第6章 锚杆(索)设计与施工

(5)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射混凝土层。 (6)锚钉加固边坡，在边坡中埋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。
锚杆(索 锚杆 索) 分类 按应用对象可分为岩石锚杆 索)和土层锚杆 岩石锚杆(索 土层锚杆 岩石锚杆 (索)； 按是否预先施加应力分为预应力锚杆(索)和 非预应力锚杆(索)； 按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型 锚杆(索)和连续球型锚杆(索)； 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。
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 须满足有关国家标准。 非预应力锚杆长度一般不要超过l6m，单锚设计 吨位一般为l00～400kN，最大设计荷载一般不超 ～ 过450 kN。预应力锚杆(索)长度一般不要超过50m， 单束锚索设计吨位一般为500～2500kN，最大设 ～ 计荷载一般不超过3000kN，预应力锚索的间距一 般为4～10m。 ～ 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。
6.2.2
锚杆(索 的设计程序 锚杆 索)的设计程序
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 载力的大小、锚杆材料、长度、施工工艺等 条件综合考虑进行选择。
锚杆的布置与安设角度应满足以下要求： 锚杆上覆地层厚度应不小于4.0m，以避开 车辆反复荷载的影响，也避免由于采用高 压注浆使上覆土层隆起。 锚杆水平与垂直间距宜大于2.5m，以避免 应力集中，同时不得小于1.5m，以免群锚 效应发生而降低锚固力。 一般锚杆的俯角不小于15º，不大于45º； 俯角愈大，有利于抵抗侧压力的水平分力， 但同时由于垂直分力加大，会引起护壁桩 向下压力增大的不利影响。
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 。 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、或采用了钢绞线和精轧钢时， 宜采用预应力锚杆 采用预应力锚杆。但预应力作用对支承 采用预应力锚杆 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响应控制在安全 范围之内。
6.1.3 锚杆 索)在边坡处治中的应用 锚杆(索 在边坡处治中的应用
在边坡工程中，当潜在的滑体沿剪切滑动面的下 滑力超过抗滑力时，将会出现沿剪切面的滑移和破坏。 在坚硬的岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙 等软弱结构面上。在土层中，砂性土的滑面多为平面， 粘性土的滑面一般为圆弧状。有时也会出现沿上覆土 层和下卧基岩间的界面滑动。为了保持边坡的稳定， 一种办法是采用大量削坡直至达到稳定的边坡角；另 一种办法是设置支挡结构。在许多情况下单纯采用削 坡或挡墙往往是不经济的或难以实现的。这时可采用 锚杆(索)加固边坡。 抗滑力， 采用锚杆(索)加固边坡，能够提供足够的抗滑力 抗滑力 并能提高潜在滑移面上的抗剪强度 抗剪强度，有效地阻止坡体 抗剪强度 位移，这是一般支挡结构所不具备的力学作用。
(3)按实际锚筋截面计算锚杆承载力设计值 由下式按实际锚筋计算锚杆承载力设计值：
Ng =
Ag f ptk k
≥N
式中：Ng——实际锚筋配置情况下锚杆的承载力设 计值； Ag——实际锚筋配置截面； k——安全系数，对于临时锚杆取1.6～1.8， 对于永久性锚杆取2.2～2.4； fptk——所配锚筋(钢丝、钢绞线或钢筋)的抗拉 强度设计值。
锚杆(索)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。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支撑力。 根据这个支撑力和锚杆数量、布置方式便 可确定出锚杆(索)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。
(2)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 这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立 岩石切坡，以阻止岩石边坡因卸荷而失稳。 (3)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Ⅲ、Ⅳ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。 (4)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。
在土层中，边坡安设锚杆(索)后所提高的安全 系数可用下式条分法公式计算
f (∑ N i + PN ) + ∑ ci Li
i =1 i =1 n n
k=
∑T + P
i =1 i
n
T
式中：Ni——作用在第i条滑面上的法向力； Ti——作用在第i条滑面上的切向力； Ci——第i条滑面上的粘聚力； Li——第i条滑面长度； PN——锚杆锚固力沿滑面法向的分力； PT——锚杆锚固力沿滑面切向的分力； f——滑面上的摩擦系数。
锚固技术的发展 l911年美国矿山巷道支护中最早使用锚杆 l918年西利西安矿山开始使用锚索支护 l934年舍尔法坝采用了预应力锚杆(索) 我国在20世纪50年代开始应用岩石锚杆，60年代 开始大量采用锚固技术，特别是在我国矿山巷道、 铁路隧道、公路隧道、排水遂洞等地下工程中大 量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。近年 来随着高速公路的迅猛发展，在公路边坡、大型 滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。
预应力锚索可根据以下方法确定最优锚固角： (1) 锚索满足下式是最经济的：
β = θ − (45 + φ / 2)
oLeabharlann Baidu
式中：β——锚索倾角； θ——滑面倾角； φ ——滑面内摩擦角。 (2)对于注浆锚索，锚固角度必须大于11º，否 则须增设止浆环进行压力注浆。
6.2.3
锚杆(索 锚固设计荷载的确定 锚杆 索)锚固设计荷载的确定
1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔 离层；7-钢筋；8-注浆体；Lf-自由段长度；La-锚固段长度
1-台坐；2-锚具；3-承压板；4-支档结构；5-自由隔离层； 6-钻孔；7-对中支架；8-隔离架；9-钢绞线；l0-架线环；ll注桨体；12-导向帽；Lr-自由段；La-锚固段
第6章 锚杆 索)设计与施工 章 锚杆(索 设计与施工
6.1
概
述
6.1.1 岩土锚固技术的发展与应用
岩土锚固是通过提高岩土自身的强度和稳定性 的一种加固和稳定岩土的施工方法和技术。岩土锚 自重、节约工程材料 固能大大减轻结构物的自重 节约工程材料 自重 节约工程材料并确保 工程的安全和稳定 安全和稳定，具有显著的经济效益 社会效 经济效益和社会效 安全和稳定 经济效益 益。岩土锚固的基本原理就是利用锚杆(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 挖面的自身稳定。锚杆(索)提供作用于结构物上以承 受外荷的抗力；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 层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形 成一种共同工作的复合体，使其能有效地承受拉力 和剪力。
6.2.5 锚杆 索)的锚固力计算与锚固体设计 锚杆(索 的锚固力计算与锚固体设计
锚杆(索)的锚固力也可称为锚杆 索)承载力 锚杆(索 承载力 承载力。锚 锚杆 杆极限锚固力(极限承载力)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，它可以通过破坏性拉拔试验确定。锚杆容 拉拔力 许锚固力(容许承载力)是极限锚固力(极限承载力)除 以适当的安全系数(通常为2.0～2.5)，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(承 载力)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(或称为锚固 力设计值)的1.2～1.5倍。在设计时，锚杆的设计荷 ～ 载必须小于锚固力设计值。
6.1.2
锚杆(索 的结构与分类 锚杆 索)的结构与分类
锚杆(索 结构 结构： 锚杆 索)结构：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 锚固段 锚头、自由段 锚头 自由段和锚固段 组成 。 锚头：锚杆外端部件，由垫墩、垫板、锚具、保 锚头 护帽和外端锚筋组成。 锚固段：锚固在稳定地层的部分。 锚固段 自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由 自由段 锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。 锚杆配件： 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。
(2)锚筋的选用 要求实际的锚筋配置截面大于锚筋截面计 算值。 对于棒式锚杆，都采用钢筋做锚筋。普通 非预应力锚杆锚筋一般选用普通Ⅱ、Ⅲ级 热轧钢筋，预应力锚杆锚筋可选用Ⅱ、Ⅲ 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22～32mm。 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 。
在岩体中，一般锚杆轴线应当与岩石主 结构面或潜在的滑移面呈大角度相交。
锚杆增强岩石边坡的稳定性 a)锚杆平衡滑动力；b)锚杆抵抗转动破坏；c)锚杆抵抗倾倒 锚杆平衡滑动力； 锚杆抵抗转动破坏 锚杆抵抗转动破坏； 锚杆抵抗倾倒 锚杆平衡滑动力
锚杆在边坡加固中通常与其他支挡结构联合使用： 锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排 (1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用 锚杆与钢筋混凝土桩联合使用 桩式锚杆挡墙。 位于滑坡区域的边坡支护、路堑开挖造成的牵引式 滑坡或路堤引发的推力式滑坡、工程滑坡可能性较 大的潜在滑坡区域的边坡支护，在抗滑桩难以支挡 边坡推力荷载时，宜采用预应力锚索抗滑桩结构。 边坡切坡后，由于外倾软弱结构面形成临空状楔体 塌滑可能性较大，造成危害性较大的边坡。 高度大于12m、稳定性较差的土层边坡，此时由于 抗滑桩悬臂较长，承受的弯矩过大，为了防止抗滑 桩破坏，可采用单锚点或多锚点作法。 坡顶0.5m内有重要建筑物或较大荷载的Ⅲ、Ⅳ类岩 石边坡和土层边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护。
6.2
锚杆(索 的设计与计算 锚杆 索)的设计与计算
6.2.1 锚杆(索)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 性质和物理状态指标。
(1)圆柱型锚杆锚固力与锚固长度计算 圆柱型锚杆的极限锚固力可按下式计算：
Pu = π Ldqs
（长度、直径、极限粘结强度） 锚杆锚固最小长度可按下式计算：
Lm ≥
kN g
π dqs
安全系数、锚杆锚固力设计值；锚固体表面 与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值(表6.5)。
(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 圆柱型锚固体摩阻力、扩孔段圆柱型锚固 圆柱型锚固体摩阻力 体摩阻力以及扩大头端面承载力 扩大头端面承载力。 体摩阻力 扩大头端面承载力
6.2.4
锚杆(索 锚筋的设计 锚杆 索)锚筋的设计
计算锚杆的锚筋截面 锚筋截面 选择钢筋或钢绞线配置锚筋
设计步骤 计算锚杆承载力设计值 进行锚杆体和锚固体的设计计算
(1)锚杆锚筋的截面积计算：
kN Ag = f ptk
式中： N——锚杆轴向设计荷载； Ag——由N计算出的锚筋截面； k——安全系数，对于临时锚杆取1.6～ 1.8，对于永久性锚杆取2.2～2.4； fpkt——锚筋抗拉强度设计值。