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1、锚杆（索）1.锚杆（索）的作用机理立柱在荷载的作用下，有绕着基地转动的趋势，此时可以利用灌浆锚杆（索） 的抗拔作用力来进行抵抗。灌浆锚杆（索）指用水泥砂浆（或水泥浆、化学浆液 等）将一组钢拉杆（粗钢筋或钢丝束、钢轨、小钢筋笼等）锚固在伸向地层内部的钻 孔中，并承受拉力的柱状锚固体。它的中心受拉部分是拉杆。其受拉杆件有粗钢 筋，高强钢丝束，和钢绞线等三种不同类型。而且施工工艺有简易灌浆、预压灌 浆以及化学灌浆。锚固的形式应根据锚固段所处的岩土层类型、工程特征、锚杆 （索）承载力大小、锚杆（索）材料和长度、施工工艺等条件，按表1-1进行具 体选择。同时，为了更好地对锚杆（索）进行设计，以下将对锚杆
2、（索）的抗拔作用力机 理进行介绍。锚杆（索）的抗拔作用力又称锚杆（索）的锚固力，是指锚杆（索）的锚固 体与岩土体紧密结合后抵抗外力的能力，或称抗拔力，它除了跟锚固体与孔壁的 粘结力、摩擦角、挤压力等因素有关外，还与地层岩土的结构、强度、应力状态 和含水情况以及锚固体的强度、外形、补偿能力和耐腐蚀能力有关。许多资料表明，锚杆（索）孔壁周边的抗剪强度由于地层土质不同，埋深不 同以及灌桨方法不同而有很大的变化和差异。对于锚杆（索）抗拔的作用机理可 从其受力状态进行分析，由图1-1表示一个灌浆锚杆（索）中的砂浆锚固段，如 将锚固段的砂浆作为自由体，其作用力受力机理为：锚杆选型表1-1材料輔杆承栽力 设
3、计值（kN）帖杆长l!J III)应力状况备1醍锚科啊筋（II、10用应力曲杆超忻时诫 工方f史粘轧蝉紋 钢筋400-SOOA 10预应力诚二安装打便钢箭： II、III级】10两用力或非卜:体防僭性好, 施T蚩漩方恢当锚固段受力时，拉力T。首先通过钢拉杆周边的握固力（u）传递到砂浆中， 然后再通过锚固段钻孔周边的地层摩阻力（T）传递到锚固的地层中。因此，钢拉 杆如受到拉力作用，除了钢筋本身需要有足够的截面积（A）承受拉力外，锚杆（索） 的抗拔作用还必须同时满足以下三个条件： 锚固段的砂浆对于钢拉杆的握固力需能承受极限拉力； 锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力； 锚固土体在最不利的条件
4、下仍能保持整体稳定性。以上第、个条件是影响灌浆锚杆（索）抗拔力的主要因素。i hVbY地层i+Ti孔壁摩阻力T图 1-1 灌浆锚杆（索）锚固段的受力状态i+1uuvwvv -vwvv 右 V V V V 砂浆 V- V V V V J I牛 W八/Iv w w w wWVVWVWXV v / W % t- V w vl 于v v v v砂浆 y w w V I W / V V V V V |V、IIi+1:沐氓讣*問押曲林i地层径 直 筋 钢2.锚杆（索）的设计计算锚杆（索）的设计原则:（1）锚杆（索）设计前应进行充分调查，综合分析其安全性、经济性与可操作 性，避免其对路堤周围构筑物和埋设物产
5、生不利影响。（2）设计锚杆（索）时应考虑竣工后荷载作用对路堤的影响，要保证它们在载 荷作用下不产生有害变形。（3）设计锚杆（索）时，应对各种设计条件和参数进行充分的计算和试验来确 定，只有少数有成熟的试验资料及工程经验的可以借用。 锚杆（索）的设计要素:锚杆（索）的设计要素包括：锚杆（索）长度、锚固长度、相邻结构物的影 响、锚杆（索）的倾角和锚固体设置间距、锚杆（索）的抗拔力计算等等。这些 都是通过计算和试验得来的。进行锚杆（索）设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆（索）施工完 毕后必须对锚杆（索）进行抗拔试验，验证锚杆（索）是否达到设计承载力的要求。锚杆（索）型式选择应根据锚固段所处的地
6、层类型、工程特征、锚杆（索）承载力的大小、锚杆（索）材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。表2-1 给出了土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆（索）类型的有关参数。表 2-1 常用锚杆（索）型式锚杆 （索 ）类 别锚筋选料承载力 （kN）锚杆 长度应力 状态注浆 方式锚固体 形式适用条件土 层 锚 杆钢筋 仃I、III级）45016m非预应力常压灌浆 压力灌浆圆柱型 扩孔型锚固性较好 的土层精轧 螺纹钢筋 253240C110010m预应力压力灌浆 二次高压 灌浆连续球 型、扩孔 型土层锚固性 较差；边坡 允许变形值 较小。钢绞线600160010m预应力同上同上同上岩 层 锚 杆钢筋
7、 仃I、III级）45010m预应力常压灌浆 压力灌浆圆柱型边坡稳定性较差钢绞线600200010m预应力常压灌浆 压力灌浆圆柱型同上2.1锚杆（索）锚筋的截面设计假设锚杆（索）轴向设计荷载为N，则可由下式初步计算出锚杆（索）要达到设计荷载N所需的锚筋截面:AgkN7ptk式中,A为由N计算出的锚筋截面；k为安全系数，对于临时锚杆（索）取g1.61.8对于永久性锚杆(索)取2.22.4； f，为锚筋(钢丝、钢绞线、钢筋)ptk抗拉强度设计值。(2)锚筋的选用：根据锚筋截面计算值A ，对锚杆(索)进行锚筋的配置，要求实际的锚筋g配置截面 Ag Ag 。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆(索)承
8、载力、锚 杆(索)的长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因数综合考虑。对于采用棒式锚杆(索)，都采用钢筋做锚筋。如果是普通非预应力锚杆(索)， 由于设计轴向力一般小于450kN，长度最长不超过20米，因此锚筋一般选用普 通II、III级热轧钢筋；如果是预应力锚杆(索)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2232。对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆(索)应优先选用钢绞线、高强钢 丝，这样不但可以降低锚杆(索)的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力 的工作量，而且可以减少预应力的损失。因为钢绞线的屈服应力一般是普通钢筋 的近7倍，如果假定钢
9、材的弹性模量相同(1.9X105Mpa),它们达到屈服点的延 伸率钢绞线是钢筋的 7倍，反过来讲，在同等地层徐变量的条件下，采用钢绞线 的锚杆(索)的预应力损失仅为普通钢筋的 1/7。在选用钢绞线时应当符合国标 (GB/T5223-95、GB/T5224-95)要求，7丝标准型钢绞线参数如表2-3所示。除 此之外，也可选用美国标准(ASTM A416-90a)、英国标准(BS5896:80)、日本 标准(JIS G3536-88)的钢绞线，表2-4所示为ASTM A416-90a 7丝标准型钢绞 线(270级)参数。为了便于选用，表2-5给出了按国标计算的出的不同锚杆(索) 设计拉力值所需的钢
10、绞线根数。表2-3国标7丝标准型钢绞线参数表公称 直径 (mm)公称 面积 (mm2)每 1000m 理论重量(kg)强度 级别 (N/mm2)破坏 荷载 (kN)屈服 荷载 (kN)伸长率(%)70%破断荷载1000h低松弛 (%)9.5054.8432186010286.63.52.511.1074.258018601381173.525.12.7098.777418601841563.52.515.20139.0110118602592203.52.5表2-4 ASTM A416-90a 7丝标准型钢绞线参数表公称 直径 (mm)公称 面积 (mm2)每 1000m 理论重量 (kg)强
11、度 级别 (N/mm2)破坏 荷载 (kN)屈服 荷载 (kN)伸长率(%)70%破断荷载1000h低松弛 (%)9.5354.844321860102.392.13.52.511.1174.195821860137.9124.13.525.12.7098. 717751860183.7165.33.52.515.24140.0011021860260.7234.63.52.5表2-5锚杆(索)设计轴向力与钢绞线使用根数对照表锚杆(索)设计 轴向力(kN)250 300 350 400 450500 550 600 650 700750800850900 950 100074临时性334455
12、6677889910钢绞线(根)永久性4455677899101011121375 钢绞线临时性223344455566677(根)永久性3344455667778891013792.2 锚杆(索)受力分析的理论解 锚杆(索)深入岩石中,其端部承受拉拔力,假设水泥浆材与岩体为性质相 同的弹性材料，锚杆(索)所作用的岩体可视为半空间，深度z处作用一集中力, 如图2-1所示，在任意点C(x,y,z)处的垂直位移分量W可由Mindlin位移解确定:Q (1 + u)8 兀 E (1 - u)3 - 4u 8(1 - u)2 - (3 - 4u)(z - h)2RR 2R 311+ (3 - 4u)(
13、z + h)2 - 2hz + 6hz (z + h)2R21)R32R52图2-1 Mindlin解的计算简图式中:E, 口分别为岩体的弹性模量和泊松比;R1R2x 2 + y 2 + (z h )2；+ y 2 + (z + h ) 2 .在孔口处,x=y二z=0,则式（1 ）可简化为(2)Q (1 + u )(3 2 u )2兀hE假设埋入岩体中的锚杆（索）为半无限长锚杆（索）、水泥浆体与岩体之间处于 弹性状态，满足变形协调条件，则孔口处，岩体的位移与锚杆（索）体的总伸长量 相等，从而可以建立以下方程：(3 一 2 u ) r Tdz2 G z02 兀 r z dz-J T dz ) dz E Acz(3)通过简化，式（3）可化为二阶变系数齐次常微分方程:T ” + az T + 2 a T = 0(4)式(3),(4)中：r为锚杆(索)体半径4 “ GEa
