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1、锚杆锚杆( (索索) )设计与施工设计与施工 内容提要内容提要 n n 锚杆锚杆( (索索) )的结构、分类及其应用的结构、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 1 1 概 概 述述 1.11.1 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
2、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。使用锚（杆）索，可以为结构承受外荷提挖面的自身稳定。使用锚（杆）索，可以为结构承受外荷提 供抗力；可以使锚固地层产生压应力
3、区并对加固地层起到加供抗力；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，改善地层的力学性能；可以筋作用；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。在岩土锚固中通常将锚杆和锚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。索统称为锚杆。 1.21.2 锚杆 锚杆( (索索) )的结构与分类的结构与分类 1 1）锚杆（索）的结构）锚杆（索）的结构 锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主锚杆是一种将拉力传至
4、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，如图要由锚头、自由段和锚固段组成，如图1 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-
5、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-注浆体注浆体 L L f f - -自由段长度自由段长度 La- La-锚固段长度锚固段长度 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
6、，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；11-11-注桨体；注桨体；12-12-导向
7、帽；导向帽；Lr-Lr- 自由段；自由段；La-La-锚固段锚固段 2 2）分类）分类 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不施加外力，锚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；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，预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力， 使锚杆处于主动受载状态。使锚杆处于主动受载状态。 按锚固形态分为：圆柱形锚杆、端部扩大型锚按锚固形态分为：圆柱形锚杆、端部扩大型锚 杆杆( (索索) )和连续球型锚杆和连续
8、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。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的锚钉也是一目前在边坡加固工程中广泛采用的锚钉也是一 种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入短而种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入短而 密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强 边坡的稳定性；这种锚杆一般适用于土质地层和松边坡的稳定性；这种锚杆一般适用于土质地层和松 散的岩石地层。散的岩石地层。 1.31.3 锚杆 锚杆
9、( (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，并能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体位移 ，这是一般支挡结构所不具备的力学作用。，这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
10、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3 3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4 4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
11、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5 5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 6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，适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主
12、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。喷射混凝土层。 (6)(6)锚钉加固边坡，在边坡中埋入短而密的抗拉构件与锚钉加固边坡，在边坡中埋入短而密的抗拉构件与 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 2 2 锚杆
13、锚杆( (索索) )的设计与计算的设计与计算 2.12.1 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内的岩土性状、抗剪强度、性能实验，以提供锚固工程范围内的岩土性状、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。
14、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
15、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、或岩质边坡施当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩质边坡施 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、
16、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GBGBT 5224T 522420032003标标 准外，还必须获得准外，还必须获得IS09002IS09002国际质量认证；同时必须保障钢筋国际质量认证；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。或钢绞线有效防腐，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
