预应力锚杆的设计

预应力锚杆设计
中冶建筑研究总院程良奎
2013.2
1、锚杆拉力设计值
永久性锚杆轴向拉力设计值T d ,可按下式确定
1.35d w k
T T γ≥临时性锚杆轴向拉力设计值T d ,可按下式确定
1.25d k
T T ≥式中：
T K ——锚杆轴向拉力标准值
γW ——工作条件系数，取1.1
2、锚杆杆（筋）体截面
锚杆或单元锚杆杆（筋）体受拉承载力应符合下列规定，并满
足张拉控制应力的要求。

对于钢绞线或者预应力螺纹钢筋：d py s T f A ≤对于普通钢筋：
d y s
T f A ≤式中：A s ——钢筋截面积
f py ——钢绞线或预应力螺纹钢筋拉强度设计值
f y ——普通钢筋抗拉强度设计值
锚杆预应力筋的张拉控制应力应符合下表规定：
预应力筋张拉控制应力
锚杆类型
钢绞线预应力螺纹
钢筋
普通钢筋
永久≤0.50f
ptk ≤0.70f
pyk
≤0.70f
yk
临时≤0.65f
ptk ≤0.80f
pyk
≤0.80f
yk con
σ
con
σ
con
σ
3、锚杆锚固段长度
锚杆锚固段设计长度应同时满足灌浆体与筋体间、灌浆体与岩土体间抗拔承载力要求，取下列公式中的较大值.
锚杆及单元锚杆锚固体受拔承载力应符合下列规定:'
d
a ms
KT L n d f π≥⋅⋅⋅d
a mg T L K
D f πψ
≥⋅⋅⋅式中：L a ——锚杆或单元锚杆锚固段长度；
T d ——锚杆或单元锚杆轴向拉力设计值；
f ms ——锚杆锚固段灌浆体与筋体间粘结强度设计值；
f m
g ——锚杆锚固段灌浆体与地层间极限粘结强度标准值，应通过试
验确定，当无试验资料时，可按下表一取值。

D ——锚杆锚固段钻孔直径；d ——钢筋或钢绞线直径；ψ——锚固段长度对极限粘结强度的影响系数；n ——钢筋或钢绞线根数。

表：灌浆体与筋体间的粘结强度设计值
锚杆用途
灌浆体抗压
（MPa）
张拉钢筋体种类
20.0 25.0 30.0 40.0
临时
预应力螺纹钢筋 1.4 1.6 1.8 2.0
钢绞线、普通钢筋 1.0 1.2 1.35 1.5 永久
预应力螺纹钢筋 1.2 1.4 1.6
钢绞线、普通钢筋0.8 0.9 1.0
锚杆锚固段灌浆体与周边地层间的极限粘结强度标准值(N/mm2)
岩土类别极限粘结强度标准值
岩石坚硬岩 1.5～2.5较硬岩 1.0 ～1.5软岩0.6 ～1.2极软岩0.6 ～1.0
砂砾N标贯值100.1 ～0.2 200.15 ～0.25 300.25 ～0.30 400.30 ～0.40
砂N标贯值100.10 ～0.15 200.15 ～0.20
锚杆锚固段灌浆体与周边地层间的极限粘结强度标准值(N/mm2)
砂N标贯值
300.20~0.27
400.28~0.32
500.3~0.4
粘性土软塑0.02~0.04可塑0.04~0.06硬塑0.05~0.07坚硬0.08~0.12
注：1. 表中数值为锚杆粘结段长10m（土层）或6m（岩石）的灌浆体与岩土层间的平均极限粘结强度经验值，灌浆体采用一次注浆；若对锚固段注浆采用带袖阀管的重复高压注浆，其极限粘结强度标准值可显著提高，提高幅度与注浆压力大小关系密切。

2. N值为标准贯入试验锤击数。

锚杆锚固段灌浆体与地层间粘结强度的安全系数
安全等
级锚杆破坏后果
安全系数
临时锚杆永久锚杆
Ⅰ危害大，会构成
公共安全问题
1.8
2.2
Ⅱ危害较大，但不出
现公共安全问题
1.6
2.0
Ⅲ危害较轻，不构成
公共安全问题
1.4
2.0
锚固段长度对灌浆体与地层间粘结强度的影响系数ψ建议值
锚固地
层
土层软岩或极软岩
锚固段
长度
(m)
13~1610~131010~66~39~126~966~44~2
ψ取值0.8~0.
6
1.0~0.
8
1.0 1.0~1.3 1.3~1.60.8~0.6 1.0~0.8 1.0 1.0~1.3 1.3~1.6
4、锚杆自由段长度
●穿过滑移面1.5m
●锚杆工作时，保持筋体自由伸缩
5、锚杆防腐保护设计
1）锚杆防腐保护等级及构造设计要求应根据锚杆的设计
使用年限及所处地层的腐蚀程度确定。

2）当对地层的检测与调查中,出现下列一种或多种情况时
应判定该地层具有腐蚀性：
1、PH值小于4.5；
2、电阻率小于2000Ω.cm；
3、出现硫化物；
4、出现杂散电流或可造成对水泥浆体与杆体的化学腐蚀。

3）腐蚀环境中的永久性锚杆应采用Ⅰ级防腐保护措施；非腐蚀环境中的永久性锚杆及腐蚀环境中的临时性锚杆应采用Ⅱ级防腐保护措施。

5、锚杆防腐保护设计
4）锚杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级防腐保护构造设计要求：锚杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级防腐保护构造要求防腐保
护等级锚杆类型预应力锚杆及锚具防护要求锚头自由段
粘结段Ⅰ级拉力型、拉力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用注入油脂的护管或无粘结钢绞
线，并在护管或无粘结钢绞线束外
再套有光滑管
采用注入水泥浆的波形管压力型、压力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用无粘结钢绞线，并在无粘结钢
绞线束外再套有光滑管采用无粘结钢绞线
Ⅱ级
拉力型、
拉力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用注入油脂的护管或无粘结钢绞线采用注入水泥浆的波形管
压力型、
压力分散型
采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用无粘结钢绞线采用无粘结钢绞线Ⅲ级拉力型、
拉力分散型采用过渡管，锚具涂防腐油脂采用注入油脂的护管或无粘结钢绞
线注浆
3.岩土锚固工程设计
6、初始预应力的确定
锚杆初始预应力（锁定拉力）值的确定应符合下列要求：
●对地层及被锚固结构位移控制要求较高的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定荷载）值宜为锚杆拉力设计值。

●对地层及被锚固结构位移控制要求较低的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定荷载）值宜为锚杆拉力设计值的0.70~0.85倍。

●对显现明显流变特征的高应力低强度岩体中隧洞和洞室支护工程，预应力锚杆的初始预应力宜为拉力设计值的0.5~0.6倍。

●对用於特殊地层或被锚固结构有特殊要求的锚杆，其初始预应力值可根据经验确定。