斜坡的锚固(anchoring)

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、钢铰线等制成。 锚固体；定位止浆环、扩张环、导向帽等。 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）握固力 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。
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。
*锚杆的这些功能是相 互补充的，对某一特 定工程而言，也并非 每一个功能都能发挥 作用。
三.灌浆锚固作用原理
1.灌浆锚固的基本概念指的是用水泥砂浆（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。
上述试验表明，一般钢拉杆在完整坚硬岩层中的锚固深度 只要超过2m就足够了。
但是，在使用中，必须判明以下情况：
－－锚固区岩体是否稳定，是否有滑坡、塌方的可能。
－－节理分割的锚固区岩块，在受拉力后是否会产生松动。
考虑到上述因素，建议灌浆锚固段达到岩层内部（除去表 面风化层）的深部不小于4m。
必须指出:
在风化岩层和土层中， 锚杆的极限抗拔能力取决 于锚固段地层对于锚固段砂浆所能产生的最大 粘结力（摩阻力）。应为：
Tu≤ π *D*Le*τ
上式中：Tu－柱状锚体的极限抗拔力（KN）
D－锚杆钻孔的直径（m）
Le－锚杆的有效锚固长度（m）
τ －锚固段周边的抗剪强度（KPa）
锚固段周边抗剪强度（ τ ）的数值受地层性质、 锚杆的埋藏深度、锚杆类型和施工灌浆等许多 复杂因素的影响。即便在相同深度处 τ值也可 能由于锚杆类型和施工灌浆方法的类别而有较 大变化。
1.调用岩土自身的强度，达到提高其自稳 能力的目的。
2.岩土体成为工程结构的一部分。 3.大大减轻了加固结构物的自重，节约工
程材料。 4.主动防治措施效果明显。 三、岩土锚固技术的发展
众所周知，岩土锚固技术是当前岩土工程领域的一个重 要分枝。由于这项技术能够主动调用并提高岩土的自 身强度和自稳能力，大大减轻结构物自重，节约工程 材料，并确保施工安全与工程稳定，具有显著的经济 效益和社会效益，因而世界各国都在大力开发这门技 术。
了解岩土体结构及有关物理参数、地下水特征等 资料。注：
1)有机质土层作为永久锚固的锚固地层，会引起 锚固体的腐蚀破坏
2)液限WL大于50％ 的土层，由于其高塑性会引起 明显蠕变，不能长久的保持恒定的锚固力
3)相对密度Dr小于0.3的松散地层，锚固体单位面 积上的粘结力低。
3.有关临时和永久性锚杆 临时性锚杆：使用期限在2年以内的工程锚杆 永久性锚杆：使用期限在2年以上的工程锚杆
二.锚固的基本原理
岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度 来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。
岩土锚固的主要功能是：
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）(见下页图)
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。
第二节 锚固作用原理
一.锚固系统 1.概念
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，或者说就称为锚杆（索）加固系统， 简称锚固系统。
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，锚头，锚固体。
－－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。
3.按锚固机理分为： 粘结式锚杆：水泥砂浆锚杆和树脂锚杆 摩擦式锚杆：管缝式锚杆和水胀式管状锚杆 机械式锚杆：胀壳式锚杆和楔缝式锚杆
4.安锚杆杆体材料分为：金属锚杆 木锚杆 竹锚杆 钢筋混凝土锚杆
5.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：全长锚固式锚杆和端部锚固式锚杆
自1911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年酉利西安矿山开采使用锚索支 护，1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应 力锚杆(索)，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余种， 锚杆年使用量达2．5亿根。
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。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(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，垒川镍矿山巷峒工程，张家洼 铁矿山巷峒工程，舒兰煤矿山巷峒工程等。
（1）上述平均握裹应力和最小锚固长度只适用 于锚固在岩层中的锚杆。如果锚孔灌浆是在土 层中，则土层对于锚孔砂浆的单位粘结力（摩 阻力）小于砂浆对钢筋的单位握裹力。因此土 层锚杆的最小锚固深度将受土层性质的影响。
（2）风化层中钢筋应力和砂浆握裹力的分布都 和岩层的情况有所不同（注意除去表面风化层）
4.锚固段孔壁的抗剪强度
式中c－－锚固区土层的粘聚力 φ －－土的内摩擦角
σ －－孔壁周边法向压应力
第三节 锚杆设计
一、一般要求
在计划使用岩土锚杆时，应充分研究锚固工程的 安全性、经济性和施工的可行性。
1.设计前有关资料的调查和收集 1)场地地形条件 2)周边已有建筑物情况 3)地下埋设物 4)道路交通 5)气象等
2.工程地质勘察
五、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 岩石锚杆 土层锚杆
海洋锚杆
2.按是否预先施加应力分为 预应力锚杆（主动式锚杆） 非预应力锚杆（被动式锚杆）
二、锚杆设计流程
锚杆设计包括： －－>计算外荷载（斜坡、挡墙、锚拉桩） －－>决定锚杆布置和安设角度 －－>锚杆锚固体尺寸设计 －－>预应力钢筋确定 －－>稳定性验算 －－>锚头设计 （流程图如下页）
调查与勘察 计算作用在挡土墙（桩）上的侧压力
决定锚杆布置与安设角度 决定锚杆设计的锚固力
由此可见，岩土锚固技术在基坑、边坡、坝体、隧洞、 地下工程、桥梁以及地质灾害防治等领域中已得到了 广泛应用，它几乎遍及土木建筑领域的各个方面
四、岩土锚固技术在岩土工程中
的应用
1.边坡稳定工程
2.深基础工程
3.结构抗倾覆应用
4.隧道加固
5.各种构筑物稳定与锚固
6.其它用途
电线杆，
荷载试验， 坝下游冲 刷区，海 洋平台…
德国、奥地利的地下开挖工程，已把锚杆作为控制施工 安全的重要手段。我国使用岩石锚杆起始于50年代后 期，到60年代末，锚固技术已在我国的矿山、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40m的岩墙，比原计划的钢筋混凝土边墙支护节 约投资250万元，并缩短了工期。
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
取锚固断为隔离体，当锚固断受力时，拉力（T）首 先通过刚拉杆周边砂浆的握裹力（u）传递到砂浆 中，然后，再通过锚固断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，刚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）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：
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。 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。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)，李家峡电 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。
按上式计算，在岩层中一般所需的 锚固长度仅1 －2m就够了，这已被铁道部科学研究院在多次 岩层拉拔试验中得到证实。试验资料表明：当 采用热轧螺纹钢筋作为拉杆时，在完整硬质岩 层的铺孔中其应力传递深度不超过2m。影响岩 层锚杆拉拔能力的主要因素是砂浆的握裹能力。
例如，当岩层锚固深度大于1.0m，采用φ 25的20MnSi钢筋 时，往往钢筋被拉断而锚固段不会从锚孔中拔出；φ 32 的16MnSi钢筋被拉到屈服点（290KN）；2φ 32的20MnSi 钢筋被拉到屈服点（550KN）都未发现岩层有较明显的变 化。
第七章 斜坡的锚固（anchoring）
第一节 概述 一、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。 2.斜坡锚固：是岩土锚固中的一种，即它是一种 将受拉杆件埋入斜坡中，达到有效的调用和提 高斜坡与砂浆接触面的抗剪破坏，可能有以下 三种：
1)砂浆接触面外围的岩层剪切破坏 2)沿砂浆和孔壁的接触面剪切破坏 3)沿砂浆内的剪切破坏
一般而言，土层的强度是低于砂浆强度，所以上 述3)通常不可能发生如果施工灌浆工艺好，则2) 也不可能发生，因此土层锚杆孔壁对于砂浆的 粘结力取决于接触面外围的土层抗剪强度。即 为：τ=σtgφ+c
－－杆体
连结锚头和锚固体，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 位于锚杆的根部，它将拉力从杆体传给地层。 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 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。
式中：Tu－锚杆的极限抗拔力（KN）
d－刚拉杆的直径（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）
上式中砂浆的平均握裹应力u是一个关键的数值。
…
可见，只要将孔口内的钢筋分成不同的区段，就可以根 据各区段两端截面上的钢筋应力（P）的数值，按上式 计算求得各个区段中砂浆对于钢筋的握裹力（u）。很 多资料表明，砂浆对于钢筋的握裹力，取决于砂浆于 其周边以外砂浆之间的抗剪力，也就是砂浆本身的抗 剪强度。
此外，在西南、西北广大地区的铁路沿线，常可见到在 铁路隧道的洞口路堑段采用桩板式短锚杆挡墙作为围 护、支挡结构，取得了明显的技术、经济效益。
在地质灾害防治的实践中，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。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200根。
然而，锚孔内砂浆握裹应力的分布情况相当复杂，在实 际工作中，只考虑平均握裹应力的数值，并研究其所 需的锚固长度。
某些钢筋混凝土试验资料建议钢筋于混凝土之间 的握裹应力大约为其标准抗压强度的10－20％， 据此计算一根锚杆所需的最小锚固长度并令锚 杆钢筋的极限拉应力为 σs，则：
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1）锚固段的砂浆对于刚拉杆的握裹力需能承受极限应力；
2）锚固段的地层对于砂浆的粘结力（摩阻力）需能承受 极限应力；
3）锚固土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。
其中1）、2）两条是影响灌浆锚杆抗拔力的主要因素。
3.锚固段的砂浆对于钢筋的握裹力
在一般较完整的岩层中灌注的水泥砂浆抗压强度应不低 于30MPa。如果严格按照规定的灌浆工艺施工，岩层孔 壁的粘结力一般大于砂浆的握裹力。因此，岩层锚杆 的抗拔力和最小锚固长度一般取决于砂浆的握裹力。 为此：Tu≤ π *d*Le*u