1、第第6章锚杆章锚杆(索索)设计与施工设计与施工本本 章章 重重 点点n n锚杆锚杆(索索)的结构与分类及其应用的结构与分类及其应用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6.1概概 述述6.1.1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
2、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，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层
3、起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地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；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共层的力学性能；可以使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的符合体，使其能有效地承受拉力和剪力。在岩土锚同工作的符合体，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索统称为锚杆。固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。6.1.2锚杆锚杆(索索)的结构与分类的结构与分类锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，锚杆是一种将拉力传至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，如图主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图6.16.1所示。所示
4、。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；3-3-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
5、-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，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6 6。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
6、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；ll-ll-注桨体；注桨体；12-12-导向帽；导向帽；Lr-Lr-自自由段；由段；La-La-锚固段锚固段 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：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；预应力锚杆不施加外力，锚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，使锚杆处于主动是指锚杆锚固后施加一定的外力，使
7、锚杆处于主动受载状态。受载状态。按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆按锚固形态分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆( (索索) )和连续球型锚杆和连续球型锚杆( (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。目前摩擦型锚杆、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锚钉也是一种较短的粘在边坡加固工程中广泛采用锚钉也是一种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入段而密的粘结型结型锚杆，它是通过在边坡中埋入段而密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边
8、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性；这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地层。层。6.1.3锚杆锚杆(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，并加固边坡，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，这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。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
9、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6.76.7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6.86.8所示。所示。(3)(3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用
10、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6.96.9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6.106.10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
11、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，限适用于岩石边坡。锚杆在边坡支护中主要承担岩石压力，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岩制边坡侧向位移，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喷体表面防止风化。锚板可根据岩石类别采用现浇板或挂网喷射混凝土层。射混凝土层。(6)(6)锚钉加固边坡，在边坡中埋入段而密的抗拉构件与锚钉加固边坡，在边坡中埋入段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
12、，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6.2锚杆锚杆(索索)的设计与计算的设计与计算6.2.1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类的岩土性状、抗剪强度、性能实验，以提供锚固工程范围类的岩土性状、抗剪强度、地下水、地震等资料
13、。对于土质边坡还应提供土体的物理性地下水、地震等资料。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
14、土会引起锚的土层中；因有机质土会引起锚杆的腐蚀破坏；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、或岩层边坡施当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层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
15、力作用对支承结构的加载影响、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Gl3Gl3T 522495T 522495标准标准外，还必须获得外，还必须获得IS09002IS09002国际质量认证；同时必须保障钢筋或国际质量认证；同时必须保障
16、钢筋或钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。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。预应力锚杆力锚杆( (索索) )长度一般不要超过长度一般不要超过50m50m，单束锚索设计吨位一般，单束锚索设计吨位一般为为5005002500kN2500kN，最大设计荷载一般不超过，最大设计荷载一般不超过3000kN3000kN，预应力，预应力锚索的间距一般为锚索的间距一般为4 410m10m。进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测
