3岩土锚固技术中国矿大

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1、4 超前锚杆预支护技术超前锚杆预支护技术4 超前锚杆预支护技术v4.1 概述概述4.1.1 超前支护的概念超前支护的概念4.1.2 超前支护原理超前支护原理4.1.3 超前支护形式超前支护形式v4.2 超前锚杆与小导管注浆超前支护技术超前锚杆与小导管注浆超前支护技术4.2.1 适用范围适用范围4.2.2 设计原则设计原则4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术v4.3 管棚式超前支护技术管棚式超前支护技术4.3.1 管棚式超前支护适用范围管棚式超前支护适用范围4.3.2 管棚式超前支护设计管棚式超前支护设计4.1.1 超前支护的概念超前支护的概念v超前支护超前支护是指对尚未开挖的岩土体进行

2、预支护，预防其在开是指对尚未开挖的岩土体进行预支护，预防其在开挖时的冒落或塌落。这些挖时的冒落或塌落。这些岩土体岩土体主要是指一些开挖后来不及主要是指一些开挖后来不及支护就会发生破坏性事故，如支护就会发生破坏性事故，如流沙流沙、严重的、严重的破碎带破碎带、松散的、松散的软岩软岩、高应力、高应力围岩围岩等。等。v超前支护的超前支护的方法方法有许多，如开挖前施工的各种护坡桩、注浆、有许多，如开挖前施工的各种护坡桩、注浆、超前锚杆及和各种形式的结合结构。超前锚杆及和各种形式的结合结构。v目前，目前，超前支护超前支护一般都是在迫不得已的情况下采用，代价相一般都是在迫不得已的情况下采用，代价相对比较高，

3、但往往能收到很好的效果，要比较破坏后的修复对比较高，但往往能收到很好的效果，要比较破坏后的修复省工省时，且具有较好的经济效果。省工省时，且具有较好的经济效果。4.1.2 超前支护原理超前支护原理v由于围岩的破坏是有时间过程的，其原因包括开挖的由于围岩的破坏是有时间过程的，其原因包括开挖的端头效端头效应应和和时间效应时间效应：（1）端头效应。）端头效应。荷载并非同时全部地施加在端头附近的围岩上的，荷载并非同时全部地施加在端头附近的围岩上的，只有随开挖向前推进到超出端头影响区以后，应力才被全部施加，只有随开挖向前推进到超出端头影响区以后，应力才被全部施加，端头的夹持作用也失去。因此，许多开挖工程常

4、常是在开挖后的一端头的夹持作用也失去。因此，许多开挖工程常常是在开挖后的一段时间里会发生破坏性事故。段时间里会发生破坏性事故。（2）时间效应。）时间效应。岩土的蠕变特性说明，围岩存在一个对应于某段时岩土的蠕变特性说明，围岩存在一个对应于某段时间的间的长期强度长期强度，当应力超过此强度值时，则围岩在到达此时间后就，当应力超过此强度值时，则围岩在到达此时间后就会发生破坏。无限长时间的长时强度约为瞬时强度的会发生破坏。无限长时间的长时强度约为瞬时强度的70%。应力越。应力越高，破坏的时间越短；因此，当围岩应力低于瞬时强度，而高于长高，破坏的时间越短；因此，当围岩应力低于瞬时强度，而高于长时强度时，就

5、会在某个时间里发生破坏（如果不支护）。时强度时，就会在某个时间里发生破坏（如果不支护）。4.1.2 超前支护原理超前支护原理v因此，开挖后发生立即破坏或来不及支护的破坏，也是这两因此，开挖后发生立即破坏或来不及支护的破坏，也是这两个原因。即：虽然存在端头效应，但其围岩内的应力已经超个原因。即：虽然存在端头效应，但其围岩内的应力已经超过强度，端头的夹持效应也不能阻止其破坏过程；另一个便过强度，端头的夹持效应也不能阻止其破坏过程；另一个便是时间效应因素。是时间效应因素。4.1.2 超前支护原理超前支护原理v实际上，岩石破坏是实际上，岩石破坏是渐进渐进的。就是加载后，围岩随变形的增的。就是加载后，围

6、岩随变形的增加，其内部就开始有破裂出现而降低岩石质量。因此，过大加，其内部就开始有破裂出现而降低岩石质量。因此，过大的变形对岩石后面的承载是不利的。的变形对岩石后面的承载是不利的。v有时尽管岩土体没有冒落或坍塌，但围岩的破损可能发生在有时尽管岩土体没有冒落或坍塌，但围岩的破损可能发生在岩土体的内部，围岩的承载能力可能已经有严重损失，以至岩土体的内部，围岩的承载能力可能已经有严重损失，以至在载荷进一步发展后（端部开挖），围岩很快就失效。在载荷进一步发展后（端部开挖），围岩很快就失效。v因此，超前支护就是因此，超前支护就是提前提供约束提前提供约束，减少岩石质量在变形过，减少岩石质量在变形过程中的降

7、低。程中的降低。4.1.3 超前支护形式超前支护形式v超前支护一般可以分为两种，即：超前支护一般可以分为两种，即：超前锚杆超前锚杆（或预应力锚（或预应力锚杆）和杆）和带注浆的超前锚杆带注浆的超前锚杆支护形式，带注浆的超前锚杆支支护形式，带注浆的超前锚杆支护又分护又分小导管注浆支护小导管注浆支护和和管棚式支护管棚式支护。围岩压力大，容易冒落，最大空顶时间短，则可以采用围岩压力大，容易冒落，最大空顶时间短，则可以采用超前锚杆超前锚杆支护形式；支护形式；在破碎带、浅埋软弱破碎岩层或松软的砂土层和工作面在破碎带、浅埋软弱破碎岩层或松软的砂土层和工作面不易站立的岩土层中，可采用不易站立的岩土层中，可采用

8、小导管小导管注浆支护；注浆支护；对于更严重的地层（如第四系表土、砂砾层等）或施工对于更严重的地层（如第四系表土、砂砾层等）或施工规模更大的工程，可采用规模更大的工程，可采用管棚式支护管棚式支护。4.2 超前锚杆和小导管注浆支护技术超前锚杆和小导管注浆支护技术v超前锚杆超前锚杆主要是指在工作面向前方布置倾斜式锚杆，使锚杆伸到即将要主要是指在工作面向前方布置倾斜式锚杆，使锚杆伸到即将要开挖的部分，在开挖前对这部分围岩进行支护。开挖的部分，在开挖前对这部分围岩进行支护。v小导管注浆超前支护小导管注浆超前支护是指采用锚注的形式进行超前支护，可将破碎的围是指采用锚注的形式进行超前支护，可将破碎的围岩固结

9、和锚固成一个整体，从而显著提高围岩的自承载能力。岩固结和锚固成一个整体，从而显著提高围岩的自承载能力。它是沿初期支护外轮廓线，以一定仰角，向工作面施打直径为它是沿初期支护外轮廓线，以一定仰角，向工作面施打直径为323245 45 mm的带泄浆孔的小导管并进行注浆，利用浆液充分填充岩土体的带泄浆孔的小导管并进行注浆，利用浆液充分填充岩土体中的空隙，形成一定厚度的结合体。中的空隙，形成一定厚度的结合体。小导管注浆的作用小导管注浆的作用是：稳定工作面前方的岩土体，以达到控制开挖是：稳定工作面前方的岩土体，以达到控制开挖松弛、崩塌、沉降，从而提高了工作面的自稳性。此项技术在软弱松弛、崩塌、沉降，从而提

10、高了工作面的自稳性。此项技术在软弱围岩的地下工程中获得了广泛的应用。围岩的地下工程中获得了广泛的应用。4.2.1 适用范围适用范围v小导管注浆方法小导管注浆方法主要适用于主要适用于：自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩和严重偏压砂自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩和严重偏压砂层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧道。对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松道。对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用，效果明显。软、空隙较大的地层更为适用，效果明显。4.2.2 设计原则设计原则v为保证工作面开挖时不坍塌

11、，设计计施工时，应充分考虑支护时间、支为保证工作面开挖时不坍塌，设计计施工时，应充分考虑支护时间、支护类型和支护参数的选择，且小导管注浆超前支护工艺也应和开挖工序护类型和支护参数的选择，且小导管注浆超前支护工艺也应和开挖工序等相结合等。从下图中可以看出：等相结合等。从下图中可以看出：（1 1）在台阶掘进中，要保证上台阶前方不稳定土体的稳定，小导管）在台阶掘进中，要保证上台阶前方不稳定土体的稳定，小导管打入土体的长度必须穿过可能形成的破裂面以外；打入土体的长度必须穿过可能形成的破裂面以外；（2 2）小导管间距应根据工作面前方地质条件和其自稳能力来决定；）小导管间距应根据工作面前方地质条件和其自稳

12、能力来决定；4.2.2 设计原则设计原则v（3 3）小导管的外插角（与隧道开挖轮廓的夹角）小导管的外插角（与隧道开挖轮廓的夹角 ）应考虑小导管的长度）应考虑小导管的长度和钢架的间距；和钢架的间距；v（4 4）考虑一次掘进进尺及前后小导管之间的搭接长度。）考虑一次掘进进尺及前后小导管之间的搭接长度。v根据现场实验和施工经验，小导管的根据现场实验和施工经验，小导管的长度长度L以以34.5 m为宜，为宜，外插角外插角以以1020为宜，小导管为宜，小导管间距间距通常按每米通常按每米34 根布置，导管之间的根布置，导管之间的搭接长搭接长度度不宜小于不宜小于1.0 m。一次掘进进尺及小导管间的搭接长度示意

13、图一次掘进进尺及小导管间的搭接长度示意图4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术v（1）小导管的加工制作）小导管的加工制作前端加工成圆锥形并封焊严实；管身设若干溢浆孔，孔前端加工成圆锥形并封焊严实；管身设若干溢浆孔，孔径径612 mm；孔距；孔距2030 cm，按梅花形排列；后端，按梅花形排列；后端1.0 m范围不设溢浆孔，管尾设一加固环，并要保持管身顺直范围不设溢浆孔，管尾设一加固环，并要保持管身顺直的要求。的要求。4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术v（2）小导管施工工艺）小导管施工工艺布孔布孔。根据小导管的施工设计和开挖断面的中线，拱顶外轮廓线中。根据小导管的施工设计和开挖断

14、面的中线，拱顶外轮廓线中心高程和支距进行布孔放样，并以插钎作为标记控制小导管的间距。心高程和支距进行布孔放样，并以插钎作为标记控制小导管的间距。成孔成孔。首先架设方向架，确定打孔方向、位置和仰角，然后依据不。首先架设方向架，确定打孔方向、位置和仰角，然后依据不同地质条件，采用不同成孔设备打孔：一般砂层可用同地质条件，采用不同成孔设备打孔：一般砂层可用20 mm管以管以压力风吹孔；粉细砂、亚粘土可采用风镐推进导管；粘土层可采用压力风吹孔；粉细砂、亚粘土可采用风镐推进导管；粘土层可采用煤电钻钻孔；在土夹石、风化岩可使用液压或风枪打眼成孔。孔方煤电钻钻孔；在土夹石、风化岩可使用液压或风枪打眼成孔。孔

15、方向要求顺直，不得弯曲和塌孔等。向要求顺直，不得弯曲和塌孔等。插管插管。安设小导管时应对准管孔的方向和角度，必要时使液压或风。安设小导管时应对准管孔的方向和角度，必要时使液压或风动推进器将导管推入，并力求导管尾端在同一剖面且外露长度以动推进器将导管推入，并力求导管尾端在同一剖面且外露长度以30 cm为宜。为宜。封口封口。喷混凝土。喷混凝土58 cm厚度，对管尾周围应加强封闭。厚度，对管尾周围应加强封闭。4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术v（3）小导管注浆）小导管注浆1）地质调查）地质调查施工前的地质调查或地质超前预报对小导管注浆参数的确定和效果施工前的地质调查或地质超前预报对小导管注

16、浆参数的确定和效果起着重要作用。对围岩应重视调查其结构特征外，还应查明围岩强起着重要作用。对围岩应重视调查其结构特征外，还应查明围岩强度、胶结程度、颗粒成分、空隙率和物理力学性能等；当围岩分层度、胶结程度、颗粒成分、空隙率和物理力学性能等；当围岩分层时应查清其互层状况、软硬层次、厚薄组合等情况，以便确定合理时应查清其互层状况、软硬层次、厚薄组合等情况，以便确定合理的注浆方案。的注浆方案。 2）注浆参数的确定）注浆参数的确定注浆扩散半径注浆扩散半径 可根据导管密度和现场地质条件试验确定。一般可根据导管密度和现场地质条件试验确定。一般应考虑注浆范围相互重叠为原则。小导管间距按下式计算应考虑注浆范围

17、相互重叠为原则。小导管间距按下式计算4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术注浆量的计算注浆量的计算 单根导管浆液注入量可按下式估算单根导管浆液注入量可按下式估算 为为 简化计算，将简化计算，将 和和的乘积假定为的乘积假定为1，则上式可简化为，则上式可简化为注浆压力注浆压力 在砂质地层采用水泥砂浆或水泥在砂质地层采用水泥砂浆或水泥-水玻璃浆液注浆时，水玻璃浆液注浆时，注浆压力一般为注浆压力一般为0.50.9 MPa，必要时在管口尾部设置止浆塞。粉，必要时在管口尾部设置止浆塞。粉细砂底层在满足注浆效果的情况下，注浆压力不宜过大，经试验一细砂底层在满足注浆效果的情况下，注浆压力不宜过大，经试验

18、一般注浆压力为般注浆压力为0.30.5 MPa，并可按下式计算，并可按下式计算v3）注浆材料的选择）注浆材料的选择注浆材料应根据地质条件经反复试验进行选择确定。注浆材料应根据地质条件经反复试验进行选择确定。4.2.3 小导管的施工技术小导管的施工技术v4）注浆工艺）注浆工艺针对不同的地层和不同的注浆属性，选定合适的注浆方法和注浆工艺，针对不同的地层和不同的注浆属性，选定合适的注浆方法和注浆工艺，是实现注浆要求的重要工作。具体注浆工艺流程参考是实现注浆要求的重要工作。具体注浆工艺流程参考图图6-4进行。必进行。必要时，可进行压水试验，然后注浆。要时，可进行压水试验，然后注浆。v5）注浆机具）注浆

19、机具注浆机具可视具体情况，采取注浆机具可视具体情况，采取“土洋结合土洋结合”和先查验、后试用、再推和先查验、后试用、再推广的方法，以方便实用和满足注浆效果为原则。广的方法，以方便实用和满足注浆效果为原则。v6）劳动力组织）劳动力组织根据不同地层的相关参数确定浆液配比，计算出所需原材料用量，并根据不同地层的相关参数确定浆液配比，计算出所需原材料用量，并事先作好准备。注浆必须对注浆导管的根数、长度、地质参数调查事先作好准备。注浆必须对注浆导管的根数、长度、地质参数调查清楚，并作好记录。注浆时有专人测定清楚，并作好记录。注浆时有专人测定pH值，专人掌握止浆塞的压值，专人掌握止浆塞的压力表并随时调整注

20、浆压力。注浆完毕应注意清理机具和管路，使其力表并随时调整注浆压力。注浆完毕应注意清理机具和管路，使其畅通。畅通。4.3 管棚式超前支护技术管棚式超前支护技术v管棚法管棚法是沿开挖轮廓周线，钻设与隧道轴线平行的钻孔，而后插入不同是沿开挖轮廓周线，钻设与隧道轴线平行的钻孔，而后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系。成棚架的支护体系。v它的它的主要作用主要作用是：提高管周围岩的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖是：提高管周围岩的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围之内，其

21、效果可大致归纳如下：引起的松弛控制在最小范围之内，其效果可大致归纳如下：1）梁效应）梁效应 先行施设的管棚，以工作面和后方支撑为支点形成一个先行施设的管棚，以工作面和后方支撑为支点形成一个梁式结构，防止了围岩的松弛和崩塌。梁式结构，防止了围岩的松弛和崩塌。2）加固围岩效果）加固围岩效果 钢管插入后，向管内注浆，加固了管周的围岩。钢管插入后，向管内注浆，加固了管周的围岩。4.3 管棚式超前支护管棚式超前支护技术技术v管棚式超前支护和导管式超前支护的管棚式超前支护和导管式超前支护的区别区别主要是：主要是：管棚式支护采用更大直径（管棚式支护采用更大直径（80100 mm，甚至更大，达，甚至更大，达1

22、00 mm以上）以上）的钢管，且钢管更长（可以在的钢管，且钢管更长（可以在10 m以上）的超前支护。以上）的超前支护。管棚施工往往要求插入的钢管自身形成管棚施工往往要求插入的钢管自身形成棚体结构棚体结构，如：根据需要由钢，如：根据需要由钢管形成拱式、梁式或拱管形成拱式、梁式或拱-墙式结构；而小导管可以只设置在局部危险墙式结构；而小导管可以只设置在局部危险区域。区域。v因此，在设计时要考虑管棚的整体布置外形（往往和隧道或其它工程的因此，在设计时要考虑管棚的整体布置外形（往往和隧道或其它工程的外轮廓一致），还要考虑在管棚长度方向的受力情况。外轮廓一致），还要考虑在管棚长度方向的受力情况。4.3.1

23、 适用范围适用范围v从国内外的施工实践看，管棚超前支护特别适用于在工程下方进行工程从国内外的施工实践看，管棚超前支护特别适用于在工程下方进行工程施工的情况，主要包括下述场合：施工的情况，主要包括下述场合：1）作为公路、铁路下方修建隧道的辅助工法；）作为公路、铁路下方修建隧道的辅助工法；2）作为在地中及地下结构物下方修建隧道的辅助工法；）作为在地中及地下结构物下方修建隧道的辅助工法；3）作为修建大断面隧道施工的辅助工法：）作为修建大断面隧道施工的辅助工法：4）作为隧道洞口段施工的辅助工法；）作为隧道洞口段施工的辅助工法；5）作为其它施工的辅助工法，如托底、盾构基地防护等。）作为其它施工的辅助工法

24、，如托底、盾构基地防护等。v管棚法主要适用于：第四纪覆盖地层、软弱、矽砾地层或软岩、岩堆、管棚法主要适用于：第四纪覆盖地层、软弱、矽砾地层或软岩、岩堆、破碎带等易于崩塌、松弛、软化的地层。破碎带等易于崩塌、松弛、软化的地层。4.3.2 管棚式超前支护设计管棚式超前支护设计v管棚施工设计步骤是结合地层和结构外形情况先确定布置外形，计算管棚施工设计步骤是结合地层和结构外形情况先确定布置外形，计算承受总压力，设计管棚长度，然后结合管径按强度计算间距（管棚数承受总压力，设计管棚长度，然后结合管径按强度计算间距（管棚数量），并用稳定性（扰度）验证。量），并用稳定性（扰度）验证。（1）管棚布置）管棚布置v

25、管棚是在地下工程轮廓外形成的棚架体系，要根据围岩性质及管棚是在地下工程轮廓外形成的棚架体系，要根据围岩性质及地表、地中结构物的特点，决定管棚的配置和形状。一般说，地表、地中结构物的特点，决定管棚的配置和形状。一般说，管棚的配置和形状可参考管棚的配置和形状可参考图图6-5选用。选用。（2）确定载荷）确定载荷v按普氏或太沙基公式计算。按普氏或太沙基公式计算。（3）管棚长度）管棚长度v管棚长度首先应满足钻机设备的工作参数要求，其次要穿过工管棚长度首先应满足钻机设备的工作参数要求，其次要穿过工作面的土体破裂面一定长度，使土压力传递到已封闭的支护结作面的土体破裂面一定长度，使土压力传递到已封闭的支护结构

26、上，并考虑前后两排管棚的搭接长度。根据构上，并考虑前后两排管棚的搭接长度。根据图图6-6可知：可知： L= A + 2（B + C）管棚的配置和形状管棚的配置和形状管棚长度计算示意图管棚长度计算示意图L= A + 2（B + C）4.3.2 管棚式超前支护设计管棚式超前支护设计v（4）管距和数量）管距和数量钢管的最小间距，要视施工精度来决定。在水平钻孔中，钢管弯曲量钢管的最小间距，要视施工精度来决定。在水平钻孔中，钢管弯曲量随施工长度而增加，尤其是，长度超过随施工长度而增加，尤其是，长度超过30 m后，弯曲会急剧增加，大后，弯曲会急剧增加，大致在致在1/2001/300左右。因此，一般钢管的间

27、距多采用左右。因此，一般钢管的间距多采用（22.5）倍管倍管径；按长梁计算最大弯矩：计算载荷作为梁长度上的均布载荷并平均径；按长梁计算最大弯矩：计算载荷作为梁长度上的均布载荷并平均分摊在每根钢管；钢棚架间距（常为分摊在每根钢管；钢棚架间距（常为1.0 m）作为铰接点的跨间距，插）作为铰接点的跨间距，插入岩体一端是固结点；计算钢管最大应力，比较强度，并调节间距和入岩体一端是固结点；计算钢管最大应力，比较强度，并调节间距和直径。直径。v（5）扰度验算）扰度验算钢管的扰度不能超过顶部总允许下沉量，包括钢管施工前下沉量。钢管的扰度不能超过顶部总允许下沉量，包括钢管施工前下沉量。4.4 超前支护超前支护

28、技术的应用技术的应用马钢姑山铁矿马头门冒顶区马钢姑山铁矿马头门冒顶区掘进与支护技术方案掘进与支护技术方案4.4 超前支护超前支护技术的应用技术的应用马钢姑山铁矿马头门冒顶区掘进与马钢姑山铁矿马头门冒顶区掘进与支护技术方案支护技术方案5 软岩巷道锚注支护技术软岩巷道锚注支护技术v5.1 概述概述v5.2 内注浆锚杆的类型与适用条件内注浆锚杆的类型与适用条件v5.3 锚注支护机理与支护设计锚注支护机理与支护设计v5.4 锚注支护在不稳定地层中的应用锚注支护在不稳定地层中的应用v5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题5.1 概概 述述v锚杆支护与锚喷支护特点锚杆支护与锚喷支护特点v

29、各种以锚杆为基础的复合支护形式各种以锚杆为基础的复合支护形式v二次支护的提出及二次支护的作用时间二次支护的提出及二次支护的作用时间v不稳定地层中的巷道支护存在的问题不稳定地层中的巷道支护存在的问题传统支护体系已不适应大地压的要求传统支护体系已不适应大地压的要求v锚喷支护、锚索支护、棚式支护、砌碹支护锚喷支护、锚索支护、棚式支护、砌碹支护v锚注支护体系锚注支护体系以内注浆锚杆为核心与其它支护组成不同支护（包括锚喷支护、以内注浆锚杆为核心与其它支护组成不同支护（包括锚喷支护、棚式支护、砌碹支护等）棚式支护、砌碹支护等） 5.2 内注浆锚杆的类型与适用条件内注浆锚杆的类型与适用条件v内注浆锚杆是专门

30、为解决不稳定地层中巷道支护而内注浆锚杆是专门为解决不稳定地层中巷道支护而研制的，其类型有：研制的，其类型有：（1）可控压内注浆锚杆）可控压内注浆锚杆（2）普通内注浆锚杆）普通内注浆锚杆（3）端锚内注浆锚杆）端锚内注浆锚杆5.3 锚注支护机理与支护设计锚注支护机理与支护设计v5.3.1 锚注支护机理锚注支护机理v巷道支护形式可划分为巷道支护形式可划分为3 3个层次：个层次：各种金属支架、砌喧等被动支护形式；各种金属支架、砌喧等被动支护形式；以锚喷支护为主的改善巷道围岩力学性能的主动支护形式；以锚喷支护为主的改善巷道围岩力学性能的主动支护形式；从根本上改变岩体结构及力学性能的以锚注加固为主的主动支

31、从根本上改变岩体结构及力学性能的以锚注加固为主的主动支护形式对于大松动圈软岩动压巷道，只有采用最高层次的支护护形式对于大松动圈软岩动压巷道，只有采用最高层次的支护形式才能保证巷道的稳定。形式才能保证巷道的稳定。 5.3.1 锚注支护机理 锚注支护的实质是锚杆兼作注浆管，其支护机理包括以下锚注支护的实质是锚杆兼作注浆管，其支护机理包括以下几个方面：几个方面：（1 1）浆液可封堵围岩的裂憋，隔绝空气，减轻围岩风化，防止围岩被水浸湿）浆液可封堵围岩的裂憋，隔绝空气，减轻围岩风化，防止围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度。而降低围岩的本身强度。（2 2）注浆后松散破碎的围岩被胶结成整体，提高了岩体强度，且

32、喷层壁后充）注浆后松散破碎的围岩被胶结成整体，提高了岩体强度，且喷层壁后充填密实，保证荷载均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破填密实，保证荷载均匀地作用在喷层和支架上，避免出现应力集中点而首先破坏；并与原岩形成一个整体，在动压作用下其振动频宰与原岩一致而不易破坏坏；并与原岩形成一个整体，在动压作用下其振动频宰与原岩一致而不易破坏（3 3）注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护形成多层有效组合拱，且注浆锚杆）注浆充填围岩裂隙，配合锚喷支护形成多层有效组合拱，且注浆锚杆本身为全长锚固，它将多层组合拱联成一个整体，共同承载，扩大了支护结构本身为全长锚固，它将多层组合拱联成一个整体，共同承载，

33、扩大了支护结构的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力的有效承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力（4 4）作用在拱顶上的压力能有效传递到底板，由于组合拱厚度的加大，减小）作用在拱顶上的压力能有效传递到底板，由于组合拱厚度的加大，减小了作用在底板上的荷载集中度，从而减弱底板岩石中的应力和塑性变形，减轻了作用在底板上的荷载集中度，从而减弱底板岩石中的应力和塑性变形，减轻底臌；且底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板、两帮稳定的情况下又能保底臌；且底板的稳定，有助于两帮的稳定，在底板、两帮稳定的情况下又能保持拱顶的稳定。持拱顶的稳定。锚注支护机理简图1-1-注浆锚杆；注浆锚杆；2-2-喷

34、网层；喷网层；3-3-注浆扩散范围；注浆扩散范围；4-4-锚固压力锥岩锚拱；锚固压力锥岩锚拱；5-5-喷网层组合拱喷网层组合拱5.3.2 锚注支护分类锚注支护分类 v（1）充填注浆）充填注浆充填注浆指在较大空隙中充填浆液料。充填注浆指在较大空隙中充填浆液料。充填注浆有两个作用：增加岩土的整体稳定；以及使支架受力均匀。充填注浆有两个作用：增加岩土的整体稳定；以及使支架受力均匀。充填注浆特点：用浆量大，强度要求低，浆液渗透性要求低。因此要求用充填注浆特点：用浆量大，强度要求低，浆液渗透性要求低。因此要求用大流量、粗径送浆泵，浆液可以用较多的填充料以降低成本。大流量、粗径送浆泵，浆液可以用较多的填充

35、料以降低成本。v（2）裂隙注浆）裂隙注浆裂隙注浆是通过浆液粘结裂隙面，以提高岩体强度和阻塞渗流通道。裂隙注浆是通过浆液粘结裂隙面，以提高岩体强度和阻塞渗流通道。裂隙注浆对浆液的要求：裂隙注浆对浆液的要求： 渗透性要求；浆液凝结时间要求；浆液结石率要求；浆液粘结强渗透性要求；浆液凝结时间要求；浆液结石率要求；浆液粘结强度要求；浆液的环保要求。度要求；浆液的环保要求。 5.3.3 锚注联合支护结构设计锚注联合支护结构设计 v5.3.3.1 锚注联合支护型式的选择锚注联合支护型式的选择v5.3.3.2 内注浆锚杆支护参数的确定内注浆锚杆支护参数的确定 v5.3.3.3 注浆材料与参数的确定注浆材料与

36、参数的确定v5.3.3.4 注浆工艺注浆工艺5.3.3.1 锚注联合支护型式的选择锚注联合支护型式的选择v（1 1）新掘类巷道）新掘类巷道v（2 2）加固类巷道）加固类巷道v（3 3）修复类巷道）修复类巷道 5.3.3.1 锚注联合支护型式的选择锚注联合支护型式的选择v（1 1）新掘类巷道）新掘类巷道 均采用二次支护的方法进行施工，且根据所用锚杆类型分为两种支均采用二次支护的方法进行施工，且根据所用锚杆类型分为两种支护形式：一种是一次支护采用普通锚杆进行锚喷支护，二次支护时采用护形式：一种是一次支护采用普通锚杆进行锚喷支护，二次支护时采用内注浆锚杆注浆加固及喷网带支护；另一种是一次支护直接采用

37、端锚内内注浆锚杆注浆加固及喷网带支护；另一种是一次支护直接采用端锚内注浆锚杆进行锚喷支护，同时预留及保护好内注浆锚杆的孔口和螺纹，注浆锚杆进行锚喷支护，同时预留及保护好内注浆锚杆的孔口和螺纹，二次支护时采用一次支护所安装的内注浆锚杆进行注浆加固及喷网带支二次支护时采用一次支护所安装的内注浆锚杆进行注浆加固及喷网带支护。护。 5.3.3.1 锚注联合支护型式的选择锚注联合支护型式的选择v（2 2）加固类巷道）加固类巷道 这里指因局部变形破坏而影响稳定，但断面仍满足要求的巷道，或这里指因局部变形破坏而影响稳定，但断面仍满足要求的巷道，或经过一次修复后围岩仍较完整的巷道。可根据裂隙的发育程度采用不同

38、经过一次修复后围岩仍较完整的巷道。可根据裂隙的发育程度采用不同的锚注加固形式，裂隙极其发育时可采用普通内注浆锚杆进行注浆加固，的锚注加固形式，裂隙极其发育时可采用普通内注浆锚杆进行注浆加固，主要目的在于充填较大的裂隙；裂隙发育情况一般时，可采用端锚内注主要目的在于充填较大的裂隙；裂隙发育情况一般时，可采用端锚内注浆锚杆进行锚注加固，以便于加大注浆压力，使浆液充分扩散到围岩裂浆锚杆进行锚注加固，以便于加大注浆压力，使浆液充分扩散到围岩裂隙中。隙中。 5.3.3.1 锚注联合支护型式的选择锚注联合支护型式的选择v（3 3）修复类巷道）修复类巷道 这里指经过多次破坏和多次修复后又出现严重破坏需要修复

39、的巷道。这里指经过多次破坏和多次修复后又出现严重破坏需要修复的巷道。此时可采用两种支护方式，一是锚注支护与锚喷支护相结合的联合支护此时可采用两种支护方式，一是锚注支护与锚喷支护相结合的联合支护结构，也就是先进行注浆加固，然后涮大断面，再采用普通锚杆或端锚结构，也就是先进行注浆加固，然后涮大断面，再采用普通锚杆或端锚内注浆锚杆进行一次支护，最后再进行锚注加固；二是型钢支护与锚注内注浆锚杆进行一次支护，最后再进行锚注加固；二是型钢支护与锚注支护相结合的联合支护结构，也就是先进行涮大断面，采用型钢支架一支护相结合的联合支护结构，也就是先进行涮大断面，采用型钢支架一次支护，然后采用普通内注浆锚杆进行锚

40、注后加固。次支护，然后采用普通内注浆锚杆进行锚注后加固。 5.3.3.2 内注浆锚杆支护参数的确定内注浆锚杆支护参数的确定v（1 1）内注浆锚杆的长度）内注浆锚杆的长度v（2 2）锚杆间排距）锚杆间排距v（3 3）锚杆锚固力）锚杆锚固力5.3.3.2 内注浆锚杆支护参数的确定内注浆锚杆支护参数的确定v（1 1）内注浆锚杆的长度）内注浆锚杆的长度v一般不再经受动压作用巷道，锚杆长度为一般不再经受动压作用巷道，锚杆长度为170017002000 mm2000 mm，经受动压或围岩裂隙极其发育时，锚杆长度为，经受动压或围岩裂隙极其发育时，锚杆长度为220022002500 mm2500 mm。对于普

41、通内注浆锚杆，可根据围岩松动范围来。对于普通内注浆锚杆，可根据围岩松动范围来确定。不再经受动压作用的巷道，锚杆长度为确定。不再经受动压作用的巷道，锚杆长度为150015001800 1800 mmmm，经受动压或围岩裂隙极其发育时，锚杆长度为，经受动压或围岩裂隙极其发育时，锚杆长度为200020002200 mm2200 mm。5.3.3.2 内注浆锚杆支护参数的确定内注浆锚杆支护参数的确定v（2 2）锚杆间排距）锚杆间排距一般情况下，内注浆锚杆的间排距为一般情况下，内注浆锚杆的间排距为1000 mm1000 mm1000 mm1000 mm；围岩裂隙极；围岩裂隙极其发育，且采用普通内注浆锚杆

42、时，锚杆间排距可扩大到其发育，且采用普通内注浆锚杆时，锚杆间排距可扩大到1500mm1500mm1500mm1500mm；采用型钢支架与锚注联合支护时，锚杆排距可与；采用型钢支架与锚注联合支护时，锚杆排距可与支架排距相同；当一次支护采用内注浆锚杆时，其间排距按普通锚支架排距相同；当一次支护采用内注浆锚杆时，其间排距按普通锚杆来确定，一般为杆来确定，一般为600600800mm800mm。5.3.3.2 内注浆锚杆支护参数的确定内注浆锚杆支护参数的确定v（3）锚杆锚固力）锚杆锚固力v 普通内注浆锚杆的锚固力在普通内注浆锚杆的锚固力在4050 kN，因此可以采用，因此可以采用4分分焊接管制作；而端

43、锚内注浆锚杆的锚固力一般在焊接管制作；而端锚内注浆锚杆的锚固力一般在5070 kN, 因此可以采用因此可以采用22 mm无缝管制作。无缝管制作。5.3.3.3 注浆材料与参数的确定注浆材料与参数的确定v（1 1）注浆材料）注浆材料v 在新掘类巷道中，一般可采用水泥、水泥水玻璃单液浆；在裂隙在新掘类巷道中，一般可采用水泥、水泥水玻璃单液浆；在裂隙极其发育且裂隙尺寸较大时，可在一次注浆的水泥浆液中掺加细骨料，极其发育且裂隙尺寸较大时，可在一次注浆的水泥浆液中掺加细骨料，如细砂、粉煤灰、矸石粉等，而在二次复注时采用单液浆；当巷道处于如细砂、粉煤灰、矸石粉等，而在二次复注时采用单液浆；当巷道处于强膨胀

44、性岩层中时，可采用强膨胀性岩层中时，可采用PMPM型、型、SPMSPM型等化学浆液；而淋水较大时，可型等化学浆液；而淋水较大时，可采用水泥水玻璃双液浆。采用水泥水玻璃双液浆。5.3.3.3 注浆材料与参数的确定注浆材料与参数的确定v（2 2）注浆参数）注浆参数v 采用单液或双液注浆时，顶帮注浆压力在采用单液或双液注浆时，顶帮注浆压力在1.21.21.5 MPa1.5 MPa，底角注浆压力在，底角注浆压力在1.51.52.0MPa2.0MPa；浆液中掺加细骨料时，注；浆液中掺加细骨料时，注浆压力在浆压力在1.01.01.2 MPa1.2 MPa。5.3.3.4 注浆工艺注浆工艺5.4 锚注支护在

45、不稳定地层中的应用锚注支护在不稳定地层中的应用 v（1）在回采巷道中的应用）在回采巷道中的应用v（2）在软岩动压巷道中的应用）在软岩动压巷道中的应用v（3）在软岩地层水仓中的应用）在软岩地层水仓中的应用v（4）在软岩硐室工程中的应用）在软岩硐室工程中的应用（1 1）在回采巷道中的应用）在回采巷道中的应用锚注支护在梁家煤矿回采巷道中的应用锚注支护在梁家煤矿回采巷道中的应用（1 1）在回采巷道中的应用）在回采巷道中的应用锚注支护在梁家煤矿回采巷道中的应用锚注支护在梁家煤矿回采巷道中的应用（1 1）在回采巷道中的应用）在回采巷道中的应用三锚支护技术在陶阳矿高应力煤巷中的应用三锚支护技术在陶阳矿高应力

46、煤巷中的应用（2 2）在软岩动压巷道中的应用）在软岩动压巷道中的应用修复类巷道修复类巷道（2 2）在软岩动压巷道中的应用）在软岩动压巷道中的应用修复类巷道修复类巷道（2 2）在软岩动压巷道中的应用）在软岩动压巷道中的应用加固类巷道加固类巷道（2 2）在软岩动压巷道中的应用）在软岩动压巷道中的应用新掘类巷道新掘类巷道（3 3）在软岩地层水仓中的应用）在软岩地层水仓中的应用新掘类巷道新掘类巷道（4 4）在软岩硐室工程中的应用）在软岩硐室工程中的应用新掘类巷道新掘类巷道（4 4）在软岩硐室工程中的应用）在软岩硐室工程中的应用（4 4）在软岩硐室工程中的应用）在软岩硐室工程中的应用5.5 锚注支护施工

47、中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v1）注浆方式）注浆方式v2）浆液材料）浆液材料v3）控制参数）控制参数v4）注浆时间）注浆时间v5）注浆方法）注浆方法v6）注浆顺序）注浆顺序v7）注浆效果的评价）注浆效果的评价v8）施工注意事项）施工注意事项5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v1 1）注浆方式）注浆方式v 单液注浆：以单一浆料配置的浆液为主。单液注浆：以单一浆料配置的浆液为主。v 为改变浆液的性质，有时在浆液中添加改性剂，如由两种配合料构为改变浆液的性质，有时在浆液中添加改性剂，如由两种配合料构成的水泥成的水泥- -水玻璃浆液。水玻璃浆液。5.5 锚注支护施工中的几

48、个问题锚注支护施工中的几个问题v2 2）浆液材料）浆液材料v 水泥浆一般采用水泥浆一般采用32.532.5级普通硅酸盐水泥。可根据用途水泥浆液中可掺级普通硅酸盐水泥。可根据用途水泥浆液中可掺入一定掺合料，如砂、粘性土（塑性指数高、粘性颗粒含量高）、粉煤灰入一定掺合料，如砂、粘性土（塑性指数高、粘性颗粒含量高）、粉煤灰（烧失量小、细度不低于水泥）、水玻璃（模数（烧失量小、细度不低于水泥）、水玻璃（模数 2.42.43 3，SiOSiO2 2 克分子数克分子数/Na/Na2 2O O克分子数，浓度克分子数，浓度30304545）。）。v 另常加入一些改性剂，以改善浆液性能，主要改性剂有另常加入一些

49、改性剂，以改善浆液性能，主要改性剂有: :v 悬浮剂：使水泥颗粒长时间悬浮不沉淀；分散剂：降低水泥浆液粘度；悬浮剂：使水泥颗粒长时间悬浮不沉淀；分散剂：降低水泥浆液粘度；速凝剂和缓凝剂：如速凝剂和缓凝剂：如3 35%5%的水玻璃；膨胀剂：解决析水与收缩、结石率的水玻璃；膨胀剂：解决析水与收缩、结石率小于小于1 1的问题；防析水剂；加气剂等。的问题；防析水剂；加气剂等。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v3 3）控制参数）控制参数注浆压力：根据岩石破碎程度，锚注一般注浆压力采用注浆压力：根据岩石破碎程度，锚注一般注浆压力采用0.150.153.0 3.0 MPaMPa。扩散

50、半径：采用经验法。锚注方法的扩散半径不应当完全按渗透半径扩散半径：采用经验法。锚注方法的扩散半径不应当完全按渗透半径来确定。因为岩石越破碎（虽然扩散半径大），越需要加固。如果来确定。因为岩石越破碎（虽然扩散半径大），越需要加固。如果渗透半径小而岩石变形大（岩性软），就需要提高浆液的渗透能力渗透半径小而岩石变形大（岩性软），就需要提高浆液的渗透能力或注浆压力。一般扩散半径和锚杆布置一致，或略微调动。或注浆压力。一般扩散半径和锚杆布置一致，或略微调动。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v4 4）注浆时间）注浆时间v 因为锚注支护是联合支护，注浆一般滞后与锚杆施工，即相当于二次

51、支护。因为锚注支护是联合支护，注浆一般滞后与锚杆施工，即相当于二次支护。因此支护时间是锚注支护的重要参数。因此支护时间是锚注支护的重要参数。v 不能过早：影响前方正常各种程序、要求较高的性能以适应高应力和较大的不能过早：影响前方正常各种程序、要求较高的性能以适应高应力和较大的变形；变形；v 不能过迟：洞室变形过大再行支护就失去意义。不能过迟：洞室变形过大再行支护就失去意义。v 确定方法：原则上保证注浆后的岩体能适应后续变形量。可通过前后两种支确定方法：原则上保证注浆后的岩体能适应后续变形量。可通过前后两种支护能力的比较确定后续变形量的比例关系，结合施工速度确定注浆时间。简易确护能力的比较确定后

52、续变形量的比例关系，结合施工速度确定注浆时间。简易确定方法可由变形曲线的最大曲率附近的时间。一般在定方法可由变形曲线的最大曲率附近的时间。一般在1 1个月左右时间。个月左右时间。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v5 5）注浆方法）注浆方法v 注浆方式主要有两种，一是充填注浆：喷射混凝土后，钻孔、注浆方式主要有两种，一是充填注浆：喷射混凝土后，钻孔、安短注浆管、对壁后注浆；二是渗透注浆：用于裂隙岩体的注浆加安短注浆管、对壁后注浆；二是渗透注浆：用于裂隙岩体的注浆加固。固。v 对裂隙岩体的注浆有两种方法，一是单独注浆，指在锚喷施工对裂隙岩体的注浆有两种方法，一是单独注浆，指

53、在锚喷施工以后，单独采用钻孔注浆的方法；一是锚杆管注浆，即以钢管作为以后，单独采用钻孔注浆的方法；一是锚杆管注浆，即以钢管作为锚杆，又作为注浆管，安设注浆锚杆后，再行注浆。锚杆，又作为注浆管，安设注浆锚杆后，再行注浆。v 锚杆管注浆程序：工作面钻锚杆孔锚杆管注浆程序：工作面钻锚杆孔安带跑浆孔的锚杆管（安带跑浆孔的锚杆管（6 6/钢管两端分别有螺纹或钻跑浆孔钢管两端分别有螺纹或钻跑浆孔用树脂或水泥卷固结锚杆用树脂或水泥卷固结锚杆锚固锚固（托盘、螺帽）（托盘、螺帽）保护锚管使其在注浆时可连接注浆软管。保护锚管使其在注浆时可连接注浆软管。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v6

54、6）注浆顺序）注浆顺序v 长度方向：一般采用挤密式注浆，即：先分区，后加密；先外围，长度方向：一般采用挤密式注浆，即：先分区，后加密；先外围，后内部。后内部。v 纵向（立面方向）：下行式纵向（立面方向）：下行式- -可增加下部位进浆机会；上行式可增加下部位进浆机会；上行式- -避免避免浆液无过多扩散。浆液无过多扩散。v 局部先行：用以先在容易漏浆的地方封闭堵浆。局部先行：用以先在容易漏浆的地方封闭堵浆。v 重复注浆：为提高注浆效果，可以采用加密钻孔，重复注浆的办法。重复注浆：为提高注浆效果，可以采用加密钻孔，重复注浆的办法。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v7 7）注浆

55、效果的评价）注浆效果的评价v浆液注入量。浆液注入量越大，加固效果越明显。因此要想办法充分注浆液注入量。浆液注入量越大，加固效果越明显。因此要想办法充分注浆。浆。v注浆压力。注浆压力到达设计值应有足够的浆液注入。单独的注浆压力注浆压力。注浆压力到达设计值应有足够的浆液注入。单独的注浆压力还不说明问题。还不说明问题。v浆液渗出。浆液渗出是判断浆液流动范围、进入裂隙状况的依据。浆液渗出。浆液渗出是判断浆液流动范围、进入裂隙状况的依据。v钻孔测量（压水测量、岩体质量检查等）。钻孔测量（压水测量、岩体质量检查等）。5.5 锚注支护施工中的几个问题锚注支护施工中的几个问题v8 8）施工注意事项）施工注意事

56、项v保证施工顺畅的重要条件是浆液流动与施工密切配合（浆液稳定性好、保证施工顺畅的重要条件是浆液流动与施工密切配合（浆液稳定性好、粘度性能好、凝结时间配合好、设备工况好、操作熟练），否则引起堵粘度性能好、凝结时间配合好、设备工况好、操作熟练），否则引起堵管。设备配合不仅要求设备性能，还要求施工前后的准备、整理、清洁管。设备配合不仅要求设备性能，还要求施工前后的准备、整理、清洁等工作认真。等工作认真。v浆液配比要准确。配比不准，或者过早凝结堵管，或者注浆后不凝结，浆液配比要准确。配比不准，或者过早凝结堵管，或者注浆后不凝结，没有效果。没有效果。v串浆与跑浆。出现串浆可放大注浆孔间的距离；延长前后注

57、浆的间隔时串浆与跑浆。出现串浆可放大注浆孔间的距离；延长前后注浆的间隔时间；少量跑浆可用一些材料堵塞，再用速凝剂封面；跑浆大要求封闭表间；少量跑浆可用一些材料堵塞，再用速凝剂封面；跑浆大要求封闭表面（如喷射混凝土），或者采用低压、浓浆、限量、间隔注浆等方法。面（如喷射混凝土），或者采用低压、浓浆、限量、间隔注浆等方法。深部破裂岩体锚注加固特性研究深部破裂岩体锚注加固特性研究前前前前 言言言言1 1 破裂岩体锚注加固特性试验设计破裂岩体锚注加固特性试验设计破裂岩体锚注加固特性试验设计破裂岩体锚注加固特性试验设计2 2 试验结果与分析试验结果与分析试验结果与分析试验结果与分析3 3 破裂岩体锚注加

58、固特性试验结论破裂岩体锚注加固特性试验结论破裂岩体锚注加固特性试验结论破裂岩体锚注加固特性试验结论4 4 破裂岩体锚注加固结构承载能力分析破裂岩体锚注加固结构承载能力分析破裂岩体锚注加固结构承载能力分析破裂岩体锚注加固结构承载能力分析前前 言言v大大量量工工程程实实践践和和研研究究表表明明，破破裂裂岩岩体体具具有有承承载载能能力力，且且在在一一定定的的支护约束下，可形成有效的承载结构。支护约束下，可形成有效的承载结构。v对对深深部部地地下下工工程程围围岩岩来来说说，如如何何形形成成有有效效支支护护结结构构，发发挥挥破破裂裂岩岩体的结构效应，对巷道围岩和支护结构稳定均具有重要意义。体的结构效应，

59、对巷道围岩和支护结构稳定均具有重要意义。v实实践践证证明明，对对破破碎碎的的巷巷道道围围岩岩实实施施锚锚固固和和注注浆浆后后，可可形形成成有有效效的的锚注加固结构，能满足多种复杂条件下的支护要求。锚注加固结构，能满足多种复杂条件下的支护要求。v但但对对破破裂裂岩岩体体注注浆浆和和加加锚锚后后的的力力学学特特性性及及承承载载机机理理的的基基础础研研究究较较少少，这这里里通通过过对对破破裂裂岩岩体体实实施施注注浆浆和和加加锚锚后后力力学学特特性性的的试试验验研研究究，初初步步揭揭示示加加锚锚注注浆浆岩岩体体的的承承载载机机理理，并并通通过过对对深深部部不不稳稳定定围围岩岩巷巷道道锚锚注注支支护护结

60、结构构承承载载特特性性的的分分析析，有有力力地地说说明明了了锚锚注注支支护护结结构构具具有良好的应用前景有良好的应用前景. . 1 破裂岩体锚注加固特性试验设计破裂岩体锚注加固特性试验设计v1.1 试件材料和成型方法试件材料和成型方法v1.2 试验内容试验内容v（1 1）单轴压缩试验）单轴压缩试验单向应力状态单向应力状态v（2 2）侧向约束试验）侧向约束试验两向应力状态两向应力状态 v（3 3）加锚约束试验）加锚约束试验三向应力状态三向应力状态 v1.3 测试系统测试系统2 试验结果与分析试验结果与分析v2.1 单轴压缩试验单轴压缩试验单向应力状态单向应力状态 2 试验结果与分析试验结果与分析

61、v2.1 单轴压缩试验单轴压缩试验单向应力状态单向应力状态 30步20步35步2 试验结果与分析试验结果与分析v2.2 侧向约束试验侧向约束试验两向应力状态两向应力状态2 试验结果与分析试验结果与分析v2.3 加锚约束试验加锚约束试验三向应力状态三向应力状态（b）ZJ-1-5（a）ZJ-1-3（c）ZJ-2-4（d）ZJ-2-620步28步40步50步60步28步40步20步50步60步2 试验结果与分析试验结果与分析v2.3 加锚约束试验加锚约束试验三向应力状态三向应力状态3 破裂岩体锚注加固特性试验结论破裂岩体锚注加固特性试验结论v（1 1）破裂岩体经注浆加固后，单轴抗压强度相对较低，具）

62、破裂岩体经注浆加固后，单轴抗压强度相对较低，具有弹塑性特性，不发生脆性破坏，有利于结构的稳定有弹塑性特性，不发生脆性破坏，有利于结构的稳定. . 分维分维数不同试件的峰值强度和弹性模量上存在一定的差异，偏高数不同试件的峰值强度和弹性模量上存在一定的差异，偏高和偏低分维数试件强度和弹模值低于合理分维数试件和偏低分维数试件强度和弹模值低于合理分维数试件. . 注浆注浆改善了岩体的应力状态，促进了岩体承载能力的提高改善了岩体的应力状态，促进了岩体承载能力的提高. .v（2 2）侧向约束条件下注浆岩体的力学性能明显提高，峰后）侧向约束条件下注浆岩体的力学性能明显提高，峰后应力缓慢降低，无明显的残余变形

63、段，分维数的不同对试验应力缓慢降低，无明显的残余变形段，分维数的不同对试验结果影响相对较小，侧向约束力随试件塑性变形的增加而明结果影响相对较小，侧向约束力随试件塑性变形的增加而明显提高显提高. . 3 破裂岩体锚注加固特性试验结论破裂岩体锚注加固特性试验结论v（3 3）注浆加锚岩体试验曲线由初始裂隙压密、弹性、弹塑性）注浆加锚岩体试验曲线由初始裂隙压密、弹性、弹塑性和应力强化段组成，无峰后软化和残余变形段；锚杆提供了和应力强化段组成，无峰后软化和残余变形段；锚杆提供了应力和位移约束，集中反映在由弹性段向应力强化段过渡的应力和位移约束，集中反映在由弹性段向应力强化段过渡的过程中，锚杆和侧向拉杆约

64、束较好地维持了试件整体结构的过程中，锚杆和侧向拉杆约束较好地维持了试件整体结构的稳定，表现出较高的承载和抗变形能力稳定，表现出较高的承载和抗变形能力. . v（4 4）利用注浆加锚岩体具有的应力强化特性，进行深部地下）利用注浆加锚岩体具有的应力强化特性，进行深部地下工程锚注加固结构设计和稳定性分析，有利于充分发挥注浆工程锚注加固结构设计和稳定性分析，有利于充分发挥注浆加锚岩体的力学性能，揭示锚注加固结构具有较高承载能力加锚岩体的力学性能，揭示锚注加固结构具有较高承载能力的力学机制的力学机制. . 4 破裂岩体锚注加固结构承载能力分析破裂岩体锚注加固结构承载能力分析v4.1 深部巷道围岩变形失稳

65、过程分析深部巷道围岩变形失稳过程分析v4.2 锚注加固结构承载机理锚注加固结构承载机理v4.3 破裂岩体锚注加固结构极限承载能力破裂岩体锚注加固结构极限承载能力v4.4 结论结论4.1 深部巷道围岩变形失稳过程分析深部巷道围岩变形失稳过程分析v深部巷道围岩变形失稳过程包括深部巷道围岩变形失稳过程包括4 4个阶段：开挖个阶段：开挖后弹性变形恢复，无支护条件下变形，有支护条后弹性变形恢复，无支护条件下变形，有支护条件下变形和失稳条件下变形。件下变形和失稳条件下变形。（1 1）开挖后弹性变形恢复）开挖后弹性变形恢复（2 2）无支护条件下变形）无支护条件下变形（3 3）有支护条件下变形）有支护条件下变

66、形（4 4）支护失稳后变形）支护失稳后变形4.1 深部巷道围岩变形失稳过程分析深部巷道围岩变形失稳过程分析v因此，深部巷道围岩的变形与稳定，与实施支护的时间、因此，深部巷道围岩的变形与稳定，与实施支护的时间、强度和刚度相关，围岩变形是岩体破坏和剪切滑移引起强度和刚度相关，围岩变形是岩体破坏和剪切滑移引起体积应变增加的结果，对围岩应适时、主动地采取合理体积应变增加的结果，对围岩应适时、主动地采取合理的支护与加固措施。的支护与加固措施。v实践表明，锚注加固技术可显著提高破裂岩体的自稳能力，实践表明，锚注加固技术可显著提高破裂岩体的自稳能力，围岩变形得到有效控制，为深部高应力巷道提供了一种围岩变形得

67、到有效控制，为深部高应力巷道提供了一种有效支护手段。有效支护手段。v4.2.1 4.2.1 锚注加固结构的概念锚注加固结构的概念v锚注加固形成的组合拱对围岩和支护锚注加固形成的组合拱对围岩和支护的稳定起较大作用，为破裂岩体提供的稳定起较大作用，为破裂岩体提供变形性能好、高抗力的结构性约束。变形性能好、高抗力的结构性约束。v因此，可将由锚注加固拱结构性约束因此，可将由锚注加固拱结构性约束引起的处于高应力状态下的破裂岩体引起的处于高应力状态下的破裂岩体和完整岩体的范围统称为支护结构的和完整岩体的范围统称为支护结构的承载圈承载圈，而将锚注加固作用形成的组，而将锚注加固作用形成的组合拱结构称为合拱结构

68、称为关键承载圈关键承载圈，它是深部，它是深部破裂岩体发挥应力强化特性的基础。破裂岩体发挥应力强化特性的基础。 4.2 锚注加固结构承载机理锚注加固结构承载机理v4.2.2 锚注加固结构承载机理锚注加固结构承载机理（1 1）改善破裂岩体的物理力学状态）改善破裂岩体的物理力学状态（2 2）改变破裂岩体峰后承载和变形特性）改变破裂岩体峰后承载和变形特性（3 3）显著提高多层组合拱结构的可靠性与承载能力）显著提高多层组合拱结构的可靠性与承载能力（4 4）高约束力阻止深部围岩塑性区发展）高约束力阻止深部围岩塑性区发展v因此，锚注加固结构具有较好的因此，锚注加固结构具有较好的整体性整体性、稳定的、稳定的结

69、结构性构性、较高的、较高的承载力承载力和较强的和较强的让压与抗变形能力让压与抗变形能力。4.2 锚注加固结构承载机理锚注加固结构承载机理4.3 破裂岩体锚注加固结构极限承载能力破裂岩体锚注加固结构极限承载能力v由于注浆加锚岩体呈理想弹塑性特点，峰后呈应力强化特由于注浆加锚岩体呈理想弹塑性特点，峰后呈应力强化特性，因此，可按理想弹塑性理论确定锚注加固结构的极限性，因此，可按理想弹塑性理论确定锚注加固结构的极限承载能力。当锚注加固结构关键承载圈全断面进入塑性区，承载能力。当锚注加固结构关键承载圈全断面进入塑性区，即为锚注加固结构的极限应力状态。即为锚注加固结构的极限应力状态。弹性极限承载能力弹性极

70、限承载能力塑性极限承载能力塑性极限承载能力4.3 破裂岩体锚注加固结构极限承载能力破裂岩体锚注加固结构极限承载能力v一般锚注加固结构的一般锚注加固结构的 2 23 3，而，而 20203030MPav则则 可达可达13.8632.96MPa，远高于普通支护提供的，远高于普通支护提供的 0.10.5 MPa；v而按弹性极限确定的锚注加固结构极限承载能力为而按弹性极限确定的锚注加固结构极限承载能力为 7.57.513.3MPa13.3MPav因此，锚注加固结构的弹塑性极限承载能力达弹性极限承因此，锚注加固结构的弹塑性极限承载能力达弹性极限承载能力的载能力的2 23 3倍。大量的工程实践证明了锚注加

71、固结构具有倍。大量的工程实践证明了锚注加固结构具有较高的承载能力，可满足多种复杂的工程和地质条件。较高的承载能力，可满足多种复杂的工程和地质条件。4.4 结论结论v（1）锚注加固结构由锚注加固作用范围内的）锚注加固结构由锚注加固作用范围内的组合拱结构组合拱结构，锚注加固作用范围外处于高应力状态下的锚注加固作用范围外处于高应力状态下的破裂岩体破裂岩体，以及破，以及破碎范围外处于高应力状态的碎范围外处于高应力状态的完整岩体完整岩体组成。三部分共同组成组成。三部分共同组成巷道支护结构的巷道支护结构的承载圈承载圈，锚注加固作用形成的组合拱结构是，锚注加固作用形成的组合拱结构是其中的其中的关键承载圈关键

72、承载圈，它为深部破裂岩体提供径向约束，为深，它为深部破裂岩体提供径向约束，为深部破裂岩体应力强化特性的发挥创造了条件。部破裂岩体应力强化特性的发挥创造了条件。4.4 结论结论v（2）锚注加固改善了破裂岩体的物理与力学状态，改变）锚注加固改善了破裂岩体的物理与力学状态，改变了加固范围内岩体峰后承载和变形特性，组成的多层组了加固范围内岩体峰后承载和变形特性，组成的多层组合拱结构具有较好的合拱结构具有较好的整体性整体性、稳定的、稳定的结构性结构性、较高的、较高的承承载力载力和较强的和较强的让压和抗变形能力让压和抗变形能力，有效阻止了围岩深部，有效阻止了围岩深部塑性区的发展。塑性区的发展。v（3）锚注

73、加固结构的）锚注加固结构的弹塑性极限承载能力弹塑性极限承载能力远高于普通支远高于普通支护结构和锚注结构弹性极限承载能力；说明锚注加固结护结构和锚注结构弹性极限承载能力；说明锚注加固结构可对深部破裂围岩提供高应力的构可对深部破裂围岩提供高应力的结构性约束结构性约束，使破裂，使破裂岩体发挥应力强化特性，成为支护结构的有效承载体。岩体发挥应力强化特性，成为支护结构的有效承载体。 6.1 引言引言6.2 抗滑桩技术抗滑桩技术6.3 预应力锚索抗滑桩作用机理预应力锚索抗滑桩作用机理6.4 预应力锚索抗滑桩设计预应力锚索抗滑桩设计6.5 预应力锚索抗滑桩技术的应用预应力锚索抗滑桩技术的应用6 预应力锚索抗

74、滑桩技术预应力锚索抗滑桩技术滑坡问题：滑坡问题： 边坡加固和滑坡治理边坡加固和滑坡治理 （1）风景区）风景区 （2）村庄附近）村庄附近 （3）公路与铁路边坡）公路与铁路边坡 （4）建筑物滑动）建筑物滑动 目前除采用锚杆和锚索支护技术外，较多地采用了目前除采用锚杆和锚索支护技术外，较多地采用了抗滑桩技术抗滑桩技术来来加固边坡，实现边坡的稳定。加固边坡，实现边坡的稳定。6.1 引言引言 6.1 引言引言 由于由于抗滑桩技术抗滑桩技术具有：抗滑能力强，开挖和混凝土工程量小，且不会具有：抗滑能力强，开挖和混凝土工程量小，且不会恶化原有的地质条件，桩位设置灵活，对保证工程质量，加快施工进度，恶化原有的地

75、质条件，桩位设置灵活，对保证工程质量，加快施工进度，缩短工期和节约投资均具有显著作用，因此在边坡加固、滑坡治理等工缩短工期和节约投资均具有显著作用，因此在边坡加固、滑坡治理等工程中广泛应用。程中广泛应用。6.1 引言引言 在实际应用过程中，一般将抗滑桩技术与其它岩土加固技在实际应用过程中，一般将抗滑桩技术与其它岩土加固技术联合运用，如与锚杆、预应力锚索、注浆等技术相结合，术联合运用，如与锚杆、预应力锚索、注浆等技术相结合，组成各种复合加固技术。组成各种复合加固技术。 如随着预应力锚索技术的引进和发展，在抗滑桩的基础如随着预应力锚索技术的引进和发展，在抗滑桩的基础上出现了上出现了“预应力锚索抗滑

76、桩技术预应力锚索抗滑桩技术” 它作为一种新型稳定边坡技术，能够极大地节省原材它作为一种新型稳定边坡技术，能够极大地节省原材料，降低造价，且可取得更好的支护与加固效果，因此，在料，降低造价，且可取得更好的支护与加固效果，因此，在边坡加固和滑坡治理工程中得到了很好地应用。边坡加固和滑坡治理工程中得到了很好地应用。v应用概况：应用概况：公路与铁路边坡、露天矿山边坡、基坑等公路与铁路边坡、露天矿山边坡、基坑等v抗滑桩技术优点：抗滑桩技术优点：抗滑能力强，抗滑能力强，开挖和混凝土工程量开挖和混凝土工程量小，小，不会恶化原有的地质条件，不会恶化原有的地质条件，桩位设置灵活，可集桩位设置灵活，可集中在有利于

77、支挡滑坡的部位。中在有利于支挡滑坡的部位。v缺点：缺点：配筋不能充分发挥其抗拉的优势，抗滑主要以扩大配筋不能充分发挥其抗拉的优势，抗滑主要以扩大横截面积取胜横截面积取胜预应力抗滑桩预应力抗滑桩可解决此问题！可解决此问题！v应用效果：应用效果：当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好当滑动面较平缓且部位较浅时，可望取得较好的抗滑效果的抗滑效果v仅简述常用的大型钢筋混凝土桩（简称大桩）和钢轨桩等仅简述常用的大型钢筋混凝土桩（简称大桩）和钢轨桩等两种抗滑桩的设计方法。两种抗滑桩的设计方法。 6.2 抗滑桩技术抗滑桩技术 v大型钢筋混凝土抗滑桩具有以下优点：大型钢筋混凝土抗滑桩具有以下优点：抗滑力大、

78、设桩地点灵活，可以将桩设置在最有利于支挡滑坡的抗滑力大、设桩地点灵活，可以将桩设置在最有利于支挡滑坡的部位，在挖掘桩孔的同时可以进行工程地质勘探，可同时进行原部位，在挖掘桩孔的同时可以进行工程地质勘探，可同时进行原位大试件剪切试验，为有效支挡滑坡体创造有利条件，施工比较位大试件剪切试验，为有效支挡滑坡体创造有利条件，施工比较方便等。方便等。因此，在防治由中硬或中硬以下岩石组成的不同破碎程度的边坡因此，在防治由中硬或中硬以下岩石组成的不同破碎程度的边坡中形成的中浅层滑坡方面得到广泛应用。中形成的中浅层滑坡方面得到广泛应用。6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v设计步骤：设计步骤：

79、（一）（一） 搞清引起滑坡的主要原因、范围、滑体厚度，分析其稳定状搞清引起滑坡的主要原因、范围、滑体厚度，分析其稳定状态和发展趋势；态和发展趋势；（二）根据滑坡工程地质剖面图及滑动面土、岩抗剪强度指标，计（二）根据滑坡工程地质剖面图及滑动面土、岩抗剪强度指标，计算滑坡推力；算滑坡推力；（三）根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，确定桩体（三）根据滑体各部位的滑坡推力大小和平盘施工条件，确定桩体在剖面上的位置和加固范围；在剖面上的位置和加固范围；（四）建立抗滑工程造价与抗滑桩的主要设计参数（桩间距、桩体（四）建立抗滑工程造价与抗滑桩的主要设计参数（桩间距、桩体锚固深度、桩体断面锚固深度、桩

80、体断面BpDp）间的函数关系，以抗滑工程造价最低）间的函数关系，以抗滑工程造价最低为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求最优的设计参数。为目标，进行抗滑桩设计参数的优化，寻求最优的设计参数。6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v实际设计过程：实际设计过程：v(1)(1)根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩根据滑坡推力大小、地形及地层性质，拟定桩长、锚固深度、桩截面尺寸及桩间距。截面尺寸及桩间距。v(2)(2)确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定地基系数。确定桩的计算宽度，并根据滑体地层性质，选定地基系数。v(3)(3)根据选定的地基系数及桩的截面形式、

81、尺寸，计算桩的变形系数根据选定的地基系数及桩的截面形式、尺寸，计算桩的变形系数及其计算深度，据此判断按刚性桩或弹性桩来设计。及其计算深度，据此判断按刚性桩或弹性桩来设计。v(4)(4)根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位、内根据桩底的边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位、内力及侧壁应力等，并计算最大剪力、弯矩及其部位。力及侧壁应力等，并计算最大剪力、弯矩及其部位。6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩抗滑桩抗滑原理示意图抗滑桩抗滑原理示意图6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩 在抗滑桩设计计算中，一般在抗滑桩设计计算中，一般将其周围岩土体视为

82、弹性介质，将其周围岩土体视为弹性介质，应用应用弹性地基梁理论弹性地基梁理论，以，以温克温克勒勒提出的提出的“弹性地基弹性地基”假说作假说作为计算的理论基础。为计算的理论基础。这里仅介绍这里仅介绍“悬臂桩悬臂桩法法”。其受力状态如。其受力状态如图所示。图所示。v“悬臂桩法悬臂桩法”设计方法：设计方法：由于简便，是常用的设计方法，设计中一般是先估算滑坡推力，假由于简便，是常用的设计方法，设计中一般是先估算滑坡推力，假定单桩承受一个桩间距的滑坡推力，再假定滑坡推力的分布图式，定单桩承受一个桩间距的滑坡推力，再假定滑坡推力的分布图式，然后以建立在温克勒弹性地基模型基础上的计算公式进行设计计算，然后以建

83、立在温克勒弹性地基模型基础上的计算公式进行设计计算，就是说是把滑坡和抗滑桩分开进行考虑和计算的。就是说是把滑坡和抗滑桩分开进行考虑和计算的。由于设计计算方法是以温克勒弹性地基模型为理论依据，因此。设由于设计计算方法是以温克勒弹性地基模型为理论依据，因此。设计计算只适用于桩和土均处于弹性工作状态时，而一般为了充分发计计算只适用于桩和土均处于弹性工作状态时，而一般为了充分发挥桩前土体的抗力，允许抗滑桩有较大的位移，这时抗滑桩与岩土挥桩前土体的抗力，允许抗滑桩有较大的位移，这时抗滑桩与岩土体均已处于弹塑性状态；再者，设计方法是把桩作为平面受力结构体均已处于弹塑性状态；再者，设计方法是把桩作为平面受力

84、结构考虑的，而实际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的空间受力结构。由考虑的，而实际上抗滑桩在滑坡体中是一复杂的空间受力结构。由此可见，设计方法存在一定的局限性。此可见，设计方法存在一定的局限性。 6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（1 1）抗滑桩内力计算）抗滑桩内力计算1 1）受荷段内力计算）受荷段内力计算2 2）锚固段内力计算）锚固段内力计算 v如如H21.0，则为刚性桩，可按刚性桩计算；，则为刚性桩，可按刚性桩计算；v若若H2 1.0，则属于弹性桩，按弹性桩计算。，则属于弹性桩，按弹性桩计算。 6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（2）桩体稳定条件分析）桩体

85、稳定条件分析抗滑桩在外力作用下，既要保证本身足够的强度，又要保证抗滑桩在外力作用下，既要保证本身足够的强度，又要保证桩体不发生倾倒破坏。为使桩体稳定，必须满足下式所限制桩体不发生倾倒破坏。为使桩体稳定，必须满足下式所限制的条件：的条件： （8-4）式中，式中，为桩侧的最大压应力，为桩侧的最大压应力，MPa；为基岩极限承载能力，为基岩极限承载能力，MPa，并按下式计算：，并按下式计算： （8-5）式中，式中，K为岩层构造换算系数，取为岩层构造换算系数，取0.51.0；Cj为岩石裂隙、为岩石裂隙、风化折减系数，取风化折减系数，取0.30.5；R为岩石单轴抗压强度，为岩石单轴抗压强度，MPa。 这是

86、一般工程计算中取岩石强度这是一般工程计算中取岩石强度2040的原因！的原因！6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v（3）桩体结构设计）桩体结构设计钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构从桩体弯矩图可以看出，桩身弯矩变化较大，上下端弯矩很小，这从桩体弯矩图可以看出，桩身弯矩变化较大，上下端弯矩很小，这两部分可按混凝土构件考虑，不需要配置受力钢筋，混凝土桩所能两部分可按混凝土构件考虑，不需要配置受力钢筋，混凝土桩所能承受的弯矩由下式确定：承受的弯矩由下式确定： 一般而言，在桩体迎推力侧配置适当的受拉钢筋，可以充分发挥钢一般而言，在桩体迎推力侧配置适当的受拉钢筋，可以充分发挥钢筋混凝土构件的承

87、载能力，其纵向受拉钢筋面积按下式计算：筋混凝土构件的承载能力，其纵向受拉钢筋面积按下式计算： 6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v说明，根据选用钢筋或钢轨可确定其数量；还需校核纵说明，根据选用钢筋或钢轨可确定其数量；还需校核纵向受力钢筋能否保证桩体截面强度、混凝土受压区高度；向受力钢筋能否保证桩体截面强度、混凝土受压区高度；而后给出钢筋用量表，并绘制钢筋布置图。而后给出钢筋用量表，并绘制钢筋布置图。v预应力抗滑桩预应力抗滑桩是对受拉侧钢筋施加预应力，可改善抗滑是对受拉侧钢筋施加预应力，可改善抗滑桩的受力特性。桩的受力特性。6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v

88、（4）桩体设计参数的优化问题）桩体设计参数的优化问题桩体设计参数桩体设计参数主要指桩的间距、截面、锚固深度。主要指桩的间距、截面、锚固深度。它们不仅关系到工程的安全，而且这些参数还直它们不仅关系到工程的安全，而且这些参数还直接影响抗滑工程造价。接影响抗滑工程造价。为寻求合理的抗滑桩设计参数，可编制为寻求合理的抗滑桩设计参数，可编制电算程序电算程序对抗滑桩的上述主要设计参数进行优化。对抗滑桩的上述主要设计参数进行优化。6.2.1 大型钢筋混凝土抗滑桩大型钢筋混凝土抗滑桩v钢轨桩定义钢轨桩定义：将钢轨置入钻孔，再用混凝土或水泥砂浆把：将钢轨置入钻孔，再用混凝土或水泥砂浆把钢轨与孔壁岩体联成一体而形

89、成钢轨桩，可适用于滑坡推钢轨与孔壁岩体联成一体而形成钢轨桩，可适用于滑坡推力不大、岩体较完整的岩质边坡。力不大、岩体较完整的岩质边坡。v钢轨桩优点钢轨桩优点：通常认为与大断面钢筋混凝土抗滑桩相比，：通常认为与大断面钢筋混凝土抗滑桩相比，它具有更轻便、灵活、便于施工等优点。它具有更轻便、灵活、便于施工等优点。v在国内外露天矿在国内外露天矿滑坡防治滑坡防治工程中得到广泛应用。工程中得到广泛应用。6.2.2 钢轨抗滑桩钢轨抗滑桩v边坡整体滑动下的钢轨桩一般呈现两个相反方向的边坡整体滑动下的钢轨桩一般呈现两个相反方向的弯曲变形弯曲变形： 在在滑面以上（下），滑面以上（下），桩的弯曲部分桩的弯曲部分凹凹

90、(凸凸)向向推力方向。推力方向。v随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终桩体呈现随推力逐渐增大，这两个弯曲变形也逐渐加大，最终桩体呈现三段三段破坏破坏。当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角时，桩。当推力方向与桩体最大截面模数受力方向有一定交角时，桩体还出现体还出现扭转现象扭转现象。随桩周围岩体强度增大，桩体中段的破坏长度。随桩周围岩体强度增大，桩体中段的破坏长度逐渐缩短，桩体受逐渐缩短，桩体受剪力较大剪力较大。v进一步分析还发现进一步分析还发现不同破坏形式不同破坏形式：当坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动：当坚硬岩体沿一很薄的滑面滑动时，抗滑桩是受时，抗滑桩是受剪切剪切而破坏；如果岩

91、体沿一层软弱的破碎带或一弱而破坏；如果岩体沿一层软弱的破碎带或一弱层滑动，由于在滑面处出现塑性变形，因而桩体是受层滑动，由于在滑面处出现塑性变形，因而桩体是受弯曲弯曲而破坏；而破坏；如果滑体是松散体或碎裂岩体，则桩体也是受如果滑体是松散体或碎裂岩体，则桩体也是受弯曲弯曲而破坏。而破坏。 （1）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征）钢轨桩的受力状态和变形破坏特征v在计算钢轨桩抗滑力时，应研究现场地质情况，有条件在计算钢轨桩抗滑力时，应研究现场地质情况，有条件时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等，以分析桩时还可进行现场桩体应力测试、模型试验等，以分析桩体的应力状态和破坏形式，进而确定按体的应力状态和破

92、坏形式，进而确定按剪切或弯曲剪切或弯曲条件条件的计算方法。的计算方法。v也可将钢轨桩视为弹性地基上的也可将钢轨桩视为弹性地基上的弹性地基梁弹性地基梁，采用，采用链杆链杆法法求解桩体内力。求解桩体内力。v实际上，目前钢轨桩的设计方法还不成熟。应具体问题实际上，目前钢轨桩的设计方法还不成熟。应具体问题具体分析。具体分析。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求v1）锚固深度和桩长）锚固深度和桩长锚固深度锚固深度应以桩体在滑坡推力作用下应以桩体在滑坡推力作用下不被拔出不被拔出，以及，以及在桩底在桩底不会产生新的滑面不会产生新的滑面为条件。当滑床岩体较完整，为条件。当滑床岩体较完整，强度较大时

93、，锚固深度可取小些。强度较大时，锚固深度可取小些。桩长桩长应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况应保证不会产生越过桩顶的滑坡。但在一般情况下，为施工方便而使桩长能露出滑体表面。这样也为下，为施工方便而使桩长能露出滑体表面。这样也为地面观测造成方便条件。地面观测造成方便条件。（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求（2）钢轨抗滑桩的设计要求）钢轨抗滑桩的设计要求v2）桩距和排距）桩距和排距桩距桩距主要取决于桩的总数和岩体强度，加固后要防止软弱岩体自桩主要取决于桩的总数和岩体强度，加固后要防止软弱岩体自桩间挤出。如滑坡推力较小，岩体强度又较大，则桩距可适当大些。间挤出。如滑坡推力较小，

94、岩体强度又较大，则桩距可适当大些。粘土岩易被水浸润而软化，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩粘土岩易被水浸润而软化，宜选用较大直径的钢轨桩或管桩。随桩径增大，桩后易形成坚实的粘土岩楔，起阻止桩间挤出的作用。径增大，桩后易形成坚实的粘土岩楔，起阻止桩间挤出的作用。v一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值：如阜新海州露一些工程中有关钢轨桩间距的资料有参考价值：如阜新海州露天煤矿天煤矿86站的钢轨桩间距为站的钢轨桩间距为35m；白银露天矿为；白银露天矿为45m；大冶；大冶铁矿为铁矿为3m。双排或多排孔时，双排或多排孔时，排距排距一般与桩距接近。但露天矿采场边坡通常因一般与桩距接近。但露天矿采场边坡

95、通常因限于施工条件而考虑每个台阶只设限于施工条件而考虑每个台阶只设l2排桩。排桩。 图图8-2 粘土岩楔示意图粘土岩楔示意图6.3 预应力锚索抗滑桩作用机理预应力锚索抗滑桩作用机理v6.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v6.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点6.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v抗滑桩：抗滑桩：一种很成熟的滑坡加固方法，它成群一种很成熟的滑坡加固方法，它成群布置，借助桩的受力段及桩背土体与桩两侧的布置，借助桩的受力段及桩背土体与桩两侧的摩阻力而形成的土拱效应以稳定滑体，不使其摩阻力而形成的土拱效应

96、以稳定滑体，不使其从桩间滑出。作用机理是利用埋于滑床中的桩从桩间滑出。作用机理是利用埋于滑床中的桩将滑体中未平衡的滑坡推力借桩传递而下作用将滑体中未平衡的滑坡推力借桩传递而下作用于桩周的岩土体上。于桩周的岩土体上。在我国已采用的最大抗滑桩断面达在我国已采用的最大抗滑桩断面达64。 6.3.1 预应力锚索抗滑桩的应用原因预应力锚索抗滑桩的应用原因v改变方式：改变方式：在桩上部加上锚索，将一部分下滑力转移到锚索上，由锚索在桩上部加上锚索，将一部分下滑力转移到锚索上，由锚索承担，这样可减少埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑坡推力，桩埋承担，这样可减少埋于滑床中桩传递作用于桩周岩体的滑坡推力，桩埋入滑

97、床中的深度相对减短，并使原来的入滑床中的深度相对减短，并使原来的悬臂抗滑桩悬臂抗滑桩，变成了一端近似铰，变成了一端近似铰接另一端近似弹性固端的一种接另一端近似弹性固端的一种梁式结构梁式结构。一般抗滑桩的桩身内力大，且。一般抗滑桩的桩身内力大，且最大抗力发生在滑面的附近，造成桩身截面过大，抗滑桩锚固段长度为最大抗力发生在滑面的附近，造成桩身截面过大，抗滑桩锚固段长度为整个桩长的整个桩长的l/32/5；而预应力锚索使抗滑桩单纯锚固的特点得到了改；而预应力锚索使抗滑桩单纯锚固的特点得到了改善，在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩顶位移，善，在桩顶使用预应力锚索施加与位移相反的反向力控制桩

98、顶位移，v 应用效果：应用效果：使抗滑桩的受力更合理，大幅度减少桩身内力、桩的横截使抗滑桩的受力更合理，大幅度减少桩身内力、桩的横截面及埋置深度，达到了节省材料和降低造价的目的。面及埋置深度，达到了节省材料和降低造价的目的。 6.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点v抗滑桩抗滑桩属于属于被动受力结构被动受力结构。抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用，。抗滑桩工程完工后，并不立即起支挡作用，只有滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形，形成地基反力产只有滑坡推力作用在桩上，使桩产生位移和变形，形成地基反力产生抵抗力矩时，才阻止滑坡的进一步滑动，这种受力机制，对任何生抵抗力矩

99、时，才阻止滑坡的进一步滑动，这种受力机制，对任何需要治理的滑坡，特别是滑坡体上或前缘处有重要的建筑物时，都需要治理的滑坡，特别是滑坡体上或前缘处有重要的建筑物时，都不能很快地阻止滑坡变形、开裂。不能很快地阻止滑坡变形、开裂。v而而预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩则属于则属于主动式受力结构主动式受力结构。先给锚索施加预应力，。先给锚索施加预应力，实质上是给滑坡主动施加了一个阻止其下滑的外力，可立即阻止滑实质上是给滑坡主动施加了一个阻止其下滑的外力，可立即阻止滑坡的活动，稳定滑坡体。坡的活动，稳定滑坡体。 图图8-3 抗滑桩和预应力锚索抗滑桩结构与弯距分布抗滑桩和预应力锚索抗滑桩结构与弯距分布 6

100、.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点 根根据据两两者者之之间间的的对对比比可可看看出出两两者者之之间间的的受受力力状状况况的的不不同同，由由于于预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩在在上上端端设设置置锚锚索索变变成成了了近近似似一一端端铰铰接接一一端端固固定定的的梁梁式式结结构构，锚索桩锚索桩最大弯矩最大弯矩的大小、位置与锚索施加预应力的大小有关。的大小、位置与锚索施加预应力的大小有关。 如如考考虑虑滑滑坡坡推推力力为为矩矩形形分分布布，不不考考虑虑桩桩身身土土体体抗抗力力，则则悬悬臂臂杆杆件件的的最大弯矩在固定端，其最大弯距为最大弯矩在固定端，其最大弯距为 而而简支梁结

101、构简支梁结构的最大弯矩在梁跨中部，其最大弯距为的最大弯矩在梁跨中部，其最大弯距为 而而预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩的的受受力力情情况况则则介介入入这这两两者者之之间间，其其最最大大弯弯矩矩比比悬臂桩的最大弯矩值小，且位置也高，桩身内力发生了根本的变化。悬臂桩的最大弯矩值小，且位置也高，桩身内力发生了根本的变化。6.3.2 预应力锚索抗滑桩的受力特点预应力锚索抗滑桩的受力特点 滑滑动动面面以以上上锚锚索索桩桩身身外外侧侧受受拉拉，而而抗抗滑滑桩桩则则桩桩身身内内侧侧受受拉拉，从从而而使使桩身桩身受力钢筋受力钢筋分别布置在不同的受拉面。分别布置在不同的受拉面。 预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩

102、在在桩桩顶顶施施加加了了与与滑滑坡坡推推力力相相反反的的支支撑撑力力，所所以以桩桩在在滑滑面面以以下下所所受受侧侧向向反反力力之之和和等等于于滑滑坡坡推推力力减减去去锚锚索索提提供供相相同同方方向向的的拉拉力力。预预应应力力锚锚索索通通过过对对置置于于滑滑面面以以下下稳稳定定岩岩土土层层中中的的锚锚固固段段施施加加预预应应力力来平衡滑坡中一部分下滑力，受力条件好，施工也较为方便。来平衡滑坡中一部分下滑力，受力条件好，施工也较为方便。 这这样样，预预应应力力锚锚索索抗抗滑滑桩桩的的受受力力情情况况决决定定了了它它的的截截面面相相对对变变小小，桩桩长变短，配筋量也变少，而且可通过调整预应力大小来控

103、制桩顶位移。长变短，配筋量也变少，而且可通过调整预应力大小来控制桩顶位移。6.4 预应力锚索抗滑桩设计预应力锚索抗滑桩设计v6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v6.4.1 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v6.4.2 桩身内力计算桩身内力计算v6.4.3 预应力锚索参数设计计算预应力锚索参数设计计算6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v一般情况下，预应力锚索抗滑桩用于整治滑动面较深、一般情况下，预应力锚索抗滑桩用于整治滑动面较深、且推力大的大型滑坡。它的设置应保证滑体不越过桩且推力大的大型滑坡。它的设置应保证滑体不越过桩顶，或从桩间

104、滑走，并不产生新的深层滑坡。顶，或从桩间滑走，并不产生新的深层滑坡。它的设计包括两部分：它的设计包括两部分：桩体的设计桩体的设计和和预应力锚索预应力锚索的设计的设计。6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v预应力锚索抗滑桩的设计应遵循以下原则：预应力锚索抗滑桩的设计应遵循以下原则：（1）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征；和变形特征；（2）预应力锚索抗滑桩设计应合理；）预应力锚索抗滑桩设计应合理；（3）设计还应考虑两种受力情况；）设计还应考虑两种受力情况；（4）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩上的）设计荷载包括作用于

105、预应力锚索抗滑桩上的外力。外力。6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（1）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征）设计应尽可能地考虑桩、锚索与土体的强度和变形特征确定该桩为刚性桩还是弹性桩；滑动面的性状；滑坡近期内是否确定该桩为刚性桩还是弹性桩；滑动面的性状；滑坡近期内是否活跃，它的活跃，它的C C、 值大小的确定；计算滑坡推力的大小及桩身内力值大小的确定；计算滑坡推力的大小及桩身内力的计算；桩间距及其它不利因素：桩的位置应设在滑坡体较薄，的计算；桩间距及其它不利因素：桩的位置应设在滑坡体较薄，锚固段地基强度较高的地段，其平面布置、桩间距（锚固段地基强度较高

106、的地段，其平面布置、桩间距（6 610 m10 m）、）、桩长及截面尺寸等的确定，应综合考虑，达到经济合理。桩长及截面尺寸等的确定，应综合考虑，达到经济合理。此外，还需考虑锚索拉力和预应力的确定、锚索的空间布置、锚此外，还需考虑锚索拉力和预应力的确定、锚索的空间布置、锚索孔的倾角、锚索的应力松驰与徐变、锚索的防锈、锚固方法与索孔的倾角、锚索的应力松驰与徐变、锚索的防锈、锚固方法与强度计算等。强度计算等。6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（2）预应力锚索抗滑桩设计应合理）预应力锚索抗滑桩设计应合理当桩承受设计滑坡推力时，锚索拉力应达到设计拉力值。当桩承受设计滑坡推力时

107、，锚索拉力应达到设计拉力值。若锚索拉力太小，则锚索起不到若锚索拉力太小，则锚索起不到“支点支点”作用，桩顶位移得不到作用，桩顶位移得不到控制，锚索只能起一新加的较小力作用在桩顶，虽可减小桩身内控制，锚索只能起一新加的较小力作用在桩顶，虽可减小桩身内力，大部分滑坡推力仍通过桩身传递到滑床，桩身受力状态未脱力，大部分滑坡推力仍通过桩身传递到滑床，桩身受力状态未脱离抗滑桩受力状态。离抗滑桩受力状态。若锚索设计拉力太大，当桩身承受最大滑坡推力时，锚索拉力达若锚索设计拉力太大，当桩身承受最大滑坡推力时，锚索拉力达不到设计值而造成浪费，并且给锚索的施工工艺和实施带来很大不到设计值而造成浪费，并且给锚索的施

108、工工艺和实施带来很大的困难。的困难。6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（3）设计还应考虑两种受力情况）设计还应考虑两种受力情况一是桩身受锚索预应力和桩侧土弹性抗力作用，滑坡推力作为均一是桩身受锚索预应力和桩侧土弹性抗力作用，滑坡推力作为均布荷载作用在桩上，可用普通的地基系数法计算全桩的内力和位布荷载作用在桩上，可用普通的地基系数法计算全桩的内力和位移；移；二是桩受滑坡推力、桩前剩余抗滑力、锚索拉力、桩侧土弹性抗二是桩受滑坡推力、桩前剩余抗滑力、锚索拉力、桩侧土弹性抗力的作用，按最不利组合计算桩身内力和位移。力的作用，按最不利组合计算桩身内力和位移。在实际应用中应具体

109、情况具体分析，采用其中的一种受力情况来在实际应用中应具体情况具体分析，采用其中的一种受力情况来分析和设计。分析和设计。6.4.1 预应力锚索抗滑桩设计原则预应力锚索抗滑桩设计原则v（4）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩的外力）设计荷载包括作用于预应力锚索抗滑桩的外力可计算的滑坡推力，桩前滑体抗力（指滑动面以上桩前土体对桩可计算的滑坡推力，桩前滑体抗力（指滑动面以上桩前土体对桩的反力），桩锚固段地层抗力，锚索预应力。的反力），桩锚固段地层抗力，锚索预应力。桩侧摩阻力、粘聚力及桩身自重和桩底反力可不列入计算。桩侧摩阻力、粘聚力及桩身自重和桩底反力可不列入计算。v在预应力锚索抗滑桩的设计计算中，在

110、预应力锚索抗滑桩的设计计算中，锚索设计拉力锚索设计拉力的确定是该计算中的确定是该计算中最重要的一点，一旦设计拉力确定了，其它的设计计算都可确定。最重要的一点，一旦设计拉力确定了，其它的设计计算都可确定。6.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v应满足的几个假定：应满足的几个假定：1. 土体对桩身的作用力是线弹性的土体对桩身的作用力是线弹性的,且沿桩身均匀分布且沿桩身均匀分布;2. 桩身、其它部件、土体在张拉及整个工作阶段呈线弹性桩身、其它部件、土体在张拉及整个工作阶段呈线弹性;3. 滑动面是确定的滑动面是确定的,且在整个工作期间不会改变且在整个工作期间不会改变;4. 所研究的滑

111、坡可以简化为平面应变问题所研究的滑坡可以简化为平面应变问题;5. 桩的嵌入部分的受力仍可按悬臂桩的嵌入部分计算桩的嵌入部分的受力仍可按悬臂桩的嵌入部分计算.6.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v（1）滑坡推力的确定）滑坡推力的确定对于一个需要整治的滑坡，首先必须确定其滑坡推力，根据滑坡对于一个需要整治的滑坡，首先必须确定其滑坡推力，根据滑坡特性，计算出极限平衡状态下滑坡推力曲线，取一定安全系数特性，计算出极限平衡状态下滑坡推力曲线，取一定安全系数Fs1.051.25，确定设计滑坡推力曲线，据此定出抗滑桩的位，确定设计滑坡推力曲线，据此定出抗滑桩的位置置;同时应考虑该处滑坡体

112、较薄，且锚固段应设置在较好的地层，锚同时应考虑该处滑坡体较薄，且锚固段应设置在较好的地层，锚索的设置也适宜，不能太长。锚索和桩的位置定好后，该处的下索的设置也适宜，不能太长。锚索和桩的位置定好后，该处的下滑推力可根据设计滑坡推力曲线确定其大小。滑推力可根据设计滑坡推力曲线确定其大小。已知滑动面、地基地层性质、桩身材料等，根据经验拟定选择桩已知滑动面、地基地层性质、桩身材料等，根据经验拟定选择桩截面尺寸、桩间距。截面尺寸、桩间距。桩的锚固段大至为桩长的桩的锚固段大至为桩长的1/3l/5，锚索锚固段必须在滑动面以下，锚索锚固段必须在滑动面以下的稳定岩层中，其长度根据计算结果确定。调整锚索直径及股数

113、，的稳定岩层中，其长度根据计算结果确定。调整锚索直径及股数，使其受力最为合理。使其受力最为合理。 6.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚索拉力计算v（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算v预应力锚索抗滑桩为一超静定结构，将预应力锚索抗滑桩为一超静定结构，将桩与锚索视为一个整体，桩简化为受横桩与锚索视为一个整体，桩简化为受横向变形约束的弹性地基梁，根据位移变向变形约束的弹性地基梁，根据位移变形协调原理，按地基系数法确定锚索拉形协调原理，按地基系数法确定锚索拉力及桩身内力。力及桩身内力。v如图所示，土压力按最常用的三角形及如图所示，土压力按最常用的三角形及矩形两种考虑，锚索拉力按弹性支座考矩形两

114、种考虑，锚索拉力按弹性支座考虑。假定锚索与桩变形协调，即锚索伸虑。假定锚索与桩变形协调，即锚索伸长量等于锚索作用点处桩的位移。长量等于锚索作用点处桩的位移。（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算 设设桩桩上上作作用用有有n根根锚锚索索，当当桩桩与与锚锚索索的的变变形形协协调调完完成成后后，锚锚索索拉拉力力分分别别为为 ， ， ， ，并设，并设 ，则有：，则有： 对对 O O 点的弯矩为：点的弯矩为： 锚索拉力对锚索拉力对 O O 点产生的弯矩总和为：点产生的弯矩总和为： 土压力对土压力对 O O 点的弯矩为：点的弯矩为： 则则 O O 点的总弯矩为：点的总弯矩为： O O 点的总剪力为：点的总剪力为

115、： 变形协调方程为：变形协调方程为： （8-108-10） 式中，式中， 为桩上第根锚索作用点的水平位移；为桩上第根锚索作用点的水平位移； 为第为第 i i 根锚索的水平伸长量。根锚索的水平伸长量。 根据材料力学有：根据材料力学有：（2）锚索拉力计算）锚索拉力计算 式中，式中， 为第根锚索的自由段长度；为第根锚索的自由段长度； 为第为第 i 根锚索截面面积；根锚索截面面积； 为锚索的弹性模量，取为锚索的弹性模量，取1.81.810108 8kN/mkN/m2 2。令令 ，则，则式式中中， 为为第第 根根锚锚索索作作用用点点距距 O O 点点的的高高度度； 为为第第 根根锚锚索索作作用用点点在在

116、土土压压力力作作用用下下的的水水平平位位移移； 为为第第 根根锚锚索索作作用用点点在在锚锚索索拉拉力力作作用用下下的的水水平平位位移移； 为为在在锚锚索索拉拉力力与与土土压压力力共共同同作作用用下下 O O 点点的的水水平平位位移移； 为为在在锚索拉力与土压力共同作用下锚索拉力与土压力共同作用下 O O 点的转角。点的转角。 1）求锚索作用点在土压力作用下的水平位移）求锚索作用点在土压力作用下的水平位移 在第在第 i 根锚索作用点施加单位力，则在单位力作用下桩身弯矩为根锚索作用点施加单位力，则在单位力作用下桩身弯矩为 当土压力为三角形分布时，土压力在桩上产生的弯短为当土压力为三角形分布时，土压

117、力在桩上产生的弯短为则则令令则则 （8-138-13）1）求锚索作用点在土压力作用下的水平位移）求锚索作用点在土压力作用下的水平位移 同理可求出当土压力为矩形时同理可求出当土压力为矩形时2）求锚索作用点在锚索拉力作用下的水平位移）求锚索作用点在锚索拉力作用下的水平位移 与与求求 相相同同，设设 1，则则第第 i 根根锚锚索索作作用用点点产产生生的的单单位位位移为位移为 因此，使第因此，使第i 根锚索作用点产生的位移为：根锚索作用点产生的位移为： ， 则则 （8-14） 3）求锚索拉力与土压力共同作用下）求锚索拉力与土压力共同作用下O点的水平位移点的水平位移 ；锚；锚索拉力与土压力共同作用下索拉

118、力与土压力共同作用下O点的转角点的转角 无论用无论用 法或法或 法，也无论桩底为自由端、固定端或铰支端，都有：法，也无论桩底为自由端、固定端或铰支端，都有： （8-15） （8-16）关关于于 的的意意义义与与计计算算请请参参考考铁铁二二院院编编抗抗滑滑桩桩设设计与计算计与计算。把式（把式（13）、（）、（14）、（）、（15）、（）、（16）代入式（）代入式（12）有：）有： 解此方程组，即可求出解此方程组，即可求出 。令则 （8-17）把式（17）代入 （10），可得 （8-18）对每一根锚索均有与式（18）相似的方程，从而形成一方程组如下： 6.4.2 滑坡推力和锚索拉力计算滑坡推力和锚

119、索拉力计算v在实际工作中，可先求出使桩的正负弯矩大致相等时锚索所在实际工作中，可先求出使桩的正负弯矩大致相等时锚索所承担的总拉力承担的总拉力 ，则每根锚索所需施加的预应力为，则每根锚索所需施加的预应力为 。v另在计算另在计算 时，时， 计算结果为负，这是因为在推导桩的计算公计算结果为负，这是因为在推导桩的计算公式时规定的符号所致。而在方程（式时规定的符号所致。而在方程（12）中要求的）中要求的 为正，因为正，因此在利用方程（此在利用方程（16）计算）计算 时，所得结果应取绝对值。时，所得结果应取绝对值。v在利用计算机解方程组（在利用计算机解方程组（19）时，最好采用高斯列主元素消）时，最好采用

120、高斯列主元素消去法，尽量不要采用简单消去法，因简单消去法容易造成其去法，尽量不要采用简单消去法，因简单消去法容易造成其它元素数量级的巨大增长和舍入误差的扩散。它元素数量级的巨大增长和舍入误差的扩散。 计算例子计算例子 例例如如：设设有有一一截截面面为为2.0 m2.5 m的的桩桩，滑滑面面以以下下桩桩长长为为7 m，滑滑面面以以上上桩桩长长为为15 m，桩桩后后每每延延米米土土压压力力为为651 kN，桩桩间间距距6 m。桩桩上上设设三三根根锚锚索索，锚锚索索间间距距3 m，最最上上一一根根距距桩桩顶顶1 m，则则当当桩桩的的正正负负弯弯矩矩基基本本一一致致时时，桩桩身身最最大大弯弯矩矩为为2

121、676 kN.m，锚锚索索拉拉力力为为870 kN。如如锚锚索索不不施施加加预预应应力力，锚锚索索随随桩桩协协调调变变形形而而产产生生的的拉拉力力从从上上至至下下分分别别为为367 kN、302 kN、233 kN，则则每每根根锚锚索索应应施施加加的的预预应应力力分分别为别为503 kN、568 kN、638 kN。 右图为桩加锚索并施加预应力与不加右图为桩加锚索并施加预应力与不加锚索的弯矩对比图，从图上可以看出，锚索的弯矩对比图，从图上可以看出，弯矩明显减小，且桩身受力更为合理。弯矩明显减小，且桩身受力更为合理。 6.4.3 桩身内力计算桩身内力计算v（1）非锚固段桩身内力计算：）非锚固段桩

122、身内力计算：求出锚索设计拉力后，桩身上端外力均为已知，按悬臂端求出求出锚索设计拉力后，桩身上端外力均为已知，按悬臂端求出桩身各截面的桩身各截面的Q、M及锚固段顶端及锚固段顶端O点处的剪力和弯距。点处的剪力和弯距。v（2）锚固段桩身内力计算：）锚固段桩身内力计算：由锚固段顶端剪力和弯距，按地基系数法求取锚固段各截面的由锚固段顶端剪力和弯距，按地基系数法求取锚固段各截面的Q、M以及桩身的横向压应力及变位。以及桩身的横向压应力及变位。v（3）求出桩身内力后可按极限状态法计算抗滑桩的结）求出桩身内力后可按极限状态法计算抗滑桩的结构予以配筋。构予以配筋。6.4.4 预应力锚索参数设计计算预应力锚索参数设

123、计计算v（1）根据锚索设计拉力）根据锚索设计拉力 R 计算需要的钢绞线根数计算需要的钢绞线根数 n式中，式中， 为钢铰线屈服抗拉荷载。为钢铰线屈服抗拉荷载。v（2）锚固段长度确定：可考虑两个因素，一是按锚索与砂浆）锚固段长度确定：可考虑两个因素，一是按锚索与砂浆的握裹力计算锚固段长度，一是按锚孔砂浆与孔壁摩阻力计算的握裹力计算锚固段长度，一是按锚孔砂浆与孔壁摩阻力计算锚固段长度。锚固段长度。v（3）锚索下倾角计算：按照锚索最优倾角计算结果和具体施）锚索下倾角计算：按照锚索最优倾角计算结果和具体施工条件确定，并可根据确定的下倾角调整锚索自由段的长度。工条件确定，并可根据确定的下倾角调整锚索自由段

124、的长度。v（4）锚索预应力确定：可根据计算出的锚索设计拉力确定锚）锚索预应力确定：可根据计算出的锚索设计拉力确定锚索预应力。索预应力。6.5 公路滑坡工程稳定分析及治理与加固实例 6.5.1 工程概况工程概况山山东东省省省省道道327线线济济南南段段仲仲宫宫至至枣枣林林段段自自2000年年元元月月开开始始施施工工后后，受受雨雨水水的的影影响响，于于2000年年11月月在在枣枣林林处处开开始始发发生生山山体体滑滑坡坡，严严重重影影响响交交通通。累累计计已已平平面面滑滑移移约约10m，现现场场可可见见最最大大裂裂口口宽宽达达100cm，裂裂口的肉眼可见深度约口的肉眼可见深度约2.0m。滑坡的平面及

125、剖面特征分别见下图。滑坡的平面及剖面特征分别见下图。 6.5.2 滑坡规模及形成与发展分析滑坡规模及形成与发展分析 （1）滑坡规模）滑坡规模勘勘察察查查明明，在在滑滑坡坡体体中中施施工工的的四四个个钻钻孔孔中中的的主主滑滑动动面面深深度度分分别别为为7.50m、6.50m、8.00m、8.90m，滑动面的平均深度为，滑动面的平均深度为7.8m。通通过过调调查查查查明明滑滑坡坡体体的的横横断断面面面面积积为为543m2，滑滑坡坡体体的的平平均均宽宽度度为为40m，滑滑坡坡体体的的体体积积=5434021720m3，体体重重=21720243340吨，属中型滑坡。吨，属中型滑坡。（2）滑坡类型）滑

126、坡类型滑滑坡坡床床的的埋埋藏藏深深度度为为6.508.90m，按按滑滑坡坡床床埋埋藏藏深深度度分分类类可可归归入入中中层层滑滑坡坡（620m），按按滑滑动动面面的的形形状状和和移移动动类类型型分分类类可可归归入入地地表表堆堆积积物物的的斜斜体体移移动动。按按滑滑动动岩岩层层的的成成分分、构构造造、产产状状、滑滑床床和和滑滑带带的的特特点点以以及及变变形形特特征征和和位位移移动动力力分分类类可可归归入入牵牵引引式式（流流动动式式滑滑坡坡和和滑滑坍坍）滑滑坡坡。结结合合该该滑滑坡坡实实际际，该该滑滑坡坡类类型为中层牵引式地表堆积物的斜坡移动。型为中层牵引式地表堆积物的斜坡移动。6.5.3 滑坡治理

127、方案滑坡治理方案（1）鉴鉴于于地地下下水水对对边边坡坡稳稳定定性性影影响响很很大大，必必须须采采用用排排水水措措施施。该该滑滑体体由由于于挤挤压压，地地表表松松散散；且且植植被被丰丰富富，边边坡坡体体表表面面排排水水没没有有效效果果。故故采用沿滑坡面排水及水平疏水孔地下排水方法。采用沿滑坡面排水及水平疏水孔地下排水方法。（2）由由于于坡坡体体己己下下滑滑67m，上上部部坡坡体体已已经经平平缓缓，故故削削坡坡减减重重作作用用不不大大，且且要要破破坏坏坡坡体体上上丰丰富富的的植植被被，故故不不能能采采用用削削坡坡减减重重方方法法。但但滑滑坡坡下下部部需需要要刷刷坡坡清清除除，即即将将坡坡面面上上松

128、松石石、风风化化物物顺顺顷顷刷刷掉掉后后作作坡坡面面防防护护。清清除除危危石石只只限限于于斜斜坡坡上上用用短短撬撬人人工工清清除除零零星星危危石石，清清石石不不影影响响上上部部岩岩土的稳定，用控爆小炮炸除只限于露头危石，炸后不影响周围的稳定。土的稳定，用控爆小炮炸除只限于露头危石，炸后不影响周围的稳定。 （3）锚锚杆杆、锚锚索索是是一一种种较较好好的的加加固固方方法法，尤尤其其对对带带有有滑滑面面的的坚坚硬硬岩岩体体特特别别有有效效，但但由由于于该该滑滑体体表表面面植植被被丰丰富富，且且滑滑体体是是松松散散破破碎碎的的岩岩(土土)体，故不能采用单纯的锚杆、锚索加固方法加固该滑坡体。体，故不能采

129、用单纯的锚杆、锚索加固方法加固该滑坡体。 （4）在在滑滑坡坡下下部部修修建建抗抗滑滑挡挡土土墙墙是是整整治治滑滑坡坡经经常常采采用用的的有有效效措措施施。但但修修建建抗抗滑滑挡挡土土墙墙需需要要暴暴露露滑滑体体的的临临空空面面，由由于于该该滑滑体体下下部部倾倾角角大大、临临空空面面高高，修修筑筑抗抗滑滑挡挡土土墙墙很很不不安安全全，若若在在滑滑坡坡整整治治过过程程中中出出现现滑滑坡坡，极易出现人员伤亡。故不能采用抗滑挡土墙方法。极易出现人员伤亡。故不能采用抗滑挡土墙方法。 （5）抗抗滑滑桩桩是是承承受受侧侧向向荷荷载载用用以以整整治治滑滑坡坡的的支支挡挡建建筑筑物物，工工程程实实践践证证明明：

130、抗抗滑滑桩桩能能迅迅速速、安安全全、经经济济的的解解决决一一些些比比较较困困难难的的工工程程。它它具具有有下下列列优优点点：抗抗滑滑能能力力大大，圬圬工工数数量量小小，在在滑滑坡坡推推力力大大，滑滑动动面面深深的的情情况况下下，较较其其它它抗抗滑滑工工程程经经济济、有有效效；桩桩位位灵灵活活，可可以以设设在在滑滑坡坡体体中中最最有有利利于于抗抗滑滑的的部部位位单单独独使使用用，也也能能与其它结构配合使用；与其它结构配合使用； 综综合合上上述述因因素素，选选择择采采用用抗抗滑滑桩桩和和地地面面及及地地下下排排水水方方法法治治理理滑滑坡坡。为为了了减减小小抗抗滑滑桩桩的的弯弯矩矩，提提高高滑滑坡坡

131、整整治治效效果果，穿穿过过抗抗滑滑桩桩配配预预应应力力锚锚索索。为为了了使使各各抗抗滑滑桩桩受受力力均均匀匀，在在抗抗滑滑桩桩上上部部6m范范围围的的坡坡面面采采用用网网锚锚喷喷加加固固。此此外外，在在抗抗滑滑桩桩之之间间采采用用浆浆砌砌石石墙墙护面。护面。 6.5.4 预应力锚索抗滑桩的设计预应力锚索抗滑桩的设计（1）滑坡稳定性分析）滑坡稳定性分析根根据据滑滑坡坡地地质质剖剖面面图图，该该边边坡坡为为平平面面双双滑滑块块破破坏坏模模式式。边边坡坡滑滑动动时时，认认为为滑滑坡坡处处于于临临界界平平衡衡状状态态，即即边边坡坡抗抗滑滑稳稳定定系系数数Fs=1。取取Fs=1，根根据据反反演演计计算算

132、并并结结合合实实验验室室试试验验结结果果，滑滑坡坡体体抗抗剪剪强强度度指指标标结结果果为为：滑滑块块1、2的的粘粘聚聚力力及及内内摩摩擦擦角角分分别别为为c1=11.3KPa、1=12.2和和c2=8.5KPa、2=21.2。引引起起滑滑体体滑滑动动的的是是滑滑体体自自重重。锚锚索索和和抗抗滑滑桩桩的的作作用用是是共共同同阻阻止止滑滑体体沿沿滑滑面面滑滑动动，并并具具有有安安全全系系数数的的许许用用值值Fs。锚锚索索的的作作用用认认为为是是单单独独作作用用时使滑坡体具有安全系数时使滑坡体具有安全系数Fs=1.05。（2）预应力锚索的设计）预应力锚索的设计 锚索的设计包括确定锚固力、锚固类型和长

133、度、锚索长度及安设角锚索的设计包括确定锚固力、锚固类型和长度、锚索长度及安设角度等内容。度等内容。 1）锚锚索索安安装装角角度度：为为方方便便锚锚索索装装设设以以及及尽尽量量使使锚锚索索进进入入稳稳定定岩岩层层，取锚索安装角度取锚索安装角度25，即向水平方向下方倾斜，即向水平方向下方倾斜25。 2）锚锚索索锚锚固固力力及及锚锚索索类类型型：锚锚索索使使边边坡坡稳稳定定性性安安全全系系数数达达到到许许用用值值Fs=1.05时时,所所需需施施加加的的锚锚固固力力为为1600.6 kN。选选用用2根根锚锚索索，每每根根采采用用7根根75高强度钢绞线。高强度钢绞线。 3）锚锚索索的的布布置置：每每根根

134、抗抗滑滑桩桩上上布布置置2根根锚锚索索，2根根锚锚索索之之间间的的间间距距为为3m，其中上锚索距桩顶，其中上锚索距桩顶0.5 m。 4）锚锚固固体体长长度度：锚锚固固方方法法采采用用在在锚锚索索端端部部灌灌注注水水泥泥砂砂浆浆，上上锚锚索索锚锚固长度为固长度为9.0 m、下锚索锚固长度为、下锚索锚固长度为8.0 m。 5）锚锚索索张张拉拉段段长长度度：根根据据锚锚索索张张拉拉段段长长度度不不宜宜小小于于5.0 m及及张张拉拉段段一一般般应应超超过过破破裂裂面面1.0 m，故故取取上上锚锚索索张张拉拉段段长长21.0 m、下下锚锚索索张张拉拉段段长长17.0 m。这样，上锚索长为。这样，上锚索长

135、为30.0 m，下锚索长为，下锚索长为25.0 m。 6）锚索张拉力的确定：锚索的张拉力取）锚索张拉力的确定：锚索的张拉力取800 kN。 （3）抗滑桩的设计）抗滑桩的设计 1）抗抗滑滑桩桩设设计计应应满满足足的的要要求求：整整个个抗抗滑滑体体具具有有足足够够的的稳稳定定性性，即即抗抗滑滑稳稳定定安安全全系系数数满满足足设设计计要要求求值值，保保证证滑滑体体不不越越过过桩桩顶顶，不不从从桩桩间间挤挤出出；桩桩深深要要有有足足够够的的强强度度和和稳稳定定性性；桩桩的的断断面面和和配配筋筋合合理理，能能满满足足桩桩内内应应力力和桩身变形的要求；桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内。和桩身变形的要

136、求；桩周的地基抗力和滑体的变形在容许范围内。 抗抗滑滑桩桩的的设设计计任任务务就就是是根根据据以以上上要要求求，合合理理确确定定抗抗滑滑桩桩的的桩桩位位、间间距距、尺寸、埋深、配筋、材料等内容。尺寸、埋深、配筋、材料等内容。 2）设设计计资资料料 滑滑体体容容重重=20.0kN/m3；滑滑床床容容重重=22.0kN/m3：地地基基系系数数的的比比例例系系数数m=100MPa/m2；桩桩全全长长21m，其其中中受受荷荷段段Hl=6m，锚锚固固段段H2=28m；桩桩间间距距（中中至至中中）S=6m；桩桩截截面面面面积积Fba=1.52.0 =3.0m2；桩桩的的混混凝凝土土标标号号C25；桩桩承承

137、受受的的滑滑坡坡推推力力Er=4478.4 kN；安安全全系系数数Fs=1.25；将将锚锚索索的的张张拉拉力力施施加加在在抗抗滑滑桩桩上上。抗抗滑滑桩桩为为悬悬臂臂式式弹弹性性桩桩，桩底边界条件按自由端考虑；锚索张拉力的水平分力桩底边界条件按自由端考虑；锚索张拉力的水平分力Et=725.0 kN。 3）桩身内力）桩身内力 在桩深在桩深8.3m处，桩身最大弯矩处，桩身最大弯矩Mmax= 1.19104kN.m。 4）抗抗滑滑桩桩配配筋筋 按按单单筋筋矩矩形形截截面面受受最最大大弯弯矩矩进进行行配配筋筋计计算算(采采用用二二级级钢钢筋筋)。抗滑桩受拉钢筋选。抗滑桩受拉钢筋选3032钢筋钢筋(双排双

138、排)。 7 土层锚杆与土钉墙支护技术v7.1 7.1 一般概念一般概念v7.2 7.2 土钉的基本构造与分类土钉的基本构造与分类v7.3 7.3 土钉加固特点与工作原理土钉加固特点与工作原理v7.4 7.4 土钉加固设计计算土钉加固设计计算v7.5 7.5 土钉施工与设备土钉施工与设备7.1 一般概念一般概念v7.1.1 土钉和土钉墙的基本概念土钉和土钉墙的基本概念图图4-1 土钉墙示意图土钉墙示意图土钉墙的概念：土钉墙的概念： 土钉加固常和喷混凝土一起使用，土钉加固常和喷混凝土一起使用，又称为土钉墙。它由被加固土体、土钉又称为土钉墙。它由被加固土体、土钉和面层组成。和面层组成。 由较小、较密

139、的土钉加固的天然土由较小、较密的土钉加固的天然土体与面板相结合，既有与锚杆作用相同体与面板相结合，既有与锚杆作用相同的土钉构成的加固体，又形成挡土墙式的土钉构成的加固体，又形成挡土墙式的的“复合结构复合结构”，从而形成对土体的加，从而形成对土体的加固、支挡和稳定作用。固、支挡和稳定作用。 土钉兼有加固与锚固的双重作用土钉兼有加固与锚固的双重作用。 7.1.1 土钉和土钉墙的基本概念土钉和土钉墙的基本概念v土钉墙的优点：土钉墙的优点：具有施工容易、设备简单、需要场地小，开挖与支护作业可以并行、具有施工容易、设备简单、需要场地小，开挖与支护作业可以并行、总体进度快、成本低，以及无污染、噪声小、稳定

140、可靠、社会效益与总体进度快、成本低，以及无污染、噪声小、稳定可靠、社会效益与经济效益好等许多优点。经济效益好等许多优点。v土钉的适用条件：土钉的适用条件：土钉墙技术对于地下水位以上，或经降水后土钉墙技术对于地下水位以上，或经降水后标贯值标贯值大于大于10 的砂质土，的砂质土，或或标贯值标贯值大于大于3 的粘性土都可以应用。的粘性土都可以应用。对于对于饱和软土饱和软土中的应用成本较高中的应用成本较高可采用复合土钉墙。可采用复合土钉墙。v土钉施工过程：土钉施工过程：待土坑开挖一段深度后，在坡面上用面板（喷混凝土）覆盖，施工土待土坑开挖一段深度后，在坡面上用面板（喷混凝土）覆盖，施工土钉，挂网，上锚

141、，再复喷混凝土到设计厚度，然后继续开挖，并重复钉，挂网，上锚，再复喷混凝土到设计厚度，然后继续开挖，并重复上述工序到足够深度。上述工序到足够深度。 7.1.2 土钉加固技术的发展概况土钉加固技术的发展概况v岩石锚杆的成功运用促进了现代土层锚杆技术的应用。岩石锚杆的成功运用促进了现代土层锚杆技术的应用。v土土钉钉墙墙是是在在20世世纪纪50年年代代的的土土层层锚锚杆杆技技术术和和60年年代代的的加加筋筋土土钉钉墙墙技技术术的的基础上发展起来的。基础上发展起来的。v土土钉钉墙墙技技术术特特别别适适于于挖挖方方工工程程，并并且且结结构构简简单单、经经济济，因因此此，国国外外和和国国内分别从内分别从2

142、0世纪世纪70年代和年代和80年代迅速地采用和发展了这项技术。年代迅速地采用和发展了这项技术。v1957年年法法国国公公司司在在土土层层中中采采用用了了锚锚杆杆加加固固的的形形式式。60年年代代就就开开始始采采用用了了加筋的土钉技术。加筋的土钉技术。7.1.2 土钉加固技术的发展概况土钉加固技术的发展概况v有关土钉的有关土钉的理论研究理论研究也不断被加强，已进行了大量的也不断被加强，已进行了大量的模型试模型试验验，并获得了长期的现场观测成果，还建立了通用的规范与，并获得了长期的现场观测成果，还建立了通用的规范与专用计算程序。专用计算程序。 v1979年在法国年在法国巴黎召开了专门的国际会议，巴

143、黎召开了专门的国际会议，1990年美国年美国的挡的挡土结构国际会议上，土钉支护已经被列为专题内容，使它成土结构国际会议上，土钉支护已经被列为专题内容，使它成为独立的土体加固学科分支。为独立的土体加固学科分支。 v我国我国最早应用土钉结构是在最早应用土钉结构是在20世纪世纪70年代末或年代末或80年代初。目年代初。目前可应用土钉加固方法处理前可应用土钉加固方法处理高边坡高边坡、深基坑深基坑等工程，甚至在等工程，甚至在一些高地下水位软弱土层中和土坡失稳、塌滑的事故抢险工一些高地下水位软弱土层中和土坡失稳、塌滑的事故抢险工程的应用中也取得了丰富和成功的经验程的应用中也取得了丰富和成功的经验复合土钉复

144、合土钉。7.1.3 土钉加固的应用土钉加固的应用v土钉加固主要用在土钉加固主要用在土坡稳定土坡稳定和和基坑加固基坑加固的领域。包括基础托的领域。包括基础托换、基坑或竖井加固、斜坡挡土墙、稳定边坡面、与锚杆结换、基坑或竖井加固、斜坡挡土墙、稳定边坡面、与锚杆结合作斜面防护等。合作斜面防护等。7.1.3 土钉加固的应用土钉加固的应用v在工程永久性方面：在工程永久性方面：（1）可在土体开挖过程中或主体工程施工前作临时性支护。如深基）可在土体开挖过程中或主体工程施工前作临时性支护。如深基坑开挖支护、地下洞室口部的开挖支护、土坡的开挖支护等；坑开挖支护、地下洞室口部的开挖支护、土坡的开挖支护等；（2）构

145、筑永久性挡土结构。如路堑土坡挡墙、桥台挡墙，隧道口部）构筑永久性挡土结构。如路堑土坡挡墙、桥台挡墙，隧道口部的正面和侧面挡墙等；的正面和侧面挡墙等；（3）对已有挡土结构的加固、抢险、维修或改建。）对已有挡土结构的加固、抢险、维修或改建。v从从土质土质上看，土钉支护适用于有一定毛细水粘聚力的上看，土钉支护适用于有一定毛细水粘聚力的中细砂土中细砂土（含水量（含水量不小于不小于56），有一定天然胶结能力的），有一定天然胶结能力的砂土砂土、砾石土砾石土和有天然粘聚力和有天然粘聚力的的粉土粉土、低塑粘土低塑粘土、填土填土以及以及风化岩层风化岩层等。这些都是开挖时保持边坡切等。这些都是开挖时保持边坡切割面

146、短时间稳定所必须的，否则就要预先加固土体。割面短时间稳定所必须的，否则就要预先加固土体。7.1.3 土钉加固的应用土钉加固的应用v土钉加固主要靠土与土钉间的土钉加固主要靠土与土钉间的粘结作用粘结作用。因此，对于。因此，对于软土软土，其有效性和，其有效性和可靠性还比较差。特别是在可靠性还比较差。特别是在高含水高含水的条件下，土钉支护容易失效。同样的条件下，土钉支护容易失效。同样道理，容易道理，容易液化液化的土一般不宜单独采用土钉方法。的土一般不宜单独采用土钉方法。v由于由于塑性粘土塑性粘土的的蠕变变形蠕变变形严重，土钉加固的长期效果会受到大大影响，严重，土钉加固的长期效果会受到大大影响，易使结构

147、有较大位移。易使结构有较大位移。v土钉在土层中工作。长期使用的土钉要解决土钉在土层中工作。长期使用的土钉要解决防腐蚀防腐蚀问题。问题。v使用土钉前应考虑有土钉的使用土钉前应考虑有土钉的安设范围安设范围，并且不会对今后的工程或环境造，并且不会对今后的工程或环境造成影响。成影响。v目前土钉加固技术还有一定目前土钉加固技术还有一定盲目性盲目性。随认识的提高，土钉支护的技术问。随认识的提高，土钉支护的技术问题将逐步解决。题将逐步解决。7.2 土钉的基本构造与分类土钉的基本构造与分类v7.2.1 土钉的基本构造土钉的基本构造包括土体内的包括土体内的杆体杆体（土钉土钉）、）、面层结构面层结构和和排防水系统

148、排防水系统三部分组成。三部分组成。v（1）土钉）土钉最最常常用用的的土土钉钉类类型型是是钻钻孔孔注注浆浆钉钉，即即先先在在土土中中成成孔孔，置置入入变变形形钢钢筋筋，然然后后沿沿全全长长注注浆浆填填孔孔，这这样样整整个个土土钉钉体体由由土土钉钉钢钢筋筋和和外外裹裹的的水水泥泥砂砂浆组成。浆组成。需需沿沿钉钉长长每每隔隔2.53.0m设设对对中中支支架架；土土钉钉钢钢筋筋直直径径多多在在2535mm之间，置于之间，置于75150mm或更大的钻孔中。或更大的钻孔中。注注浆浆方方式式有有许许多多种种，最最简简单单的的是是重重力力注注浆浆；一一般般情情况况下下宜宜用用低低压压注注浆浆，并并设设置置止止

149、浆浆塞塞和和排排气气管管；也也可可用用二二次次劈劈裂裂注注浆浆等等各各种种增增大大界界面面粘粘结结力的方法。力的方法。在浆液固结硬化后可对土钉中施加一定的在浆液固结硬化后可对土钉中施加一定的预应力预应力。图图4-4 钻孔注浆钉构造钻孔注浆钉构造 7.2.1 土钉的基本构造土钉的基本构造v（2）面层）面层v土钉支护的土钉支护的面层结构面层结构通常由通常由喷混凝土喷混凝土加加网网组成。也采用组成。也采用预制混凝土板预制混凝土板拼拼合，或者由混凝土板与喷混凝土层组合而成。合，或者由混凝土板与喷混凝土层组合而成。 v可用可用土工织物土工织物作为面层，通过土钉压紧下形成对表层土约束的护坡联合作为面层，通

150、过土钉压紧下形成对表层土约束的护坡联合结构也已经被广泛应用。结构也已经被广泛应用。 v在面层上在面层上种植绿草种植绿草也成为结构要求的一部分内容。也成为结构要求的一部分内容。v土钉支护的面层通常用土钉支护的面层通常用5050150mm150mm厚的喷混凝土和网做成，钢筋直径为厚的喷混凝土和网做成，钢筋直径为6610mm10mm，网格大小，网格大小200200300mm300mm。v土钉端部与面层的土钉端部与面层的连接连接可采用螺母、垫板等方法，也可以将土钉钢筋通可采用螺母、垫板等方法，也可以将土钉钢筋通过井字形短钢筋相互焊接到钢筋网上，连接处的喷射混凝土层内应加设过井字形短钢筋相互焊接到钢筋网

151、上，连接处的喷射混凝土层内应加设局部钢筋网以增加混凝土的局部承压强度。局部钢筋网以增加混凝土的局部承压强度。v土钉支护中的土钉支护中的面层面层不是主要受力部件，不需要很厚，也可用不是主要受力部件，不需要很厚，也可用预制混凝土预制混凝土板板拼起来作为面层。在块状岩体中，可以仅用焊接网而不喷混凝土。拼起来作为面层。在块状岩体中，可以仅用焊接网而不喷混凝土。图图4-5 土钉喷射混凝上面层做法土钉喷射混凝上面层做法7.2.1 土钉的基本构造土钉的基本构造v（3）排水系统）排水系统v土钉加固常常要求配设土钉加固常常要求配设排水设施排水设施，以避免，以避免地表水地表水的渗流造成的渗流造成对喷混凝土和金属层

152、网的动水压力，或因在土钉加固区域内对喷混凝土和金属层网的动水压力，或因在土钉加固区域内形成饱和土而降低土体强度和土与土钉间的结合力。形成饱和土而降低土体强度和土与土钉间的结合力。v排水设施主要排水设施主要包括包括：设置地表排水沟或地表不透水面，以及：设置地表排水沟或地表不透水面，以及插进土体内部的各种排水管，和其它土坡排水方法。插进土体内部的各种排水管，和其它土坡排水方法。7.2.2 土钉的分类土钉的分类v根据土钉的锚固方式，可分为：根据土钉的锚固方式，可分为：钻孔灌浆式土钉、钻装（打入）式土钉、注浆式土钉（含压力注浆土钻孔灌浆式土钉、钻装（打入）式土钉、注浆式土钉（含压力注浆土钉、喷射注浆式

153、土钉）和混合式土钉等。钉、喷射注浆式土钉）和混合式土钉等。v（1 1）钻孔灌浆式土钉）钻孔灌浆式土钉就是将锚杆钢筋置于先在土中钻成的孔中后，在孔内灌浆，形成由浆就是将锚杆钢筋置于先在土中钻成的孔中后，在孔内灌浆，形成由浆液粘结的土中锚杆。液粘结的土中锚杆。v（2 2）钻装式土钉）钻装式土钉就是采用机械振动冲击或液压锤将杆体材料直接打入土中，形成钉子就是采用机械振动冲击或液压锤将杆体材料直接打入土中，形成钉子式的加固作用。式的加固作用。v（3 3）注浆式土钉）注浆式土钉就是土钉本身兼为注浆管。含压力注浆土钉、喷射注浆式土钉。就是土钉本身兼为注浆管。含压力注浆土钉、喷射注浆式土钉。v（4 4）混合

154、式土钉）混合式土钉这是将注浆与开凿钻孔结合在一起的土钉施工方法。这是将注浆与开凿钻孔结合在一起的土钉施工方法。7.3 土钉加固特点与工作原理土钉加固特点与工作原理v土钉加固的工作原理也和锚杆类似，土钉加固的工作原理也和锚杆类似，关系到关系到: :土体荷载（土压力）对土钉土体荷载（土压力）对土钉的作用、土与土钉间的相互作用、土钉的应力分布、土钉与面层相互影的作用、土与土钉间的相互作用、土钉的应力分布、土钉与面层相互影响及与土层的稳定关系等重要问题。理论和实验研究还不够深入。响及与土层的稳定关系等重要问题。理论和实验研究还不够深入。v7.3.1 7.3.1 土钉加固的基本原理土钉加固的基本原理1）

155、土钉加固后可提高土体）土钉加固后可提高土体强度强度。2）土钉和面层结构形成新的挡墙结构，可以提供更高的）土钉和面层结构形成新的挡墙结构，可以提供更高的承载能力承载能力。3）使土体处于）使土体处于三向应力状态三向应力状态。v除此之外，土体的变形和破坏是一个除此之外，土体的变形和破坏是一个渐进渐进的过程。上部土体的破坏，将的过程。上部土体的破坏，将使土体从承载体转变为荷载体；而土钉支护是随开挖过程而施筑的，在使土体从承载体转变为荷载体；而土钉支护是随开挖过程而施筑的，在土体破坏前提供更高的承载能力而使土体保持承载体的作用，直到开挖土体破坏前提供更高的承载能力而使土体保持承载体的作用，直到开挖的坡底

156、，一直保证土体的的坡底，一直保证土体的高抵抗能力高抵抗能力和和完整性完整性。图图4-6 4-6 强度提高系数与土钉设置强度提高系数与土钉设置排数之间关系排数之间关系图图4-7 4-7 土钉墙加固前后承载力与位移对比土钉墙加固前后承载力与位移对比 图图4-8 土钉对应力状态的影响土钉对应力状态的影响（a）未加筋边坡的应力变化；（）未加筋边坡的应力变化；（b）加筋边坡的应力状态）加筋边坡的应力状态7.3.1 土钉加固的基本原理土钉加固的基本原理v按土钉墙的各结构要素分析其对土钉墙的贡献，可认为：按土钉墙的各结构要素分析其对土钉墙的贡献，可认为：（1 1）土钉）土钉：可以增加复合体的抗拉、抗剪能力，

157、可阻止、推迟和延：可以增加复合体的抗拉、抗剪能力，可阻止、推迟和延缓土体的塑性流动和滑塌。缓土体的塑性流动和滑塌。（2 2）注浆）注浆：浆液渗到土体的孔隙中对土颗粒起胶结作用，胶结改善：浆液渗到土体的孔隙中对土颗粒起胶结作用，胶结改善了土体的松散性，提高了原状土的整体性能，保证并加强了土、砂了土体的松散性，提高了原状土的整体性能，保证并加强了土、砂浆柱及钢筋之间力的传递和转移。浆柱及钢筋之间力的传递和转移。（3 3）面层）面层：使分布在土体中的土钉可共同作用，限制坡面膨胀和局：使分布在土体中的土钉可共同作用，限制坡面膨胀和局部塌落，保持坡面的完整性；并起护坡作用等。部塌落，保持坡面的完整性；并

158、起护坡作用等。v由于由于土钉土钉与土体界面的摩阻力、联结作用以及土钉产生的应力与变形的与土体界面的摩阻力、联结作用以及土钉产生的应力与变形的分担作用，将大大地提高复合体的分担作用，将大大地提高复合体的抗拉抗拉、抗剪能力抗剪能力以及以及整体稳定性整体稳定性；v面层面层可约束土向临空面的侧向变形，制约表面崩塌或侵蚀向土体内部的可约束土向临空面的侧向变形，制约表面崩塌或侵蚀向土体内部的扩展，以及递次将相邻近的土钉联结协调为一个整体起着重要作用。扩展，以及递次将相邻近的土钉联结协调为一个整体起着重要作用。v因此，因此，土钉墙土钉墙能将人工的构筑与天然原位土体的潜在自稳能力结合在一能将人工的构筑与天然原

159、位土体的潜在自稳能力结合在一起，省工省料，是基坑开挖与边坡稳定的一种较理想的支护形式。起，省工省料，是基坑开挖与边坡稳定的一种较理想的支护形式。 7.3.2 土钉加固作用的特点土钉加固作用的特点v（1）土钉是一种）土钉是一种被动支护被动支护；v（2）土钉施工几乎和土坑开挖）土钉施工几乎和土坑开挖同步进行同步进行；v（3）布置比较）布置比较密集密集；v（4）辅有）辅有面板面板结构；结构；v（5）适应性适应性强，强，适用面适用面宽；宽；v（6）施工）施工工艺简单工艺简单，对土层，对土层扰动扰动小，小，成本成本低。低。7.4 土钉加固设计计算土钉加固设计计算v7.4.1 土钉加固土体的破坏形式土钉加

160、固土体的破坏形式v7.4.2 土钉受力分析土钉受力分析v7.4.3 土钉加固设计基本内容土钉加固设计基本内容v7.4.4 土钉加固结构设计方法土钉加固结构设计方法v7.4.5 土钉设计的强度与稳定性验算土钉设计的强度与稳定性验算7.4.1 土钉加固土体的破坏形式土钉加固土体的破坏形式v（1 1）土钉的四种破坏形式）土钉的四种破坏形式1 1）加固）加固体内整体失稳破坏体内整体失稳破坏：指破坏时发生的滑动面在加固范围内部。：指破坏时发生的滑动面在加固范围内部。2 2）加固）加固体外失稳破坏体外失稳破坏。有几种情况：滑动面通过面层根部附近的整体。有几种情况：滑动面通过面层根部附近的整体滑动、更大范围

161、的滑动、面层和加固体沿基底面滑动、面层倾覆。滑动、更大范围的滑动、面层和加固体沿基底面滑动、面层倾覆。7.4.1 土钉加固土体的破坏形式土钉加固土体的破坏形式v（1 1）土钉的四种破坏形式）土钉的四种破坏形式3 3）局部破坏局部破坏：如面层局部开裂或剥落、土钉与面层间破损、个：如面层局部开裂或剥落、土钉与面层间破损、个别土钉失效。别土钉失效。4 4）面层超量变形面层超量变形：指面层虽未破坏，但变形量超过工程要求。：指面层虽未破坏，但变形量超过工程要求。 7.4.1 土钉加固土体的破坏形式土钉加固土体的破坏形式v（2 2）土坡滑动面形状）土坡滑动面形状v根据理论研究和对实测结果分析，并考虑计算的

162、方便，一般将土钉加固根据理论研究和对实测结果分析，并考虑计算的方便，一般将土钉加固下的土坡或基坑滑动面的形式假设为下面几种：下的土坡或基坑滑动面的形式假设为下面几种：1）按郎金土压力理论）按郎金土压力理论2）双直线理论）双直线理论3）直线假设方法）直线假设方法4）圆弧线）圆弧线5）螺旋线）螺旋线7.4.2 土钉受力分析土钉受力分析v（1 1）沿高度方向的土钉受力）沿高度方向的土钉受力沿土坡高度不同土钉的受力情况相差较大。沿土坡高度不同土钉的受力情况相差较大。一般是一般是中部土钉中部土钉受力最大，靠顶部和基坑底部的受力较受力最大，靠顶部和基坑底部的受力较小。因此小。因此, ,中部土钉在边坡或基坑

163、稳定中起到关键作用。中部土钉在边坡或基坑稳定中起到关键作用。但但顶部土钉顶部土钉对避免土体出现开裂及其进一步发展有重要对避免土体出现开裂及其进一步发展有重要作用，从而可减少下部土压力和坡面水平位移。作用，从而可减少下部土压力和坡面水平位移。而而底部土钉底部土钉则起到防止边坡或基坑基底或更深的土体发则起到防止边坡或基坑基底或更深的土体发生整体滑动，避免面层结构产生过大的水平位移或发生生整体滑动，避免面层结构产生过大的水平位移或发生倾覆等。倾覆等。（1 1）沿高度方向的土钉受力）沿高度方向的土钉受力v1 1）根据郎金土压力理论确定土钉压力）根据郎金土压力理论确定土钉压力埋置不同深度的土钉的土压力公

164、式为：埋置不同深度的土钉的土压力公式为：不考虑地面载荷时不考虑地面载荷时结果是深度越大，土钉受的压力越大。结果是深度越大，土钉受的压力越大。与前述观点有不一致之处！与前述观点有不一致之处！（1 1）沿高度方向的土钉受力）沿高度方向的土钉受力v2 2）根据）根据Juran假设确定土钉最大拉力假设确定土钉最大拉力Juran提出土钉压力呈梯形分布的简化式：提出土钉压力呈梯形分布的简化式：TN的取值与土体性质相关的取值与土体性质相关砂土、黏性砂土、黏土。砂土、黏性砂土、黏土。（1 1）沿高度方向的土钉受力）沿高度方向的土钉受力v3 3）根据）根据基坑支护规程基坑支护规程确定土压力分布确定土压力分布规程

165、提出的土压力分布为：规程提出的土压力分布为： 为某土钉以长度中点为计算深度的为某土钉以长度中点为计算深度的 土体自重引起的土钉压力，其取值可根据土体自重引起的土钉压力，其取值可根据不同土质不同土质进行选择。进行选择。 地表荷载引起的侧压力。地表荷载引起的侧压力。有地下水或其它地面和地下载荷作用所引起的侧向压力时，其计算公有地下水或其它地面和地下载荷作用所引起的侧向压力时，其计算公式应给予修正。式应给予修正。（2 2）土钉在土中的抗剪能力）土钉在土中的抗剪能力v土钉的抗剪能力由土钉和土之间的土钉的抗剪能力由土钉和土之间的摩擦阻力摩擦阻力或或粘结力粘结力所引起的抗剪强度所引起的抗剪强度所决定。抗剪

166、能力关系到土钉的抗拔力大小，所决定。抗剪能力关系到土钉的抗拔力大小，不同土钉抗剪能力不同不同土钉抗剪能力不同。v1 1）钻装式土钉）钻装式土钉钻装土钉的抗剪能力主要靠土钉与土体之间的摩擦作用。钻装土钉的抗剪能力主要靠土钉与土体之间的摩擦作用。土钉土接触面的极限抗剪强度可以表示为：土钉土接触面的极限抗剪强度可以表示为：v对于深部砂土，系数对于深部砂土，系数 相当于土的内摩擦系数；对于浅部，由相当于土的内摩擦系数；对于浅部，由于砂土的剪胀效应，可以大于于砂土的剪胀效应，可以大于1 1；建议在小于；建议在小于6m6m范围内，取范围内，取1.51.5。v的具体值，国外套管式土钉的一些试验结果为：的具体

167、值，国外套管式土钉的一些试验结果为： 砂：砂：300 kPa； 密实砂、砾石：密实砂、砾石：400 kPa；细砂：细砂：50100 kPa； 密实冰渍土：密实冰渍土：400600 kPa；砂性崩积土：砂性崩积土：100200 kPa。 （2）土钉在土中的抗剪能力）土钉在土中的抗剪能力v2 2）注浆式土钉）注浆式土钉v注浆式土钉的抗剪能力由土钉界面的粘结强度确定。注浆式土钉的抗剪能力由土钉界面的粘结强度确定。Elias和和Juran的回的回转注浆式土钉的数据如下：转注浆式土钉的数据如下：填土：填土：2030 kPa； 粘土和粉粘土：粘土和粉粘土：2040 kPa；粉土和黄土：粉土和黄土：2510

168、0 kPa； 细砂：细砂：80240 kPa；砂性粉土：砂性粉土：200300 kPa； 砂与砾石：砂与砾石：300450 kPa。v国外资料、我国国外资料、我国土层锚杆设计与施工规程土层锚杆设计与施工规程、建筑基坑支护技术规建筑基坑支护技术规程程也给出了一些也给出了一些参考值参考值。v土钉抗剪能力的大小差异很大，因此，土钉抗剪能力的大小差异很大，因此，尽量以实验为准尽量以实验为准。土钉抗拔力土钉抗拔力不不一定和粘结长度成正比，随长度的增加，比例系数会降低。一定和粘结长度成正比，随长度的增加，比例系数会降低。表表4-3 国外浆液与土钉粘结强度的试验数据国外浆液与土钉粘结强度的试验数据施工方法土

169、体类别值（kPa）施工方法土体类别值（kPa）施工方法土体类别值（kPa）回转钻注粉细砂100200高压射浆砂400螺旋钻注软土2030粉砂6080砂、砾石1000硬粘土4060残积土75125粘性粉土50100石灰质砂性粘土200300粉砂回填层2030表表4-4 土层锚杆设计与施工规程（土层锚杆设计与施工规程（CECS22：90）给定粘结强度极限值给定粘结强度极限值土层种类值（kPa）土层种类值（kPa）淤泥质土2025粉土 中密100150粘土坚硬6070砂土松散90140硬塑5060稍密160200可塑4050中密220250软塑3040密实270400（3）土钉长度方向的受力分布）土

170、钉长度方向的受力分布v沿土钉长度方向的应力分布和沿土钉长度方向的应力分布和全长粘结式岩层锚杆全长粘结式岩层锚杆的应的应力分布类似。力分布类似。v但但最大应力最大应力位置在位置在破裂面破裂面附近。两端越来越小。附近。两端越来越小。v面板附近受力不大，是因为土钉的力已经传递到面板。面板附近受力不大，是因为土钉的力已经传递到面板。v随土钉位置向下移，应力也越来越小，但最大应力位置随土钉位置向下移，应力也越来越小，但最大应力位置越来越靠近面板。越来越靠近面板。 7.4.3 土钉加固设计基本内容土钉加固设计基本内容v（1）土钉加固结构设计基本流程）土钉加固结构设计基本流程v1）土钉加固的设计流程有三种：

171、）土钉加固的设计流程有三种：第一种（称为第一种（称为直接法直接法）：首先）：首先确定确定最危险滑动面，然后由此滑动面分最危险滑动面，然后由此滑动面分析计算土钉加固参数，最后进行强度和稳定性校验，并完成修正和析计算土钉加固参数，最后进行强度和稳定性校验，并完成修正和局部结构设计。局部结构设计。第二种（称为第二种（称为分析分析-设计法设计法）：先）：先假定假定滑动面基本形式以及通过的点；滑动面基本形式以及通过的点；然后把地表载荷与假定的土钉作用方向作为已知条件，确定不稳定然后把地表载荷与假定的土钉作用方向作为已知条件，确定不稳定的滑动面的具体大小和位置；最后根据要求的稳定性系数，设计支的滑动面的具

172、体大小和位置；最后根据要求的稳定性系数，设计支护参数。护参数。第三种（称第三种（称设计设计-分析法分析法）：首先）：首先初步确定土钉参数初步确定土钉参数，然后确定最小，然后确定最小稳定系数的滑动面，如满足要求则完善设计，反之，重复上面的步稳定系数的滑动面，如满足要求则完善设计，反之，重复上面的步骤，使之满足设计要求。骤，使之满足设计要求。v2）对三种设计流程的认识：）对三种设计流程的认识：常用的设计流程是第一种方法。第二、三种方法尽管比较合理，但受常用的设计流程是第一种方法。第二、三种方法尽管比较合理，但受计算条件的局限。计算条件的局限。不过，现有的计算程序较易实现不过，现有的计算程序较易实现

173、。上述基本内容说明，设计中的一个关键问题是上述基本内容说明，设计中的一个关键问题是科学地确定滑动面科学地确定滑动面。（2）土钉加固设计与验算的基本内容）土钉加固设计与验算的基本内容v1）土钉墙（体）稳定计算）土钉墙（体）稳定计算土钉墙抗滑稳定性验算；土钉墙抗倾覆稳定性验算；土钉墙底部地基土钉墙抗滑稳定性验算；土钉墙抗倾覆稳定性验算；土钉墙底部地基承载能力验算。承载能力验算。v2）土钉加固体内部稳定性验算）土钉加固体内部稳定性验算最危险滑动面滑动验算；土钉自身强度验算；面板（喷混凝土）强度最危险滑动面滑动验算；土钉自身强度验算；面板（喷混凝土）强度验算。验算。v3）土钉加固结构设计的主要参数）土

174、钉加固结构设计的主要参数确定需要采用土钉加固的基坑大小或土坡范围；确定土钉加固分段施确定需要采用土钉加固的基坑大小或土坡范围；确定土钉加固分段施工高度；土钉的布置和间距与方位（倾角）；确定土钉钢筋种类、长工高度；土钉的布置和间距与方位（倾角）；确定土钉钢筋种类、长度、直径和其它结构内容；设计喷射混凝土和网或其它面板结构以及度、直径和其它结构内容；设计喷射混凝土和网或其它面板结构以及坡顶防护；其它防护（水）措施。坡顶防护；其它防护（水）措施。7.4.4 土钉加固结构设计方法土钉加固结构设计方法v（1）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则v1）土钉加固的适

175、用条件）土钉加固的适用条件土的物理力学性质土的物理力学性质v适用的土性：风化岩层、砾石土、含水量不小于适用的土性：风化岩层、砾石土、含水量不小于(56)%的中细砂土、的中细砂土、有一定粘结力的砂土、粉土、低塑性粘土、填土等。有一定粘结力的砂土、粉土、低塑性粘土、填土等。v一般认为，塑性指数一般认为，塑性指数Ip大于大于20的粘土、塑限的粘土、塑限Wp大于大于20，液限，液限Wl大于大于50的粘土、级配很差的砂土、蠕变严重和粘结力低的粘土、土质松软的砂的粘土、级配很差的砂土、蠕变严重和粘结力低的粘土、土质松软的砂土等，除有专门面层处理措施外，不宜采用土钉；腐蚀性土不宜采用土土等，除有专门面层处理

176、措施外，不宜采用土钉；腐蚀性土不宜采用土钉，软土采用土钉方法的经济技术综合效果不明显。钉，软土采用土钉方法的经济技术综合效果不明显。 工程性质工程性质v土钉安设范围内没有地下管线、基础或其它地下工程与设施。坡高一般土钉安设范围内没有地下管线、基础或其它地下工程与设施。坡高一般不超过不超过15m。通常为。通常为612m。斜面坡度可到。斜面坡度可到7090。v但目前复合土钉的坡高可达到但目前复合土钉的坡高可达到2030m。 7.4.4 土钉加固结构设计方法土钉加固结构设计方法v（1）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则2）土钉和附件的主要参数选择范围）土钉

177、和附件的主要参数选择范围（表表4-5）3）施工工艺参数）施工工艺参数v一次开挖尺寸：一次开挖尺寸：开挖高度：砂性土开挖高度：砂性土0.52.0 m，粘性土可以略为放大，粘性土可以略为放大，常使此高度与杆间距相等；开挖长度：要考虑保持土体足够小的变形量，常使此高度与杆间距相等；开挖长度：要考虑保持土体足够小的变形量，并和施工工艺相一致。并和施工工艺相一致。 v钻孔孔径：钻孔孔径：常用常用80120 mm，一般为，一般为70200 mm。 v喷混凝土面层：喷混凝土面层：喷层厚度常取喷层厚度常取100 mm，一般在，一般在 50150 mm范围内。范围内。如作为永久性土钉支护（如边坡支护）时，喷网混

178、凝土可以分成如作为永久性土钉支护（如边坡支护）时，喷网混凝土可以分成23层层施工，总厚度将达到施工，总厚度将达到250mm。混凝土强度等级在。混凝土强度等级在C20以上。钢筋网采用以上。钢筋网采用610 mm钢筋焊接，网格规格为钢筋焊接，网格规格为200300 mm。 表表4-5 无地下水时土坡（无地下水时土坡（ 80）的土钉参数选择参考）的土钉参数选择参考参数参数粒状土粒状土硬粘土（泥灰岩、冰积土）硬粘土（泥灰岩、冰积土）注浆钉注浆钉击入钉击入钉注浆钉注浆钉长度比长度比0.50.80.50.60.51.0粘结比粘结比0.30.60.61.1（间距（间距0.51.5m）0.150.20强度比强

179、度比(0.40.8)10-4(1.31.9) 10-4(0.10.25)10-4性能比性能比0.1%0.3%（1）长度比；（）长度比；（2）粘结比；（）粘结比；（3）强度比；（）强度比；（4）性能比；（）性能比；（5）土钉倾角；）土钉倾角； （6）钢筋；（）钢筋；（7）孔径；（）孔径；（8）承压板。）承压板。7.4.4 土钉加固结构设计方法土钉加固结构设计方法v（1）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则）土钉加固结构设计中的经验参数与设计原则4）注浆材料）注浆材料v水灰比：水灰比：0.40.45v配比：如为砂浆，则灰砂比为配比：如为砂浆，则灰砂比为1：1；v强度：不低于强度：不低于5.0 M

180、Pa。5）初步设计参数归纳）初步设计参数归纳（表表4-6）表表4-6 初步设计参数归纳初步设计参数归纳序号序号内容内容单位单位初设参数初设参数/常用值常用值备备 注注1土钉长度（土钉长度（L）M（0.61.0）HH为开挖深度为开挖深度饱和软粘土饱和软粘土L2H2间距（间距（Sv）（Sh）M1.02.0/1.5 10对于硬土和密实砂对于硬土和密实砂Sv2m；对；对于软粘土和松砂于软粘土和松砂 Sv1m3倾角（倾角（）0020/510重力注浆取大值重力注浆取大值4土钉钢筋直径（土钉钢筋直径（d）mm2035/25III级或级或II级钢级钢5土钉孔径（土钉孔径（D）mm75200/100成孔条件好可

181、取大值成孔条件好可取大值6注浆压力注浆压力MPa0.57喷混凝土厚度（喷混凝土厚度（hs）mm50150/100III级钢，与土钉焊接级钢，与土钉焊接8喷混凝土强度喷混凝土强度MPaC18以上以上/C209网筋直径（网筋直径（d）mm6810网筋间距（网筋间距（a）mm20030011坡顶最小载荷（坡顶最小载荷（qmin）kPa10坡顶堆载超过该值时取实际值坡顶堆载超过该值时取实际值（2）直接设计法）直接设计法v本设计可以是直线滑动面或双直线滑动面，这里以直线滑动面为例。本设计可以是直线滑动面或双直线滑动面，这里以直线滑动面为例。v1）确定滑动面）确定滑动面按墙趾处按墙趾处 的角度作斜直线作为

182、滑动面。的角度作斜直线作为滑动面。v2）计算土钉可能的最大轴向拉力）计算土钉可能的最大轴向拉力按郎金土压力理论计算，或由按郎金土压力理论计算，或由 Juran公式计算公式计算 。v3）计算土钉长度）计算土钉长度土钉长度（土钉长度（ ）包括两部分，）包括两部分， 即锚固部分（即锚固部分（ ）和非锚固）和非锚固 部分（部分（ ），即），即v其中其中 而而（2）直接设计法）直接设计法v锚固部分长度锚固部分长度 可以由经验法确定，或根据土钉与土粘结后能承受的抗可以由经验法确定，或根据土钉与土粘结后能承受的抗拔力要求确定。即：拔力要求确定。即： 或或v其中其中v锚固长度也可以直接按经验选取，即锚固长度也

183、可以直接按经验选取，即v另粘结长度还需要用钢筋与砂浆的粘结强度进行校核，即另粘结长度还需要用钢筋与砂浆的粘结强度进行校核，即（2）直接设计法）直接设计法v4）计算土钉钢筋直径）计算土钉钢筋直径钢筋直径计算按钢筋面积需要承受的拉力考虑：钢筋直径计算按钢筋面积需要承受的拉力考虑：v5）喷射混凝土面层设计）喷射混凝土面层设计可以将土钉作用均匀分布到单位面积上，按连续梁理论进行分析，并可以将土钉作用均匀分布到单位面积上，按连续梁理论进行分析，并且按照梁间弯矩相等的原则进行简化，于是有公式：且按照梁间弯矩相等的原则进行简化，于是有公式：板内受力按材料力学方法进行计算，板内受力按材料力学方法进行计算， 其

184、中计算厚度取板厚的一半。其中计算厚度取板厚的一半。（3）设计）设计-分析法分析法v设计设计-分析法：用于分析法：用于土体土体曲线滑动曲线滑动或或折线滑动折线滑动，其实质是运用，其实质是运用条分法条分法分析分析土体稳定，但在分析土体稳定时要同时考虑土钉加固的作用。因此，分土体稳定，但在分析土体稳定时要同时考虑土钉加固的作用。因此，分析前一般应根据工程经验先对土钉作初步设计。析前一般应根据工程经验先对土钉作初步设计。v以下以圆弧型滑动面为例分析：以下以圆弧型滑动面为例分析：1）圆弧型滑动面分析方法）圆弧型滑动面分析方法v土钉加固后的圆弧稳定分析就是将土钉的作用同时考虑在稳定系数中。土钉加固后的圆弧

185、稳定分析就是将土钉的作用同时考虑在稳定系数中。（3）设计）设计-分析法分析法 常规条分法常规条分法毕肖普法毕肖普法 基坑规范（基坑规范（JGJ-120-99，以普通条分法为基础），以普通条分法为基础）（3）设计）设计-分析法分析法v说明说明上面的三个公式和相应的条分法土体滑动稳定分析公式是一致，只是上面的三个公式和相应的条分法土体滑动稳定分析公式是一致，只是多了土钉的影响（所有关于多了土钉的影响（所有关于 的项）。的项）。上述计算需获得最危险滑动面，然后比较设计值是否满足规程（或设上述计算需获得最危险滑动面，然后比较设计值是否满足规程（或设计）要求值，如不满足，则需要修改设计，进行重复试算。计

186、）要求值，如不满足，则需要修改设计，进行重复试算。v 的取值的取值对基坑工程来说，可根据基坑的深度选取（表对基坑工程来说，可根据基坑的深度选取（表4-8）；）；对于边坡工程来说，可采用以下方法获取对于边坡工程来说，可采用以下方法获取 值：值：v岩土工程勘测规范岩土工程勘测规范：根据不同等级，取：根据不同等级，取1.051.5；v水利水电工程地质手册水利水电工程地质手册建议：土坡取建议：土坡取1.21.3；v铁路工程设计手册铁路工程设计手册建议：根据工程重要性，取建议：根据工程重要性，取1.051.5。（3）设计）设计-分析法分析法2）折线形滑动分析法）折线形滑动分析法可通过静力平衡分析，导出滑

187、动稳定性系数作为各折线段端点坐标函可通过静力平衡分析，导出滑动稳定性系数作为各折线段端点坐标函效的表达式，并将其作为优化运算的目标函数，而后运用单纯型法效的表达式，并将其作为优化运算的目标函数，而后运用单纯型法求出其最小值点，从而完成优化分析和设计校核。求出其最小值点，从而完成优化分析和设计校核。计算表明，用此法计算的最危险折线滑动面与条分法计算的最危险圆计算表明，用此法计算的最危险折线滑动面与条分法计算的最危险圆弧滑动面相当接近。弧滑动面相当接近。3）其它参数）其它参数其它参数的确定或修改，可其它参数的确定或修改，可 参照参照直接设计法。直接设计法。（4）分析设计法）分析设计法v分析分析设计

188、法设计法是先根据对土钉墙体中最危险滑动面形状和锚是先根据对土钉墙体中最危险滑动面形状和锚固力与地表外力作用方向的假定，通过求一元函数的极值或固力与地表外力作用方向的假定，通过求一元函数的极值或对多元目标函数的优化分析，确定出最危险滑动面的位置和对多元目标函数的优化分析，确定出最危险滑动面的位置和相应的稳定性系数，而后再以此面为基础进行锚杆长度和间相应的稳定性系数，而后再以此面为基础进行锚杆长度和间排距密度等的设计。排距密度等的设计。v这种方法的这种方法的优点优点：顺序合理，设计试算的工作量小，数学逻：顺序合理，设计试算的工作量小，数学逻辑严谨，但当前只能针对辑严谨，但当前只能针对单一直线单一直

189、线或或双直线双直线构成的折线形滑构成的折线形滑动面进行分析。此处不再作详细介绍。动面进行分析。此处不再作详细介绍。7.4.5 土钉设计的强度与稳定性验算土钉设计的强度与稳定性验算v土钉设计的土钉设计的强度与稳定性验算强度与稳定性验算也称为也称为外部稳定性分析外部稳定性分析。v对应于对应于4 种种外部破坏形式外部破坏形式：沿基底平移、沿墙趾倾覆、墙基：沿基底平移、沿墙趾倾覆、墙基承载力不足，以及可能在深远土层内发生整体滑移等。承载力不足，以及可能在深远土层内发生整体滑移等。对土质比较差、工程项目比较重要的情况，必须对其加以对土质比较差、工程项目比较重要的情况，必须对其加以分析验算。分析验算。它和

190、一般的土坑计算相同。它和一般的土坑计算相同。注意：墙体宽度可取土钉水平长度，也有取注意：墙体宽度可取土钉水平长度，也有取11/12水平长。水平长。因为破坏或失稳发生在土钉以外，所以计算中并不考虑土因为破坏或失稳发生在土钉以外，所以计算中并不考虑土钉的影响。钉的影响。7.4.5 土钉设计的强度与稳定性验算土钉设计的强度与稳定性验算v简单土钉墙的简单土钉墙的强度与稳定性验算强度与稳定性验算主要包括主要包括以下几方面：以下几方面：（1）确定作用在土钉墙上的力）确定作用在土钉墙上的力v包括土压力、墙体自重、墙体底面反力包括土压力、墙体自重、墙体底面反力（垂直反力和水平反力）三方面。（垂直反力和水平反力

191、）三方面。（2）地基承载力的验算）地基承载力的验算（3）稳定性验算）稳定性验算v1）倾覆稳定性）倾覆稳定性v2）平移稳定性）平移稳定性7.4.5 土钉设计的强度与稳定性验算土钉设计的强度与稳定性验算v3）墙基承载稳定性）墙基承载稳定性墙基础底面应力可按矩形柱体的基底应墙基础底面应力可按矩形柱体的基底应力算法来计算。力算法来计算。中心受压情况下（偏心距中心受压情况下（偏心距e e0 0），基），基础底面应力为础底面应力为当荷载当荷载 的作用线与基础中心线距的作用线与基础中心线距离为离为e e时，且时，且e e L L6 6基础底面应力为基础底面应力为 偏心距偏心距e e L L6 6时时对复杂情

192、况下验算可参考有关资料。对复杂情况下验算可参考有关资料。7.5 土钉施工与设备土钉施工与设备v7.5.1 土钉施工土钉施工v（1）土钉的施工顺序）土钉的施工顺序挖坡到设计的阶段高度，喷混凝土覆盖开挖坡面，钻孔并安设土钉，挖坡到设计的阶段高度，喷混凝土覆盖开挖坡面，钻孔并安设土钉，根据土钉要求进行注浆，挂网，再喷混凝土到设计厚度，继续下挖根据土钉要求进行注浆，挂网，再喷混凝土到设计厚度，继续下挖重复上述工序并到设计深度。重复上述工序并到设计深度。土钉墙的施工包括以下几个方面：土钉墙的施工包括以下几个方面：v1）工作面的开挖）工作面的开挖v2）钢筋网喷射混凝土面层）钢筋网喷射混凝土面层v3）安设土

193、钉）安设土钉v4）土钉及其防腐）土钉及其防腐v5）边坡表面处理）边坡表面处理v6）量测和检测）量测和检测（1）土钉的施工顺序）土钉的施工顺序v1）工作面的开挖）工作面的开挖随着工作面开挖分层施工，开挖的最大高度取决于该土体可以站立而随着工作面开挖分层施工，开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不被坏的能力。在砂性土：不被坏的能力。在砂性土：0.52.0m，粘性土可增大一些。开挖高，粘性土可增大一些。开挖高度一般与土钉竖向间距相同。每层开挖的纵向长度：一般度一般与土钉竖向间距相同。每层开挖的纵向长度：一般10m。开挖。开挖机具对土的扰动破坏最小，形成一个光滑而规则的坡面。机具对土的扰动破坏最小，形

194、成一个光滑而规则的坡面。v2）钢筋网喷射混凝土面层）钢筋网喷射混凝土面层为了防止土体松弛和崩解，必须尽快做第一层面层。可以在安设土钉为了防止土体松弛和崩解，必须尽快做第一层面层。可以在安设土钉之前或之后做。为了使土钉同面层能很好地连结成整体，可在面层之前或之后做。为了使土钉同面层能很好地连结成整体，可在面层与土钉间加一块承压板。在喷射混凝十中，一般配置一定数量的钢与土钉间加一块承压板。在喷射混凝十中，一般配置一定数量的钢筋网，钢筋网对加强面板的作用、调整面层应力有重要的意义。筋网，钢筋网对加强面板的作用、调整面层应力有重要的意义。v3）安设土钉）安设土钉土钉可参考锚杆工程中较好的经验和规定。但

195、钉长往往比锚杆短，故土钉可参考锚杆工程中较好的经验和规定。但钉长往往比锚杆短，故钻孔机具可小型化。钻孔机具可小型化。（1）土钉的施工顺序）土钉的施工顺序v4）土钉及其防腐）土钉及其防腐可使用各种聚合材料作为土钉杆体材料，但目前仍多用钢筋。可使用各种聚合材料作为土钉杆体材料，但目前仍多用钢筋。防止土钉锈蚀多用水泥砂浆，有时可在钢筋表面涂防锈涂料。防止土钉锈蚀多用水泥砂浆，有时可在钢筋表面涂防锈涂料。v5）边坡表面处理）边坡表面处理临时支护：要求喷射混凝土同边坡面很好地粘结；永久工程：表面还临时支护：要求喷射混凝土同边坡面很好地粘结；永久工程：表面还必须考虑美观的要求。且面板背面要有适当的排水措施

196、。必须考虑美观的要求。且面板背面要有适当的排水措施。v6）量测和检测）量测和检测每种地层均应作抗拔出试验，以证明设计使用的粘结力是否合适。每种地层均应作抗拔出试验，以证明设计使用的粘结力是否合适。需用应变片或钢筋计在一些有代表件的钢筋上量测应力。需用应变片或钢筋计在一些有代表件的钢筋上量测应力。面板位移的量测可用普通测量的方法就可完成。面板位移的量测可用普通测量的方法就可完成。对土钉工程和整个边坡工程作整体变形的观测。对土钉工程和整个边坡工程作整体变形的观测。（2）施工注意事项）施工注意事项v1）充分注意基坑或土坡的排水）充分注意基坑或土坡的排水除设计的排水设施外，如有可能应先行降水。土坡渗水

197、时，应预先设除设计的排水设施外，如有可能应先行降水。土坡渗水时，应预先设好排水管。好排水管。v2）面层的作用和施工）面层的作用和施工面层对提高土钉支护可靠性很有作用。它可将土钉的受力分散到面层面层对提高土钉支护可靠性很有作用。它可将土钉的受力分散到面层上甚至其它土钉上，可增加土钉支护的柔性和延性，辅助土钉在整上甚至其它土钉上，可增加土钉支护的柔性和延性，辅助土钉在整体上保持土坡的稳定。体上保持土坡的稳定。喷混凝土配比为喷混凝土配比为1：2：2，水灰比采用，水灰比采用0.4左右。喷混凝土时要保持喷左右。喷混凝土时要保持喷厚尺寸，搭接处应有一定斜坡，避免出现搭接缝。厚尺寸，搭接处应有一定斜坡，避免

198、出现搭接缝。v3）其它复合型加固）其它复合型加固土钉墙还可以和预应力锚杆、桩锚等联合，形成复合型加固结构。土钉墙还可以和预应力锚杆、桩锚等联合，形成复合型加固结构。7.5.2 土钉施工材料与设备土钉施工材料与设备土钉施工材料：土钉施工材料：钢材、水泥、砂石、水、水泥外加剂等。钢材、水泥、砂石、水、水泥外加剂等。机具：机具：螺旋式钻具和冲击式钻具（包括地质钻）；螺旋式钻具和冲击式钻具（包括地质钻）；注浆泵（注浆压力注浆泵（注浆压力0.52.0MPa）；）；喷浆机（喷口压力不小于喷浆机（喷口压力不小于0.40.6MPa）；）；搅拌机；搅拌机；空气压缩机（不小于空气压缩机（不小于6m3/min）等。）等。