第六章锚杆(索)设计与施工-PowerPointPre.pptx

第第6章锚杆章锚杆(索索)设计与施工设计与施工本本 章章 重重 点点n n锚杆锚杆(索索)的结构与分类及其应用的结构与分类及其应用n n锚杆锚杆(索索)的设计与计算的设计与计算n n锚杆锚杆(索索)的构造设计的构造设计n n锚杆锚杆(索索)的施工的施工n n锚杆锚杆(索索)的试验与观测的试验与观测6.1概概 述述6.1.1岩土锚固技术应用岩土锚固技术应用岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术；由于这种技术岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术；由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。岩土锚固的基本原理就是利用锚杆得到极其广泛的应用。岩土锚固的基本原理就是利用锚杆(索索)周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的符合体，使其能有效地承受拉力和剪力。在岩土锚同工作的符合体，使其能有效地承受拉力和剪力。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。6.1.2锚杆锚杆(索索)的结构与分类的结构与分类锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图6.16.1所示。所示。n n (1)(1)锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。n n (2)(2)锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。计拉力。1-1-台座；台座；2-2-锚具；锚具；3-3-承压板；承压板；4-4-支挡结构；支挡结构；5-5-钻孔；钻孔；6-6-自由隔离层；自由隔离层；7-7-钢筋；钢筋；8-8-注注浆体；浆体；Lf-Lf-自由段长度；自由段长度；La-La-锚固段长度锚固段长度n n (3)(3)自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。筋、防腐构造和注浆体组成。n n (4)(4)锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等的部件，如定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等(图图6 6。2)2)。1-1-台坐；台坐；2-2-锚具；锚具；3-3-承压板；承压板；4-4-支档结构；支档结构；5-5-自由隔离层；自由隔离层；6-6-钻孔；钻孔；7-7-对对中支架；中支架；8-8-隔离架；隔离架；9-9-钢绞线；钢绞线；l0-l0-架线环；架线环；ll-ll-注桨体；注桨体；12-12-导向帽；导向帽；Lr-Lr-自自由段；由段；La-La-锚固段锚固段 按是否预先施加应力分为预应力锚杆按是否预先施加应力分为预应力锚杆(索索)和和非预应力锚杆非预应力锚杆(索索)：非预应力锚杆是指锚杆锚固后：非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；预应力锚杆不施加外力，锚杆处于被动受载状态；预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态。受载状态。按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆(索索)和连续球型锚杆和连续球型锚杆(索索)。除此之外，按锚固机理还可分为有粘结锚杆、除此之外，按锚固机理还可分为有粘结锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆。目前摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆。目前在边坡加固工程中广泛采用锚钉也是一种较短的粘在边坡加固工程中广泛采用锚钉也是一种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入段而密的粘结型结型锚杆，它是通过在边坡中埋入段而密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定性；这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地性；这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地层。层。6.1.3锚杆锚杆(索索)在边坡处治中的应用在边坡处治中的应用采用锚杆采用锚杆(索索)加固边坡，能够提供足够的抗滑力，并加固边坡，能够提供足够的抗滑力，并能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体位移，这能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体位移，这是一般支挡结构所不具备的力学作用。是一般支挡结构所不具备的力学作用。另外锚杆在边坡加固中通常与其他支挡结构联合使用，另外锚杆在边坡加固中通常与其他支挡结构联合使用，例如：例如：(1)(1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或劲性混凝土桩，桩式锚杆挡墙。排桩可以是钻孔桩、挖孔桩或劲性混凝土桩，锚杆可以是预应力或非预应力锚杆。如图锚杆可以是预应力或非预应力锚杆。如图6.76.7所示所示 (2)(2)锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙，锚杆锚点设在格架结点上，锚杆可以是预应架式锚杆挡墙，锚杆锚点设在格架结点上，锚杆可以是预应力锚杆力锚杆(索索)或非预应力锚杆或非预应力锚杆(索索)。如图。如图6.86.8所示。所示。(3)(3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的肋式锚杆挡墙，这种结构主要用于直立开挖的、类岩石类岩石边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。如边坡或土质边坡支护，一般采用自上而下的逆作法施工。如图图6.96.9所示。所示。(4)(4)锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡，如图板挡墙。这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡，如图6.106.10所示。所示。(5)(5)锚杆与钢筋混凝土面板联合使用形成锚板支护结构，锚杆与钢筋混凝土面板联合使用形成锚板支护结构，适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主要承担岩石压力，限适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主要承担岩石压力，限制边坡侧向位移，而面板则用于限制岩石单块塌落并保护岩制边坡侧向位移，而面板则用于限制岩石单块塌落并保护岩体表面防止风化。锚板可根据岩石类别采用现浇板或挂网喷体表面防止风化。锚板可根据岩石类别采用现浇板或挂网喷射混凝土层。射混凝土层。(6)(6)锚钉加固边坡，在边坡中埋入段而密的抗拉构件与锚钉加固边坡，在边坡中埋入段而密的抗拉构件与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定性。这种方法主要用于坡体形成复合体系，增强边坡的稳定性。这种方法主要用于土质边坡和松散的岩石边坡，加固高度较小，多用于临时边土质边坡和松散的岩石边坡，加固高度较小，多用于临时边坡加固坡加固6.2锚杆锚杆(索索)的设计与计算的设计与计算6.2.1锚杆锚杆(索索)设计的基本原则设计的基本原则在计划使用锚杆的边坡工程中，应充分研究锚固工程在计划使用锚杆的边坡工程中，应充分研究锚固工程的安全性、经济性和施工的可行性。设计前认真调查边坡工的安全性、经济性和施工的可行性。设计前认真调查边坡工程的地质条件，并进行工程地质勘察及有关的岩土物理力学程的地质条件，并进行工程地质勘察及有关的岩土物理力学性能实验，以提供锚固工程范围类的岩土性状、抗剪强度、性能实验，以提供锚固工程范围类的岩土性状、抗剪强度、地下水、地震等资料。对于土质边坡还应提供土体的物理性地下水、地震等资料。对于土质边坡还应提供土体的物理性质和物理状态指标。质和物理状态指标。设计锚杆的使用寿命应不小于公路或被服务建筑物的设计锚杆的使用寿命应不小于公路或被服务建筑物的正常使用年限，一般使用期限在两年以内的工程锚杆应按临正常使用年限，一般使用期限在两年以内的工程锚杆应按临时锚杆设计，使用期限在两年以上的锚杆应按永久性锚杆进时锚杆设计，使用期限在两年以上的锚杆应按永久性锚杆进行设计。对于永久性锚杆的锚固段不应设在有机质土、液限行设计。对于永久性锚杆的锚固段不应设在有机质土、液限大于大于5050或相对密度小于或相对密度小于0.30.3的土层中；因有机质土会引起锚的土层中；因有机质土会引起锚杆的腐蚀破坏；液限大于杆的腐蚀破坏；液限大于5050的土层由于其高塑性会引起明的土层由于其高塑性会引起明显的徐变而导致锚固力不能长期保持恒定；相对密度小于显的徐变而导致锚固力不能长期保持恒定；相对密度小于0.30.3的土层松散不能提供足够的锚固力。的土层松散不能提供足够的锚固力。当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层边坡施当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层边坡施工期稳定性较差、或土层锚固性能较差、或采用了钢绞线和工期稳定性较差、或土层锚固性能较差、或采用了钢绞线和精轧钢时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的精轧钢时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影响应控制在安全范围之内。响应控制在安全范围之内。设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家标准，特别是预应力钢绞线，除了满足标准，特别是预应力钢绞线，除了满足Gl3Gl3T 522495T 522495标准标准外，还必须获得外，还必须获得IS09002IS09002国际质量认证；同时必须保障钢筋或国际质量认证；同时必须保障钢筋或钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。非预应力锚杆长度一般不要超过非预应力锚杆长度一般不要超过l6ml6m，单锚设计吨位，单锚设计吨位一般为一般为l00l00400kN400kN，最大设计荷载一般不超过，最大设计荷载一般不超过450 kN450 kN。预应。预应力锚杆力锚杆(索索)长度一般不要超过长度一般不要超过50m50m，单束锚索设计吨位一般，单束锚索设计吨位一般为为5005002500kN2500kN，最大设计荷载一般不超过，最大设计荷载一般不超过3000kN3000kN，预应力，预应力锚索的间距一般为锚索的间距一般为4 410m10m。进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。6.2.2锚杆锚杆(索索)的设计程序的设计程序锚杆锚杆(索索)设计流程图如图设计流程图如图6.116.11所示。所示。在边坡锚杆加固中要选择合理的锚杆型式，必须结合被加固边坡在边坡锚杆加固中要选择合理的锚杆型式，必须结合被加固边坡的具体情况，根据锚固段所处的地层类型、工程特征、锚杆承载力的大的具体情况，根据锚固段所处的地层类型、工程特征、锚杆承载力的大小、锚杆材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。表小、锚杆材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。表6.16.1给出了给出了土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆类型的有关参数，可供边坡土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆类型的有关参数，可供边坡锚杆加固选型使用。锚杆加固选型使用。6.2.3锚杆锚杆(索索)锚固设计荷载的确定锚固设计荷载的确定锚杆锚杆(索索)锚杆锚固设计荷载的确定应根据边坡锚杆锚固设计荷载的确定应根据边坡的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定。的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定。首先应当计算边坡的推力或侧压力，然后根据支挡首先应当计算边坡的推力或侧压力，然后根据支挡结构的形式计算该边坡要达到稳定需要锚固提供的结构的形式计算该边坡要达到稳定需要锚固提供的支撑力。根据这个支撑力和锚杆数量、布置便可确支撑力。根据这个支撑力和锚杆数量、布置便可确定出锚杆定出锚杆(索索)锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。6.2.4锚杆锚杆(索索)锚筋的设计锚筋的设计按照设计程序，在确定出锚杆轴向设计荷载后，需要按照设计程序，在确定出锚杆轴向设计荷载后，需要对锚杆进行结构设计，结构设计的第一步就是根据锚杆轴向对锚杆进行结构设计，结构设计的第一步就是根据锚杆轴向设计荷载计算锚杆的锚筋截面，并选择合理的钢筋或钢绞线设计荷载计算锚杆的锚筋截面，并选择合理的钢筋或钢绞线配置锚筋；在配置锚筋后可由锚筋的实际面积和锚筋的抗拉配置锚筋；在配置锚筋后可由锚筋的实际面积和锚筋的抗拉强度标准值计算出锚杆承载力设计值，然后方能进行锚杆体强度标准值计算出锚杆承载力设计值，然后方能进行锚杆体和锚固体的设计计算。和锚固体的设计计算。(1)(1)锚杆锚筋的截面积计算：锚杆锚筋的截面积计算：假设锚杆轴向设计荷载为假设锚杆轴向设计荷载为N N，则可由下式初步计算出，则可由下式初步计算出锚杆要达到设计荷载锚杆要达到设计荷载N N所需的锚筋截面：所需的锚筋截面：(6.3)(6.3)式中：式中：AgAg由由N N计算出的锚筋截面；计算出的锚筋截面；k k安全系数，对于临时锚杆取安全系数，对于临时锚杆取1.61.61.81.8对于永久性对于永久性锚杆取锚杆取2.22.22.42.4；f fpktpkt锚筋锚筋(钢丝、钢绞线、钢筋钢丝、钢绞线、钢筋)抗拉强度设计值。抗拉强度设计值。(2)(2)锚筋的选用：锚筋的选用：根据锚筋截面计算值根据锚筋截面计算值AgAg，对锚杆进行锚筋的配置，要，对锚杆进行锚筋的配置，要求实际的锚筋配置截面求实际的锚筋配置截面 。配筋的选材应根据锚固工程。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆承载力、锚杆的长度、数量以及现场提供的施的作用、锚杆承载力、锚杆的长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因数综合考虑。加应力和锁定设备等因数综合考虑。对于采用棒式锚杆，都采用钢筋做销筋。如果是普通对于采用棒式锚杆，都采用钢筋做销筋。如果是普通非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于450kN,450kN,长度最长不长度最长不超过超过20m20m因此锚筋一般选用普通因此锚筋一般选用普通、级热轧钢筋，如果级热轧钢筋，如果是预应力锚杆可选用是预应力锚杆可选用、级冷拉热轧钢筋或其他等级的高级冷拉热轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用2 23232。对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用钢绞线、高强钢丝，这样不但可以降低锚杆的用钢量，最大钢绞线、高强钢丝，这样不但可以降低锚杆的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且可以减少预应限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且可以减少预应力的损失。力的损失。(3)(3)按实际锚筋截面计算锚杆承载力设计值：按实际锚筋截面计算锚杆承载力设计值：假设实际锚筋配置截面为假设实际锚筋配置截面为Ag(AgAgAg(AgAg)，由下式按实际，由下式按实际锚筋计算锚杆承载力设计值：锚筋计算锚杆承载力设计值：(6.4)(6.4)式中：式中：NgNg实际锚筋配置情况下锚杆的承载力设计值；实际锚筋配置情况下锚杆的承载力设计值；kk安全系数，取值同前；安全系数，取值同前；f fptkptk所配锚筋所配锚筋(钢丝、钢绞线或钢筋钢丝、钢绞线或钢筋)的抗拉强度设的抗拉强度设计值。计值。6.2.5锚杆锚杆(索索)的锚固力计算与锚固体设计的锚固力计算与锚固体设计锚杆锚杆(索索)的锚固力也可称为锚杆的锚固力也可称为锚杆(索索)承载力。锚杆极承载力。锚杆极限锚固力限锚固力(极限承载力极限承载力)是指锚杆锚筋沿握裹砂浆或砂浆沿孔是指锚杆锚筋沿握裹砂浆或砂浆沿孔壁产生滑移破坏时所能承受的最大临界拉拔力，它可以通过壁产生滑移破坏时所能承受的最大临界拉拔力，它可以通过破坏性拉拔试验确定。锚杆容许锚固力破坏性拉拔试验确定。锚杆容许锚固力(容许承载力容许承载力)是极限是极限锚固力锚固力(极限承载力极限承载力)除以适当的安全系数除以适当的安全系数(通常为通常为2.02.02.5)2.5)，这种锚固力在公路钢筋混凝土规范中称为容许承载力，这种锚固力在公路钢筋混凝土规范中称为容许承载力，而在工民建钢筋混凝土结构规范中又称为锚杆锚固力而在工民建钢筋混凝土结构规范中又称为锚杆锚固力(承载力承载力)标准值；这种标准值为设计锚固力提供参考，通常标准值；这种标准值为设计锚固力提供参考，通常锚杆容许锚固力是锚杆设计锚固力锚杆容许锚固力是锚杆设计锚固力(或称为锚固力设计值或称为锚固力设计值)的的1.21.21.51.5倍。在设计时，锚杆的设计荷载必须小于锚固力设倍。在设计时，锚杆的设计荷载必须小于锚固力设计值。计值。锚杆锚固力的计算方法随锚固体形式不同而异，圆柱锚杆锚固力的计算方法随锚固体形式不同而异，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；而型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；而端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层的摩擦力提供。的摩擦力提供。n n(1)(1)圆柱型锚杆锚固力与锚固长度计算圆柱型锚杆锚固力与锚固长度计算对于圆柱型锚杆，根据锚固机理，锚杆的极限锚固力可按下式计对于圆柱型锚杆，根据锚固机理，锚杆的极限锚固力可按下式计算：算：(6.5)(6.5)式中：式中：LL锚固体长度；锚固体长度；d d锚固体长度；锚固体长度；q qs s锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度。锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度。式式(6.4)(6.4)给出了锚杆承载力设计值给出了锚杆承载力设计值Ng(Ng(锚杆设计荷载锚杆设计荷载)，由式，由式(6.5)(6.5)可得锚杆要达到锚固力设计值可得锚杆要达到锚固力设计值NgNg所需的最小锚固体长度：所需的最小锚固体长度：(6.6)(6.6)式中：式中：L Lmm锚固体长度；锚固体长度；k k安全系数，对于临时锚杆取安全系数，对于临时锚杆取1.61.61.81.8对于永久性锚杆取对于永久性锚杆取2.22.22.42.4；Ng Ng锚杆锚固力设计值；锚杆锚固力设计值；q qs s锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值(表表6.5)6.5)。n n(2)(2)端部扩大头型锚杆的锚固力和锚固长度计算端部扩大头型锚杆的锚固力和锚固长度计算如图如图6.126.12所示，端部扩大头型锚杆的极限锚固力由三所示，端部扩大头型锚杆的极限锚固力由三部分组成：直孔段圆柱型锚固体摩阻力、扩孔段圆柱型锚固部分组成：直孔段圆柱型锚固体摩阻力、扩孔段圆柱型锚固体摩阻力以及扩大头端面承载力。前两项摩阻力可由式体摩阻力以及扩大头端面承载力。前两项摩阻力可由式(6.5)(6.5)计算，而扩大头端面承载力目前主要运用锚定板抗拔计算，而扩大头端面承载力目前主要运用锚定板抗拔力计算公式近似计算。力计算公式近似计算。砂土中锚杆的极限锚固力计算：砂土中锚杆的极限锚固力计算：(6.7)(6.7)粘性土中锚杆的极限锚固力计算：粘性土中锚杆的极限锚固力计算：(6.8)(6.8)式中：式中：PaPa锚杆极限锚固力；锚杆极限锚固力；L L1 1，L L2 2，D D，dd锚固体结构尺寸；锚固体结构尺寸；q qs s锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值标准值(表表6.5)6.5)；h h，扩大头上覆土层的厚度和土体容重；扩大头上覆土层的厚度和土体容重；c cu u土体不排水抗剪强度；土体不排水抗剪强度；c c锚固力因数，与锚固力因数，与h hD D呈正比例增加，当呈正比例增加，当h hD10D10时，时，c c保持恒定不再随保持恒定不再随h hD D的增加而改变。的增加而改变。已知锚杆的承载力设计值为已知锚杆的承载力设计值为NgNg，则满足该承载力设计值所需，则满足该承载力设计值所需的最小锚固长度可由公式的最小锚固长度可由公式(6.7)(6.7)和和(6.8)(6.8)求得，为：求得，为：砂性土：砂性土：(6.9)(6.9)粘性土：粘性土：(6.10)(6.10)在实际工程设计中，为了便于计算，通常对式在实际工程设计中，为了便于计算，通常对式(6.9)(6.9)和和(6.10)(6.10)根据经验进行简化，简化后的计算公式为：根据经验进行简化，简化后的计算公式为：式中：式中：NgNg锚杆锚固力设计值；锚杆锚固力设计值；k k安全系数，对于临时锚杆取安全系数，对于临时锚杆取1.61.61.81.8对于永久性对于永久性锚杆取锚杆取2.22.22.42.4；B Bc c扩大头承载力修正系数，对于临时锚杆取扩大头承载力修正系数，对于临时锚杆取4.54.56.56.5对于永久性锚杆取对于永久性锚杆取3.03.05.05.0；q qs s锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值标准值(表表6.5)6.5)。注：注：(1)(1)表中表中q qs s系一次常压灌浆工艺确定，适用于注浆标号系一次常压灌浆工艺确定，适用于注浆标号M25M25M30M30；当采用高压灌浆时，可适当提高。当采用高压灌浆时，可适当提高。(2)(2)极软岩：岩石单轴饱和抗压强度极软岩：岩石单轴饱和抗压强度fp5MPafp5MPa；软质岩：岩石单轴饱；软质岩：岩石单轴饱和抗压强度和抗压强度5MPafp30MPa5MPafp30MPa硬质岩：岩石单轴饱和抗压强度硬质岩：岩石单轴饱和抗压强度fp30MPafp30MPa。(3)(3)表中数据用作初步设计时计算，施工时宜通过试验检验。表中数据用作初步设计时计算，施工时宜通过试验检验。(4)(4)岩体结构面发育时，取表中下限值。岩体结构面发育时，取表中下限值。n n (3)(3)锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度计算锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度计算 前面对于圆柱型锚杆和端头扩大型锚杆的极限锚固力前面对于圆柱型锚杆和端头扩大型锚杆的极限锚固力计算公式是基于锚固段锚杆体与周围岩土问的极限摩阻力给计算公式是基于锚固段锚杆体与周围岩土问的极限摩阻力给出的，这种公式的应用条件是锚杆破坏首先从锚固体与周围出的，这种公式的应用条件是锚杆破坏首先从锚固体与周围岩土之间的界面剪切滑移，一般来讲对于土层或较软的岩石岩土之间的界面剪切滑移，一般来讲对于土层或较软的岩石满足这种条件。对于坚硬的岩层，如果锚固体与岩层问的极满足这种条件。对于坚硬的岩层，如果锚固体与岩层问的极限摩阻力大于锚筋与锚固砂浆之间的极限握裹力，锚杆将首限摩阻力大于锚筋与锚固砂浆之间的极限握裹力，锚杆将首先从锚筋与锚固砂浆之间开始剪切破坏，此时应根据锚筋与先从锚筋与锚固砂浆之间开始剪切破坏，此时应根据锚筋与锚固砂浆之间的粘结强度来计算锚杆的锚固长度。极限锚固锚固砂浆之间的粘结强度来计算锚杆的锚固长度。极限锚固力计算公式为：力计算公式为：(6.11)(6.11)式中：式中：LL锚固体长度；锚固体长度；d dg g锚筋直径；锚筋直径；n n锚筋数量；锚筋数量；q qg g锚筋与锚固砂浆之间的极限粘结强度。锚筋与锚固砂浆之间的极限粘结强度。锚杆锚固力设计值为锚杆锚固力设计值为NgNg，锚杆要达到锚固力设计值所，锚杆要达到锚固力设计值所需的锚筋与锚固砂浆问的最小握裹长度：需的锚筋与锚固砂浆问的最小握裹长度：(6.12)(6.12)式中：式中：L Lg g锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度；锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度；k k安全系数，对于临时锚杆取安全系数，对于临时锚杆取1.51.51.81.8对于永久性对于永久性锚杆取锚杆取2.02.02.32.3；q qg g锚筋与锚固砂浆间的极限粘结强度标准值锚筋与锚固砂浆间的极限粘结强度标准值(表表6.6)6.6)。注：注：(1)(1)当采用两根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以当采用两根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.850.85折减系数。折减系数。(2)(2)当采用三根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以当采用三根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.70.7折减系数。折减系数。(3)(3)成束钢筋不应超过三根，钢筋总截面积不应超过孔径面积的成束钢筋不应超过三根，钢筋总截面积不应超过孔径面积的2020，以保证钢筋在砂浆中的锚固效果，除非采用特殊的锚固段钢筋和注浆体以保证钢筋在砂浆中的锚固效果，除非采用特殊的锚固段钢筋和注浆体设计，并通过实验可适当增加钢筋数量。设计，并通过实验可适当增加钢筋数量。6.2.6锚杆弹性变形计算锚杆弹性变形计算锚杆的变形是由锚杆本身在外荷作用下变形和由于地层徐变引起的变形组成，由地层徐变引起的锚杆变形计算可以通过徐变系数计算锚杆在不同时期的徐变位移。锚杆本身在外荷载作用下变形以弹性变形为主，下面是锚杆弹性变形的计算方法。n n(1)(1)非预应力土层锚杆弹性变形的计算非预应力土层锚杆弹性变形的计算 对于土层锚杆在外荷载作用下，除了锚杆自由段产生对于土层锚杆在外荷载作用下，除了锚杆自由段产生弹性变形外，锚固段也存在一部分变形，一般需要通过试验弹性变形外，锚固段也存在一部分变形，一般需要通过试验确定，在初步设计时可以近似估算：确定，在初步设计时可以近似估算：(6.13)(6.13)式中：式中：S Sc c锚杆弹性变形；锚杆弹性变形；L Lf f，L La a锚杆自由段和锚固段长度；锚杆自由段和锚固段长度；A A，A Ac c杆体截面面积和锚固体截面面积；杆体截面面积和锚固体截面面积；E Es s，E Ec c杆体弹性模量和锚固体组合弹性模量，锚杆体弹性模量和锚固体组合弹性模量，锚固体组合弹性模量可有下式确定：固体组合弹性模量可有下式确定：(6.14)(6.14)A Amm，E Emm锚固体中砂浆体的截面积和弹性模量。锚固体中砂浆体的截面积和弹性模量。n n(2)(2)非预应力岩石锚杆弹性变形的计算非预应力岩石锚杆弹性变形的计算非预应力岩石锚杆的弹性变形主要为锚杆自由段的弹非预应力岩石锚杆的弹性变形主要为锚杆自由段的弹性变形，估算公式为：性变形，估算公式为：(6.15)(6.15)n n(3)(3)预应力锚杆预应力锚杆(索索)弹性变形的计算弹性变形的计算预应力锚杆在受到的轴向拉力小于预应力实际保留值预应力锚杆在受到的轴向拉力小于预应力实际保留值时，可按刚性拉杆考虑；如果承受的轴向拉力大于预应力实时，可按刚性拉杆考虑；如果承受的轴向拉力大于预应力实际保留值，预应力锚杆将再次产生拉伸变形，此时锚杆的变际保留值，预应力锚杆将再次产生拉伸变形，此时锚杆的变形量可根据拉力超出预应力保留值的增量代入公式形量可根据拉力超出预应力保留值的增量代入公式(6.13)(6.13)和和(6.15)(6.15)中的中的NgNg计算变形量。计算变形量。如果计算的变形量增量值较小时，预应力锚杆也可近如果计算的变形量增量值较小时，预应力锚杆也可近似按刚性拉杆考虑。似按刚性拉杆考虑。6.2.7锚杆锚杆(索索)的锁定荷载和锚头设计的锁定荷载和锚头设计对于锚杆，原则上可按锚杆设计轴向力对于锚杆，原则上可按锚杆设计轴向力(工作荷载工作荷载)作作为预应力值加以锁定，但锁定荷载应视锚杆的使用目的和地为预应力值加以锁定，但锁定荷载应视锚杆的使用目的和地层性状而加以调整。层性状而加以调整。n n 1)1)边坡坡体结构完整性较好时，可将设计锚固力的边坡坡体结构完整性较好时，可将设计锚固力的100100作为锁定荷载。作为锁定荷载。n n 2)2)边坡坡体有明显蠕变且预应力锚杆与抗滑桩相结合，或边坡坡体有明显蠕变且预应力锚杆与抗滑桩相结合，或因坡体地层松散引起的变形过大时，应由张拉试验确定锁定因坡体地层松散引起的变形过大时，应由张拉试验确定锁定荷载。通常这种情况下将锁定荷载取为设计锚固力的荷载。通常这种情况下将锁定荷载取为设计锚固力的50508080。n n 3)3)当边坡具有崩滑性时，锁定荷载可取为设计锚固力的当边坡具有崩滑性时，锁定荷载可取为设计锚固力的30307070。n n 4)4)如果设计的支挡结构容许变位时，锁定荷载应根据设计如果设计的支挡结构容许变位时，锁定荷载应根据设计条件确定，有时按容许变形的大小可取设计锚固力的条件确定，有时按容许变形的大小可取设计锚固力的50507070。n n 5)5)当锚固地层有明显的徐变时，可将锚杆张拉到设计拉力当锚固地层有明显的徐变时，可将锚杆张拉到设计拉力值的值的l.2l.21.31.3倍，然后再退到设计锚固力进行锁定，这样可以倍，然后再退到设计锚固力进行锁定，这样可以减少地层的徐变量引起的预应力损失。减少地层的徐变量引起的预应力损失。锚杆头部的传力台座锚杆头部的传力台座(张拉台座张拉台座)的尺寸和结果构造应具有足够的的尺寸和结果构造应具有足够的强度和刚度，不得产生有害的变形；可采用强度和刚度，不得产生有害的变形；可采用C25C25以上的现浇钢筋混凝土结以上的现浇钢筋混凝土结构，一般为梯形断面，表构，一般为梯形断面，表6.76.7为推荐尺寸表。为推荐尺寸表。预应力锚杆的锚具品种较多，锚具型号、尺寸的选取应保持锚杆预应力锚杆的锚具品种较多，锚具型号、尺寸的选取应保持锚杆预应力值的恒定，设计中必须在工程设计施工图上注明锚具的型号、标预应力值的恒定，设计中必须在工程设计施工图上注明锚具的型号、标记和锚固性能参数。表记和锚固性能参数。表6.86.8为为OVMOVM锚具的基本参数。锚具的基本参数。6.2.8锚杆锚杆(索索)的防腐设计的防腐设计对锚杆进行防腐设计时，应充分调查腐蚀环境，并选对锚杆进行防腐设计时，应充分调查腐蚀环境，并选择适宜的防腐方法。防腐方法应适应岩土锚固的使用目的，择适宜的防腐方法。防腐方法应适应岩土锚固的使用目的，即不能影响锚杆各部件即不能影响锚杆各部件(包锚固体、自由段和锚头包锚固体、自由段和锚头)的功能，的功能，因此对锚杆的不同部位要作不同的防腐结构设汁。永久住锚因此对锚杆的不同部位要作不同的防腐结构设汁。永久住锚杆应采用双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐，但当腐蚀杆应采用双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐，但当腐蚀环境严重时，也必须采用双层防腐。环境严重时，也必须采用双层防腐。n n1)1)锚固体防腐锚固体防腐锚固于无腐蚀条件地层内的锚固段，经出锈后可不再锚固于无腐蚀条件地层内的锚固段，经出锈后可不再作特殊处理，直接由水泥砂浆密封防腐，但钢杆作特殊处理，直接由水泥砂浆密封防腐，但钢杆(索索)必须居必须居中，一般使用定位器，使水泥砂浆保护层厚度不小于中，一般使用定位器，使水泥砂浆保护层厚度不小于20mm20mm。对于锚固于具有腐蚀条件地层内的锚固段应作特殊仿佛处理，对于锚固于具有腐蚀条件地层内的锚固段应作特殊仿佛处理，一般可用环氧树脂涂刷钢筋的方法。一般可用环氧树脂涂刷钢筋的方法。n n2)2)自由段防腐自由段防腐防腐构造必须不影响张拉钢材的自由伸长，对于预应防腐构造必须不影响张拉钢材的自由伸长，对于预应力锚杆自由段防腐：采用力锚杆自由段防腐：采用、级钢筋制作锚杆的非锚固段级钢筋制作锚杆的非锚固段(位于土层区段位于土层区段)仿佛处理可采用出锈、刷沥青船底漆二度，仿佛处理可采用出锈、刷沥青船底漆二度，沥青玻纤布缠裹二层。对于预应力锚杆自由段防腐：采用钢沥青玻纤布缠裹二层。对于预应力锚杆自由段防腐：采用钢绞线、精轧螺纹钢筋制作的予应力锚杆绞线、精轧螺纹钢筋制作的予应力锚杆(索索)非锚固段防腐宜非锚固段防腐宜采用杆体表面出锈、刷沥青船底漆二度后绕扎塑料布，在塑采用杆体表面出锈、刷沥青船底漆二度后绕扎塑料布，在塑科布上再涂润滑油，最后装入塑料套管中，形成双层防腐，科布上再涂润滑油，最后装入塑料套管中，形成双层防腐，自由段套管两端自由段套管两端l00l00200mm200mm范围内用黄油充填，外绕扎工程范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。胶布固定。n n3)3)锚头防腐锚头防腐永久性锚杆的承压板一般应刷沥青。一次灌浆硬化后永久性锚杆的承压板一般应刷沥青。一次灌浆硬化后承压板下部残留空隙，应再次充填水泥浆和润滑油，经防腐承压板下部残留空隙，应再次充填水泥浆和润滑油，经防腐处理后的非锚段外端应伸入钢筋混凝土构件内处理后的非锚段外端应伸入钢筋混凝土构件内50mm50mm以上。以上。如锚杆不须再次张拉，则锚头的锚具涂以润滑油、沥青后用如锚杆不须再次张拉，则锚头的锚具涂以润滑油、沥青后用内配钢筋网的混凝土罩封闭，混凝土标号不低于内配钢筋网的混凝土罩封闭，混凝土标号不低于C30C30，厚度，厚度不小于不小于l00mml00mm，混凝土保护层不小于，混凝土保护层不小于30mm30mm。如锚杆需要重新。如锚杆需要重新张拉，则可采用盒具密封，但盒具的空腔内必须有润滑油充张拉，则可采用盒具密封，但盒具的空腔内必须有润滑油充填。填。n n4)4)临时性锚杆的防腐临时性锚杆的防腐对于临时性锚杆重点对外锚头和自由段作防腐处理，对于临时性锚杆重点对外锚头和自由段作防腐处理，锚固段一般可依靠注浆材料达到防腐效果。非预应力锚杆非锚固段一般可依靠注浆材料达到防腐效果。非预应力锚杆非锚固段可用出锈后刷沥青防锈漆处理。预应力锚杆自由段可锚固段可用出锈后刷沥青防锈漆处理。预应力锚杆自由段可采用出锈后刷沥青防锈漆或加套管方案。外锚头防腐可采用采用出锈后刷沥青防锈漆或加套管方案。外锚头防腐可采用外涂防腐材料或外包混凝土方案解决。外涂防腐材料或外包混凝土方案解决。6.3锚杆锚杆(索索)的构造设计的构造设计6.3.1锚杆的一般构造要求锚杆的一般构造要求n n 1)1)锚杆总长度为锚固段长、自由段长和外锚段之和。锚杆锚杆总长度为锚固段长、自由段长和外锚段之和。锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，但予应力锚自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算，但予应力锚杆自由段长度不小于杆自由段长度不小于5.0m5.0m；锚杆锚固段长度按计算确定，同；锚杆锚固段长度按计算确定，同时土层锚杆锚固段长度宜大于时土层锚杆锚固段长度宜大于4.0m4.0m、小于、小于14.0m14.0m，岩石锚杆，岩石锚杆锚固段长度宜大于锚固段长度宜大于3.0m3.0m、小于、小于10.0m10.0m；如果岩石锚杆承载力；如果岩石锚杆承载力设计值设计值250kN250kN，且锚固区段为结构完整无明显裂隙的硬质岩，且锚固区段为结构完整无明显裂隙的硬质岩石时，锚固段长度可用石时，锚固段长度可用2.02.03.0m3.0m。n n 2)2)锚杆对中支架锚杆对中支架(架线环架线环)应沿锚杆轴钱方向每隔应沿锚杆轴钱方向每隔l.0l.02