摘  要: 主要介绍了近年来广泛应用于地铁震动环境中的扩孔型锚固新技术，扩孔型锚固技术相对于应用比较成熟普遍的膨胀螺栓锚固技术、化学粘结型螺栓锚固技术，有着其不可比拟的优势，基于此技术的优越性，本文着重阐述了地铁工程中扩孔型锚固技术的应用和实验监测情况，用事实和数据说话，通过和其他锚固技术做对比，介绍了扩孔型锚固技术的一些特点，进一步明确了在地铁工程震动和重负载状况下使用新型扩孔锚固技术的必要性，为今后类似工程施工提供了参考。

关键词: 地铁; 震动环境; 重型负载; 扩孔型锚固

 

      扩孔型锚固技术是 20 世纪 90 年代初发展至今，普及程度还不是很高的建筑后锚固技术之一，虽然普及程度不高，但是相对于应用比较成熟普遍的膨胀螺栓锚固技术、化学粘结型螺栓锚固技术，扩孔型锚固技术有着其不可比拟的优势。在西安地铁二号线的桥架支吊架、隧道电缆支架及消防管道支架的安装工程中，为了抵御地铁车站及隧道内较强烈的震动，以上比较重负载的支吊架的锚固均采用新型扩孔型锚固技术，以保持较高的承载力。

      扩孔型锚固是通过钻孔底部混凝土的扩孔，利用扩孔后形成的混凝土斜面与锚栓膨胀锥之间的机械互锁，实现对结构固定件的锚固。扩孔型锚栓锚固力的产生主要是膨胀锥与混凝土锥孔间的直接压力，而不单是间接膨胀摩擦力，因此，膨胀挤压力较小。扩孔型锚栓克服了膨胀锚栓和化学粘结型锚栓的缺陷，消除了滑移和拔出现象。

      扩孔型锚栓按扩孔方式的不同分为预扩孔普通锚栓和自扩孔专用锚栓，以上两种扩孔型锚栓，由于自扩孔锚栓带有专用刀片，成本相对要高一点，西安地铁采用的是第一种即预扩孔型锚栓，在保证满足地铁震动环境的需求的前提下，又节约了成本。

 

      扩孔型锚固技术在地铁工程用于比较重的负载的支吊架锚固，例如大截面热镀锌桥架支吊架、区间电缆支架及区间消防管道支架的锚固均采用了扩孔型锚固技术。下面以西安地铁二号线会展中心站CT800 × 200 热镀锌桥架吊架为例，对扩孔型锚固技术进行深入的阐述。

      西安地铁二号线会展中心站 CT800 × 200 热镀锌桥架用于 0. 4kV 出线端、电缆井等电缆数量比较多的场所，相应的支吊架采用热镀锌角钢门形吊架，吊架锚固采用扩孔型锚栓进行锚固。

      假设门形支架垂直锚固在混凝土顶板上，如图1 所示，支架间距为 1. 5m / 副，桥架额定均布负载按照 D 级考虑为 2. 5kN/m，桥架及盖板附件自重为0. 5kN / m。

      每副桥架吊架最大荷载 W = A × L( nq + G) =1. 25 × 1. 5( 1. 5 × 2. 5 + 0. 5) = 8kN

式中: A—按两等跨梁的中间支吊架所受的支承力最大，系数 A 取 1. 25;

        L—支吊架相邻两侧等跨布置时的跨距，跨距取 1. 5m;

        n—安全系数，取 1. 5;

        q—每层桥架的额定均布荷载，取 2. 5kN / m;

        G—桥架及盖板自重，取 0. 5kN / m。

      因西安地铁二号线车站结构采用 C30 混凝土浇筑，根据扩孔型锚栓技术手册，单个 M12 型号的扩孔型锚栓的抗拉能力为 72. 7kN，远远大于支吊架最大负荷 8kN 的要求，虽然锚栓载荷能力比较高，但综合考虑基材( C30 混凝土) 本身荷载能力，并不能发挥扩孔型锚栓的全部载荷能力，但每副支吊架选配两个扩孔型锚栓进行锚固后，支吊架的载荷能力完全能够满足桥架及桥架内电缆的负载。

      如果桥架支吊架采用 M12 普通膨胀螺栓锚固，其最大载荷能力为 10kN，综合考虑基材( C30 混凝土) 本身荷载能力，保守估计，每副门形支吊架最少需要 4 组膨胀螺栓，且钻孔工作量增加，且不能保证地铁震动环境的需求。

      综上，在地铁工程中使用扩孔型锚固技术，其可靠的性能既能保证车站安全，还能在震动的环境中保持较长的寿命，是地铁车站锚固重型设备的不二之选。

      为了进一步验证扩孔型锚固的可靠性，现场使用 DL-D 系列螺栓抗拉强度试验机，选取基材为C30 的混凝土板为基材，分别采用 M12 × 130 型号的扩孔型锚栓和普通膨胀螺栓各 5 组进行单根锚栓极限抗拉实验，以水泥破裂或螺栓拔出或拉断时候的最大力量为其抗拉强度，并绘制拉力与变位的坐标图。坐标图以 Y 轴为拉力，X 轴为变位，当拉力上升时，变位随之增大，直到水泥破裂或螺栓拔出或拉断，坐标图中曲线的最高点即为极限抗拉力。

      经过实验对比发现，扩孔型锚栓的极限抗拉力平均为普通螺栓的 3 倍左右，而且扩孔型锚栓在极限抗拉力时的位移量也更小，充分表明了扩孔型锚栓较普通锚栓具有更优越的性能。具体见图 2 拉力与变位曲线图和表 1 普通膨胀螺栓与扩孔型锚栓极限抗拉力对比表。

      从 2010 年 4 月西安地铁二号线安装装修工程桥架工程安装完毕至 2011 年 5 月，历经一年时间，为了检验扩孔型锚栓的可靠性，现场对西安地铁二号线的会展中心站热镀锌桥架支吊架所使用的扩孔型锚栓进行了全面监测，现场桥架支吊架共计使用1140 枚 M12 × 130 型号的扩孔型锚栓，无一脱落，紧固耐用，而其他设备采用同型号的普通螺栓，有个别的脱落现象。

 

      其使用寿命与基材相同，基材的使用寿命就是指使用扩孔型锚栓系统的建筑物。对扩孔型锚栓系统的使用寿命，可以简单地理解为与建筑物的使用寿命相等。而普遍使用的膨胀螺栓锚固技术由于单靠钻孔的摩擦力锚固，螺栓本体易疲劳脱落; 化学锚栓受安装工艺复杂限制，在实际使用中孔内的灰尘使化学锚栓锚固能力降低至设计的 30% 左右。不管是膨胀螺栓锚固技术还是化学锚固技术，其使用寿命的长短存在不确定性。

      扩孔型锚栓具有出色的抗震性能，因扩孔型锚栓锚固力的产生主要是膨胀锥与混凝土锥孔间的直接压力，而不单是间接膨胀摩擦力，即使在经常震动的建筑物结构上使用时，也不会产生滑移和拔出现象。而膨胀螺栓和化学锚栓的抗震性能就相对较差，用膨胀螺栓锚固的建筑物支吊架有滑脱现象的例子也比较常见。

      扩孔型锚栓不像化学锚栓对安装环境要求非常清洁，只要钻孔内粉尘吹出即可，也不需要专业技能，只要是有责任心的操作人员，能熟练操作电锤，任何人都可以进行扩孔型的安装作业，正确安装的扩孔型锚栓没有滑移和拔出现象。化学锚栓安装时要求钻孔内粉尘要完全清理干净，否则，锚固强度直线下降。

      相对于膨胀型和化学粘结型锚栓，同规格的扩孔型锚栓的抗拉抗剪强度要高 3 － 5 倍。例如: 在C30 混凝土结构上用 M12 普通膨胀螺栓锚固，其最大载荷能力为 10kN，而 M12 型号的扩孔型锚栓的载荷能力为 72. 7kN，强度等级远比同型号的膨胀螺栓高。

      后锚固技术是相对于预锚固技术来说的，预锚固即预埋锚固，不论是膨胀螺栓锚固还是化学锚固，锚固效果都不能同预埋锚固相比，而扩孔型锚固由于其出色的锚固原理，基本上等同于预埋。