6.4锚固结构设计

——民用建筑方面 ——民用建筑方面：北京天府饭店、京城大厦，上海太平洋 民用建筑方面：北京天府饭店、京城大厦，上海太平洋 饭店，成都四川宾馆、龙舟大厦等一大批深基坑工程相继大 规模采用预应力锚杆。 ——水电方面 ——水电方面：镜泊湖水电站，葛州坝水电站，洪门水电站， 水电方面：镜泊湖水电站，葛州坝水电站，洪门水电站， 天生桥二级工程，漫湾电站(云南) 天生桥二级工程，漫湾电站(云南)，李家峡电站、黄河小浪 底水电站等水电工程中都分别对坝基、坝体、闸室、导流洞、 左岸边坡、坝肩边坡等有隐患的部位进行了预应力锚索加固。 有效地提高了这些水工结构物的长期稳定性和安全保证。至 于系统锚杆、锚索加固，则几乎无一电站不采用。目前正在 施工的三峡工程，其设计锚固工程量非常大，仅就船闸高边 坡而言，大量使用锚杆、锚索加固工程的造价将达数亿元。 ——隧道方面 ——隧道方面：上世纪80年代以来，我国已经在极端复杂的 隧道方面：上世纪80年代以来，我国已经在极端复杂的 工程地质条件下建成了一大批隧道与地下工程，其软弱、松 散的洞室围岩均采用了各种型式的锚杆( 散的洞室围岩均采用了各种型式的锚杆(索)技术进行了有效 的加固，数有代表性的有大秦线军都山双线铁路隧道工程， 金川镍矿山巷峒工程，张家洼铁矿山巷峒工程，舒兰煤矿山 巷峒工程等。
——地质灾害防治 ——地质灾害防治：我国越来越多地采用锚固 地质灾害防治：我国越来越多地采用锚固 技术加固和整治滑坡、变形体和危岩，最具代 表性的当数长江三峡链子崖危岩体锚索加固工 程。在该工程中，仅“五万方” 程。在该工程中，仅“五万方”危岩体的加固， 就需1000KN、2000KN和3000KN预应力锚索约 就需1000KN、2000KN和3000KN预应力锚索约 200根。 200根。 ——锚固机理及相应的设计计算方法 ——锚固机理及相应的设计计算方法 ——锚杆材料及类型方面 ——锚杆材料及类型方面 ——锚固施工机具方面：砂浆锚杆钻装机（马 ——锚固施工机具方面：砂浆锚杆钻装机（马 鞍山矿山研究院）、自进式缝管锚杆安装机 （冶金部建筑研究总院）、全液压多功能钻机 （广西柳州建筑机械总厂、原地矿部机械电子 研究所）
3.单体锚索组成 3.单体锚索组成
随着锚固技术的发展，应用越来越广泛，处 理的工程的难度和规模也增大，要求锚杆承受的 荷载也越来越大——锚索 荷载也越来越大——锚索 广义讲，锚索实际上是高承载力的锚杆。锚 索组成仍为三大部分：锚头 锚索体，锚固体。 索组成仍为三大部分：锚头，锚索体，锚固体。 锚头， ——锚头：由垫板、锚环、锚塞和混凝土墩组成。 ——锚头：由垫板、锚环、锚塞和混凝土墩组成。 ——锚索体：由高强钢丝、钢丝束、钢丝绳、钢铰 ——锚索体：由高强钢丝、钢丝束、钢丝绳、钢铰 线等制成。 ——锚固体：定位止浆环、扩张环、导向帽等。 ——锚固体：定位止浆环、扩张环、导向帽等。
6.4.2.3 灌浆锚固作用原理 1.பைடு நூலகம்浆锚固的基本概念 1.灌浆锚固的基本概念
用水泥砂浆（或水泥浆、化学浆液、树脂等） 将一组钢拉杆（粗钢筋或钢丝束等）锚固在伸向 地层内部的钻孔中。 实际锚固工程中，水泥砂浆灌浆锚杆占绝大多数！
2.砂浆锚固的传力过程 2.砂浆锚固的传力过程
取锚固段为隔离体，当锚固段受力时，拉力（T 取锚固段为隔离体，当锚固段受力时，拉力（T）首 先通过钢拉杆周边砂浆的握裹力（ 先通过钢拉杆周边砂浆的握裹力（u）传递到砂浆中，然 后，再通过锚固段钻孔周边的地层粘结力（摩阻力）（τ 后，再通过锚固段钻孔周边的地层粘结力（摩阻力）（τ） 传递到锚固的地层中。 由此可见，钢拉杆如受到拉力的作用，除了钢筋本身 要有足够的截面积（A 要有足够的截面积（A）承受拉力外，锚杆的抗拔作用还 必须同时满足以下三个条件：
式中：Tu－锚杆的极限抗拔力（KN） 式中：Tu－锚杆的极限抗拔力（KN） d－刚拉杆的直径（m） 刚拉杆的直径（m Le－锚杆的有效锚固长度（m） Le－锚杆的有效锚固长度（m u－砂浆对于钢筋的平均握裹应力（KN/m2） 砂浆对于钢筋的平均握裹应力（KN/m 上式中砂浆的平均握裹应力 上式中砂浆的平均握裹应力u是一个关键的数值。 握裹应力u
6.4.1.3 岩土锚固技术的发展 ◆ 国际上的发展
理论研究： 理论研究： ——悬吊理论的提出（1952， ——悬吊理论的提出（1952，Louis Panek） Panek） ——合成梁作用理论（Jacobio） ——合成梁作用理论（Jacobio） ——拱形压缩带作用理论(1955， ——拱形压缩带作用理论(1955，Rabcewicz; Lang 等人发展)。 等人发展)
——锚头 位于锚杆的外露端，通过它最终实现对锚杆 施加预应力，并将锚固力传给结构物或围岩。锚 头由台座、承压板和紧固件等组成，必须保证： 自身有足够的强度，并能将集中力分散。 自身有足够的强度，并能将集中力分散。 ——杆体 连结锚头和锚固体，作用是将来自锚头的拉 力传递给锚固体。通常利用其弹性变形的特性， 在锚固过程中对锚杆施加预应力。杆体通常由钢 筋和钢管等制成。受拉张作用。 ——锚固体 将拉力从杆体传给地层。 位于锚杆的根部，它将拉力从杆体传给地层 位于锚杆的根部，它将拉力从杆体传给地层。
6.4.2.2 锚固的基本原理
◆ 岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围稳定 地层的抗剪强度来传递结构物(被加固物) 地层的抗剪强度来传递结构物(被加固物)的拉 力，以稳定被加固体或保持地层开挖面自身的 稳定。 ◆ 由于岩土体的复杂性，目前锚固作用的原理 研究还不够深入。
◆ 悬吊作用原理
6.4.2.2 锚固的基本原理 ◆ 组合梁作用原理 提高地层承载能力
木锚杆 竹锚杆 钢筋混凝土锚杆
5.按锚固体形态分为 5.按锚固体形态分为： 按锚固体形态分为：
圆柱型锚杆 端部扩大型锚杆 连续球体型锚杆
6.按锚固部分大小分 6.按锚固部分大小分：全长锚固式锚杆和端部锚固式锚杆
6.4.2 6.4.2.1锚固系统 6.4.2.1锚固系统 1.概念 1.概念
锚固作用原理
3.单体锚索组成 3.单体锚索组成
3.单体锚索组成 3.单体锚索组成
3.单体锚索组成 3.单体锚索组成
3.单体锚索组成 3.单体锚索组成
4.锚杆的基本力学参数 4.锚杆的基本力学参数
1）抗拔力 锚杆在拉拔试验中承受的极限拉力，即锚固力。 2）握固（裹）力 握固（ 锚杆杆体与粘结材料间的最大抗剪力。 3）粘结力 锚杆粘结材料与孔壁岩土之间的最大抗剪力。 4）拉断力 锚杆极限抗拉强度。
◆ 国内的发展
——我国使用岩石锚杆起始于上世纪50年代后期（矿 ——我国使用岩石锚杆起始于上世纪50年代后期（矿 山），到60年代末，锚固技术（砂浆锚杆）已在我国 山），到60年代末，锚固技术（砂浆锚杆）已在我国 的矿山、水电、铁路、土木建筑等系统内广为采用。 ——1964年，使用中出现偏斜和裂缝的梅山水库右岸坝 ——1964年，使用中出现偏斜和裂缝的梅山水库右岸坝 基加固采用了预应力锚索。 ——1969年，海军某库大跨度地下工程采用锚杆加固高 ——1969年，海军某库大跨度地下工程采用锚杆加固高 40m的岩墙，比原计划的钢筋混凝土边墙支护节约投资 40m 250万元，并缩短了工期。 250万元，并缩短了工期。 ——上世纪70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采 ——上世纪70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采 用土层锚杆支护。 近一、二十年来，我国的交通、能源和民用建筑 近一、二十年来，我国的交通、能源和民用建筑 迅速发展，锚固技术得到了更广泛的应用和进一步的 发展。
6.4 锚固结构设计
6.4.1 概 述
6.4.1.1
锚固的基本概念
（1）岩土锚固：是一种把受拉杆件埋入地 层，达到有效的调用和提高岩土的自身强 度和自稳能力的技术。这种受拉杆件工程 上称为锚杆，它所起的作用就是锚固。 （2）锚固工程：应用数学、力学和工程材 料等科学知识来解决岩土工程中的锚固计 算、设计、施工和监测等方面的技术和工 艺就称为锚固工程。
6.4.1.3 岩土锚固技术的发展 ◆ 国际上的发展
——自1911（1912）年美国首次采用岩石锚杆 ——自1911（1912）年美国首次采用岩石锚杆 支护矿山苍道起，锚固技术便迅速发展． ——1918年西利西安矿山开采使用锚索支护。 ——1918年西利西安矿山开采使用锚索支护。 1918 ——1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使 ——1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使 用预应力锚杆( 用预应力锚杆(索)。 ——1957年德国Bauer公司在深基坑中使用土层 ——1957年德国Bauer公司在深基坑中使用土层 锚杆。 据不完全统计，国外各类岩石锚杆已达600 据不完全统计，国外各类岩石锚杆已达600 余种，锚杆年使用量达2 余种，锚杆年使用量达2．5亿根。
6.4.1.4 锚固技术在边坡工程中的应用
6.4.1.5 锚杆的分类
目前，在我国和全世界范围内，适用于不同 的地质条件，具有不同功能和用途的锚杆有数 百种。锚杆分类方法按不同分类原则和分类标 志也有很多种。现在介绍一些主要的分类：
1.按应用对象分 1.按应用对象分
岩石锚杆 土层锚杆 (海洋锚杆) 海洋锚杆) （主动式锚杆） 非预应力锚杆 （被动式锚杆）
◆ 挤压加固作用原理 光弹实验证实
◆ 复合作用
6.4.2.2 锚固的基本原理 ◆岩土锚固的主要功能
1）提供作用于结构物上，用来承受外荷的抗力， 其方向朝着与岩土相接触的点。 2）使被锚固地层产生压应力区或对通过的岩石 起加筋作用（非预应力锚杆） 3）加固并增加地层强度，也相应的改善了地层 的其它力学性能。 4）当锚杆通过被锚固结构时，能使结构本身产 生预应力。 5）通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成 一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效 的承受拉力和剪力。
在岩土加固工程中，如果以锚杆（索）作 为加固系统的主要构件，就形成了一个锚杆 （索）加固系统。简称锚固系统。
2.单体锚杆组成 2.单体锚杆组成
锚固系统中通常由很多单体锚杆组成。 单体锚杆有三大部分组成：杆体（拉杆），锚 头，锚固体。