊｉ１，Ｗａｎｇ Ｗｕｇａｎｇ２， Ｙａｏ Ｚｈｉｑｕａｎ２， Ｚｕｏ Ｈｕａｉｘｉ２
（１． Ｙｕｎｎａｎ Ｓｉｎｃｅｒｅ Ｍｏｒｅ Ｇｏｏｄ Ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｋｕｎｍｉｎｇ， Ｙｕｎｎａｎ?。叮担埃埃埃?， Ｃｈｉｎａ；
２． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｂｅｉｊｉｎｇ?。保埃埃埃保?， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ ａｓ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｉｎｖｅｎｔ ａ ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ． Ｔｈｅ ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ ｗａｓ ｓｅｔ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｓｔ， ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｓｌｕｒｒｙ
ｑｕａｎｔｉｔｙ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｗａｓ ｅｎｓｕｒｅｄ ａｎｄ ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ ｂｅａｒｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ； ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ； ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ； ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｔｅｓｔｓ
［作者簡介］ 馬一霽，工程師，Ｅ?ｍａｉｌ：ｗｗｇｙｙ６６＠１２６． ｃｏｍ ［通訊作者］ 王武剛，工程師，Ｅ?ｍａｉｌ： ｗｗｇｄｄ１＠１６３． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１５?１１?０６
０　引言
隨著城市建設(shè)步伐的加快，基坑工程的發(fā)展愈
發(fā)迅速，同時也涌現(xiàn)了許多問題，如對深基坑采用
排樁＋ 錨桿的支護形式時，預(yù)應(yīng)力錨索在設(shè)計和施
工中通常分成自由段和錨固段，錨桿和土體之間的
承載力是保證支護結(jié)構(gòu)安全的先決條件，在一些軟
土地區(qū)及黏土和粉土分布較廣的地區(qū)，由于一次注
漿之后錨索的承載力較低，無法滿足設(shè)計要求，為
了提高錨桿的承載力，往往采用二次或多次高壓注
漿的方法實現(xiàn)，在實際應(yīng)用中，苦于找不到能夠起
到較好止?jié){效果的止?jié){塞，在進行二次或多次高壓
注漿時，會出現(xiàn)孔口返漿、漏漿等現(xiàn)象，使得承載力
提高效果并不理想，達不到設(shè)計要求的注漿效果，
錨固體承載力也無法保證。因此，研究出一種能夠
放置在錨索自由段和錨固段之間的止?jié){塞是十分
必要的。
本文利用具有高膨脹率的膨脹土作為原材料，
發(fā)明出一種膨脹土錨索止?jié){塞。這種膨脹土錨索
止?jié){塞的特點就是充分發(fā)揮膨脹土遇水產(chǎn)生高膨
脹率的特點，將止?jié){塞放置在錨索自由段和錨固段
交界處，結(jié)合錨索的成孔直徑，將制作成的膨脹土
錨索止?jié){塞和錨索纏繞在一起放入錨孔中，通過設(shè)
置不同的注漿壓力來獲得注漿壓力、注漿量和返
漿／ 漏漿量之間的關(guān)系以檢驗膨脹土止?jié){塞的止?jié){
效果，并在錨索養(yǎng)護期后對其進行承載力極限抗拔
試驗，以檢驗增加膨脹土錨索止?jié){塞后的錨索承載
力狀況。
目前，國內(nèi)外關(guān)于膨脹土止?jié){塞的研究文獻未
報道，大多只是對各地區(qū)的膨脹土進行試驗研究，
這也為膨脹土錨索止?jié){塞的研究起到了鋪墊作用。
Ａｍｅｒ Ａ ＡＩ?Ｒａｗａｓ 等［１］ 對北歐地區(qū)膨脹土進行
了研究，建立和驗證了膨脹變形與初始干密度、初
始含水率和垂直壓力的定量關(guān)系的可行性。楊和
平等［２］ 對楚大公路滑坡膨脹土進行土性試驗研究，
分析并提出膨脹土在變形過程中的形變模量新指
標。謝云等［３］ 對南陽重塑膨脹土進行了三向膨脹
萬方數(shù)據(jù) 力試驗研究，得到了膨脹力與初始含水率和干密度
２０１６ Ｎｏ． １９ 馬一霽等：膨脹土錨索止?jié){塞施工工藝現(xiàn)場試驗研究 ?。罚?
的關(guān)系式。楊慶等［４］ 通過對黑山土和梅山土重塑
試樣進行試驗，分析膨脹力、含水量及吸附強度之
間的關(guān)系規(guī)律，優(yōu)化了非飽和膨脹土抗剪強度公
式。韋秉旭等［５］ 采用側(cè)限有荷膨脹試驗，推導(dǎo)出了
用來計算膨脹土路堤隨含水量以及上部荷載變化
而變形的本構(gòu)模型。范臻輝等［６?７］ 通過實施不同初
始干密度、初始含水率在不同垂直壓力下膨脹土的
膨脹變形試驗，建立了南寧膨脹土膨脹率的實用性
較強的三元回歸方程。
１　膨脹土止?jié){塞止?jié){作用機理
１?? １　膨脹土止?jié){塞材料選擇
１?? １?? １　自由膨脹率
根據(jù)《土工試驗方法標準》ＧＢ／ Ｔ５０１２３—１９９９，
膨脹土自由膨脹率的計算見式（１）：
δ ＝ ΔＨ
Ｈ０
× １００％ （１）
式中：ΔＨ 為土樣膨脹后高度變化量（ｍｍ）；Ｈ０ 為膨
脹土樣的初始高度（ｍｍ）。
１?? １?? ２　膨脹率試驗結(jié)果與分析
本次試驗土樣取自云南紅河州蒙自，通過試驗
得到該地區(qū)膨脹土的膨脹特性，如表１ 所示。
表１　膨脹土膨脹特性室內(nèi)試驗結(jié)果
Ｔａｂｌｅ １?。裕澹螅?ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ％
試驗項目１ ２ ３ ４ ５
自由膨脹率１３８ １１７ １３２ １１２ １１６
由表１ 可知，該地區(qū)膨脹土的自由膨脹率最大
可達１３８％，屬于高膨脹率膨脹土，即膨脹性潛勢較
大，遇水之后體積會大幅度膨脹，從而使得該地區(qū)
的膨脹土有作為止?jié){塞的充分性。
１?? ２　膨脹土止?jié){塞受力機理分析
１?? ２?? １　膨脹土止?jié){塞作用機理分析
在進行一次注漿的過程中，膨脹土錨索止?jié){塞
遇到水泥漿之后，沿著止?jié){塞徑向會發(fā)生體積膨
脹，在錨索自由段和錨固段產(chǎn)生一段“擴大頭”，對
周圍土層產(chǎn)生擠密效應(yīng)，增強了止?jié){塞和周圍土體
之間的黏結(jié)作用，當(dāng)在孔底進行二次或多次高壓注
漿時，由于膨脹土止?jié){塞的作用，水泥漿無法從該
處流出，只能向四周擴散，從而提高了錨索錨固段
的注漿量，并在錨索養(yǎng)護期后對其進行承載力極限
抗拔試驗，增加膨脹土錨索止?jié){塞后的錨索承載力。
１?? ２?? ２　膨脹土止?jié){塞力學(xué)機理分析
為了更好地發(fā)揮膨脹土錨索止?jié){塞的作用，本
文將烘干之后的膨脹土放入具有一定拉力的土工
布中，然后將含有膨脹土的土工布袋纏繞在自由段
與錨索錨固段分界處，當(dāng)膨脹土遇水后會發(fā)生膨
脹，膨脹力和錨索孔壁發(fā)生徑向作用，當(dāng)注漿壓力
沿軸向作用于止?jié){塞上時，膨脹土和錨索孔壁之間
產(chǎn)生的徑向膨脹力一方面可以增加止?jié){塞和孔壁
的徑向壓力作用阻止止?jié){塞移動，另一方面可以更
好地達到密封性，在進行二次或多次高壓注漿時，
孔口不會返漿。膨脹土止?jié){塞的具體受力機理分
析如圖１ 所示。
圖１　止?jié){塞受力分布示意
Ｆｉｇ． １?。樱簦颍澹螅?ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ
由圖１ 可知，膨脹土止?jié){塞在理論上可行的條
件有２ 個。
１）止?jié){塞和孔壁之間的側(cè)摩阻力要大于二次
或多次高壓注漿作用在其上的軸力，即
τｓｐ ≥ Ｐｃｇ （２）
其中，
τｓｐ ＝ μＮｓｐｌ （３）
式中：Ｐｃｇ為高壓注漿壓力（ｋＰａ）；Ｎｓｐ 為單位長度膨
脹土止?jié){塞作用于孔壁的力（ｋＮ／ ｍ３ ）；τｓｐ 為膨脹土
和孔壁之間的側(cè)摩阻力（ｋＰａ）；μ 為膨脹土與孔壁之
間的側(cè)摩阻系數(shù)； ｌ 為膨脹土錨索止?jié){塞長度（ｍ）。
２）膨脹土止?jié){塞的密封性要好。結(jié)合膨脹土
止?jié){塞的初始直徑和膨脹土的膨脹率，當(dāng)整個止?jié){
塞發(fā)生膨脹穩(wěn)定之后的擴展直徑至少要大于孔口
直徑，這樣一方面可以達到密封的效果，另一方面
可以發(fā)揮膨脹土的膨脹力作用，即膨脹土止?jié){塞和
孔壁之間的空間關(guān)系需滿足：
Ｄｅｓδｔ ≥ Ｄ （４）
式中： Ｄｅｓ 為膨脹土止?jié){塞初始直徑（ｍｍ）； δｔ 為膨
脹土徑向膨脹率； Ｄ 為錨索孔孔壁直徑（ｍｍ）。
通過以上分析，充分考慮膨脹土的膨脹率及止
漿塞構(gòu)造，運用膨脹土的膨脹特性，將膨脹土作為
錨固段止?jié){塞理論上可行。
２　膨脹土錨索止?jié){塞施工工藝試驗研究
２?? １　止?jié){塞構(gòu)造
結(jié)合預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索的構(gòu)造，以４ 束鋼絞線
錨索為例，膨脹土止?jié){塞與無黏結(jié)鋼絞線的空間關(guān)
系如圖２ 所示。
２?? ２　膨脹土止?jié){塞工程應(yīng)用研究
萬方數(shù)據(jù) 依據(jù)止?jié){塞的構(gòu)造及與鋼絞線之間的空間位
?。罚?施工技術(shù) 第４５ 卷
圖２　止?jié){塞與鋼絞線空間關(guān)系
Ｆｉｇ． ２?。裕瑁?ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ
ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒａｎｄ
置關(guān)系，加工之后應(yīng)用于工程中的膨脹土止?jié){塞如
圖３ 所示。
圖３　膨脹土止?jié){塞工程應(yīng)用
Ｆｉｇ． ３?。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮?ｏｆ ｓｔｏｐｐｅｒ ｐｌｕｇ
２?? ３　膨脹土止?jié){塞施工工藝現(xiàn)場試驗結(jié)果及分析
檢驗膨脹土止?jié){塞的止?jié){效果主要從２ 個方面
進行：①利用膨脹土的膨脹特性，當(dāng)對錨索進行高
壓注漿時，孔口以及自由段是否出現(xiàn)返漿；②當(dāng)止
漿塞起到不返漿的效果之后，錨固段的注漿量、錨
固體的極限抗拉承載力是否得到保證。
２?? ３?? １　止?jié){塞密封性現(xiàn)場試驗
本文以云南省某實際基坑支護工程為依托，進
行了多次現(xiàn)場試驗，通過設(shè)置不同的注漿壓力來檢
驗膨脹土止?jié){塞的止?jié){效果。在錨索自由段和錨
固段未添加膨脹土止?jié){塞，只對孔口進行封堵時，
孔口易出現(xiàn)返漿／ 漏漿現(xiàn)象；在添加膨脹土止?jié){塞
之后，孔口無須進行封堵，在較大注漿壓力作用下
（最大可達３?? ２ＭＰａ），孔口并未出現(xiàn)返漿／ 漏漿現(xiàn)
象，這說明在膨脹土止?jié){塞作用下，注漿壓力能夠
提升，注漿量能夠保證且孔口不出現(xiàn)返漿／ 漏漿，證
明膨脹土止?jié){塞止?jié){效果的工程應(yīng)用有效性。
２?? ３?? ２　止?jié){塞保證注漿量及承載力現(xiàn)場試驗
當(dāng)膨脹土錨索止?jié){塞起到止?jié){效果之后，注漿
量的保證是錨索承載力提高的前提，具體的注漿壓
力和注漿量以及承載力提高比例如圖４ 所示。
由圖４ 可知，在膨脹土止?jié){塞的作用下，二次高
壓注漿的注漿壓力得到了保證，使得錨固段的注漿
量得到保證，進一步提高錨索的承載力，為基坑支
護工程的安全和穩(wěn)定提供了保障。
３　結(jié)語
１）通過研究膨脹土錨索止?jié){塞受力機理，提出
圖４　注漿壓力和注漿量的對應(yīng)關(guān)系
Ｆｉｇ． ４　Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ
　　　
其止?jié){可行性的２ 個重要先決條件。
２）通過設(shè)置不同的注漿壓力來檢驗膨脹土止
漿塞的止?jié){效果，即注漿壓力、注漿量和返漿／ 漏漿
量的關(guān)系，并由現(xiàn)場試驗可知，在高壓注漿壓力（可
達３?? ２ＭＰａ）作用下，孔口返漿／ 漏漿量為０，這說明
在實際工程中，止?jié){塞的穩(wěn)定性和密封性較好，同
時，較大幅度地提高了注漿量，進一步提高錨固段
承載力，為基坑支護工程等應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索較多的
工程提供較高的安全儲備。
３）止?jié){塞保證了自由段長度，可以很好地控制
預(yù)應(yīng)力和位移，為基坑工程的施工質(zhì)量及安全提供
了保障。
參考文獻：
［ １ ］?。粒停牛?Ａ ＡＩ?ＲＡＷＡＳ， ＩＮＧＥＢＯＲＧ ＧＵＢＡ， ＭＣＧＯＷＮ Ａ．
Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ
ｒｏｃｋｓ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｏｍａｎ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｙ， １９９８（５０）：
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中國公路學(xué)報，２００２，１５（１）：１０?１４．
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［Ｊ］． 巖石力學(xué)與工程學(xué)報，２００４，２３（３）：４２０?４２５．
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型［Ｊ］． 中國公路學(xué)報，２００７，２０（２）：１８?２２．
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應(yīng)用研究［Ｊ］． 鐵道學(xué)報，２００７，２９（１）：８６?８９．
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驗研究［Ｃ］ ／ ／ 全國地基處理學(xué)術(shù)討論會，２００４．
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