1、錨固工程設計1 錨固的基本概念1 巖土錨固：是一種把受拉桿件埋入地層，達到有效的調用和調高巖土的自身強度和自穩能力 的技術2 斜坡錨固：是巖土錨固中的一種，即它是一種將受拉桿件埋入斜坡中，達到有效的調用和提高斜坡自身強度和自穩能力的技術。一、概述2 錨固工程技術的發展u世界上最早使用錨桿并以錨桿作為唯一的煤礦頂板支護方式的國家。u美國最早開創性地使用錨桿可以追溯到本世紀30年代初，1943年開始有計劃有系統地使用錨桿。u1947年在原美國礦務局研究中心旨在減少頂板事故的努力下錨桿受到普遍歡迎。在不到2年的時間內，錨桿在采礦工業中得到普及。美國美國u60年代末發明樹脂錨固劑，錨桿使用的相當一部分

2、比例都是以樹脂錨固劑全長膠結的形式。u在70年代末，美國首次將漲殼式錨頭與樹脂錨固劑聯合使用，使得錨桿具有很高的預拉力，錨桿的高預拉力可以達到桿體本身強度的50%75%。u1952年大規模使用機械式端部錨固錨桿（楔縫式、倒楔式、漲殼式），錨固力變化大、支護剛度小、可靠性差。但最終證明英國較軟弱的煤系地層不適宜用機械式錨桿。u到60年代中期，英國逐漸開始不使用錨桿支護技術。u1987年，由于煤礦虧損，煤礦私有化。英國煤炭公司參觀澳大利亞煤礦，引進澳大利亞錨桿技術，在全行業重新推廣錨桿支護，煤礦開始盈利。英國英國u主要推廣全長樹脂錨固錨桿，強調錨桿強度要高。u其錨桿設計方法是將地質調研、設計、施工

3、、監測、信息反饋等相互關聯、相互制約的各個部分作為一個系統工程進行考察，使它們形成一個有機的整體，形成了錨桿支護系統的設計方法。澳大利亞澳大利亞u自1932年發明型鋼支架以來，主要采用型鋼支架支護巷道，支護比重達到90%以上。u自80年代以來，由于采深加大，型鋼支架支護費用高，巷道維護日益困難，開始使用錨桿支護。u80年代初期，錨桿支護在魯爾礦區試驗成功。德國德國國內錨固支護發展國內錨固支護發展 2個階段：以1995年引進澳大利亞錨桿支護技術為分界點。（之前機械錨固、鋼絲繩砂漿錨桿以及開發研制的快硬水泥錨桿；之后高強度樹脂錨固錨桿） 錨桿支護理論、錨桿支護設計方法、施工機具、小孔徑預應力錨索加

4、強支護、錨桿孔徑、錨固劑及錨固方式、監測技術等均發生了變化。美國、澳大利亞接近，英國，美國錨桿支護為巷道頂板的唯一支護方式。我國1995年時約，目前約50%。 3 錨固工程技術特點和應用范圍錨固工程技術特點和應用范圍邊坡穩定工程深基礎工程結構抗傾覆工程隧洞加固工程各種構筑物穩定與錨固其他用途錨桿在滑坡治理工程中的應用秭歸馬槽嶺滑坡預應力錨索抗滑樁秭歸鄧家坡滑坡滑坡預應力錨索格構深圳梧桐山大道輔道邊坡錨桿擋墻二、錨桿類型和結構適用于不同地質條件，具有不同功能和用途的錨桿有數百種。錨桿分類方法按按不同分類原則由很多種。主要的分類有：1、按應用對象分巖石錨桿土層錨桿海洋錨桿2、按預應力分預應力錨桿（

5、主動式錨桿）非預應力錨桿（被動式錨桿）錨桿類型3、按錨固機理分：4、按錨固體形態分：機械式錨桿摩擦式錨桿粘結式錨桿水泥砂漿錨桿、樹脂錨桿管縫式錨桿、水脹式管狀錨桿脹殼式錨桿、楔縫式錨桿圓柱形錨桿端部擴大型錨桿連續球體型錨桿5、按錨固長度分：全長錨固式端部錨固式加長錨固式粘結式錨桿有三大部分組成：桿體，錨頭，錨固體錨桿結構圖二、錨桿類型和結構錨桿結構錨頭錨頭位于錨桿的外露端，也稱外錨段，通過它最終實現對錨桿施加荷載，并將錨固力傳遞給結構物或圍巖。螺母和墊板是錨頭部分的重要部件。錨桿結構圖桿體錨桿作為深入地層的受拉構件，它一端與工程構筑物連接，另一端深入地層中整根錨桿分為自由段和錨固段，自由段是指

6、將錨桿頭處的拉力傳至錨固體的區域，其功能是對錨桿施加預應力；錨固段是指將桿體與巖土層粘結的區域，其功能是將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。組成錨桿必須具備幾個因素： 一個抗拉強度高于巖土體的桿體 桿體一端可以和巖土體緊密接觸形成摩擦（或粘結）阻力 桿體位于巖土體外部的另一端能夠形成對巖土體的徑向阻力自旋樹脂錨桿玻璃鋼錨桿自鉆錨桿管縫錨桿脹殼錨桿無粘結鋼絞線錨固體錨固體將拉力從桿體傳遞到地層。粘結型錨固體主要有水泥質粘結材料和樹枝類粘結材料。1、水泥漿或水泥砂漿2、快硬水泥藥卷3、樹脂二、錨桿類型和結構錨索結構錨索也是錨桿的一種，具有高承載力。三

7、部分組成：桿體，錨頭，錨固體1-錨墩；2-錨具；3-承壓板；4-支擋結構；5-自由隔離層；6-錨孔；7-對中支架；8-隔離架；9-鋼絞線；10-束緊環；11-錨固體（注漿體）；12-導向帽；Lf-自由段長度；La-錨固段長度二、錨桿類型和結構預應力錨索類型錨固設計就是針對特定的地層條件和錨固型式，確定錨桿(索)承載能力和錨固長度。為了使錨索的應力能傳人穩定的地層，通常采用下列方法來達到目的：用極限裝置（例如漲殼式內錨頭）把錨索固定在堅硬穩定的地層中;用注漿體（例如砂漿、素水泥漿或樹脂類注漿體）把錨固段錨索體與孔壁粘結在一起；用擴大錨頭鉆孔（例如高壓注漿，擴孔）等手段把錨固段固定在穩定地層中。由

8、于地層條件千變萬化，錨桿（索）的錨固性能對地層性質的變化極其敏感，所以不能用一個簡單的公式來準確計算其錨固力。通常需要通過現場試驗來確定錨桿（索）在特定地層的錨固力和錨固性能。三、錨固設計三、錨固設計錨桿（索）錨固設計的主要內容：根據地層情況合理選擇錨桿（索）錨固類型及結構尺寸；確定錨桿（索）的錨固力設計值及預應力量值；確定錨桿（索）體材料及截面面積；計算錨桿（索）注漿體與地層之間的粘結長度；計算錨桿（索）注漿體與錨索體之間的粘結長度；確定錨桿（索）錨固段長度、張拉段長度及錨固深度；選擇張拉設備及錨具；確定錨桿（索）的結構形式及防腐措施；確定錨頭的錨固形式及防護措施。錨桿在破壞時，常表現為以下

9、幾種破壞形式：（1）沿著錨桿體與注漿體接合處破壞；（2）沿著注漿體與地層接合處破壞；（3）由于埋入穩定地層中的深度不夠而使地層；（4）由于錨桿體強度不足而出現斷裂；（5）錨固段注漿體被壓碎或破裂；（6）整體支護力不夠而出現錨桿群的破壞極限錨固力：錨桿的極限抗拔力，通常由破壞性拉拔試驗確定。極限錨固力由錨桿（索）體與注漿體界面的錨固力；注漿體與地層界面的錨固力；錨固體強度；地層的抵抗力決定。容許錨固力：能滿足長期受力，控制錨固體及地層的塑性破壞區，滿足變形要求的錨固力。通過極限錨固力除以適當安全系數確定。設計錨固力：能滿足被加固巖土體穩定性要求的錨固力。工作錨固力：工作期間所實際受的錨固力。預應

10、力鎖定值：鎖定值就是錨索的預加力值，即錨索的初始預應力荷載。預應力張拉值：預應力錨索施工期間張拉時的最大荷載滑坡防治工程設計與施工技術規范DZT0219-2006錨桿（索）錨固設計，錨固力應滿足的條件- 錨索容許錨固力，kN- 錨索極限錨固力，kN- 安全系數- 錨索設計錨固力 - 錨索工作錨固力1、設計錨固力的確定2、錨筋設計3、錨固段設計4、錨桿的布置5、錨筋的選用6、構造要求三、錨固設計1、設計錨固力確定、設計錨固力確定錨桿（索）的設計錨固力應根據邊坡的推力大小和支護結構類型綜合考慮確定。首先應當計算滑坡的推力或側壓力，然后根據支擋結構的形式計算該滑坡要達到穩定需要錨固提供的支撐力。根據

11、這個支撐力和錨桿數量、布置便可確定單根錨桿（索）所需的錨固力設計錨固力，該荷載的大小作為錨筋截面計算和錨固體設計的重要依據1、設計錨固力確定、設計錨固力確定后緣裂隙靜水壓力沿滑面揚壓力A地震加速度（g）巖質滑坡錨固力計算巖質滑坡錨固力計算滑坡防治工程設計與施工技術規范DZT0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范DZT0219-2006巖質滑坡錨固力計算巖質滑坡錨固力計算1、設計錨固力確定、設計錨固力確定土質滑坡錨固力計算土質滑坡錨固力計算滑坡防治工程設計與施工技術規范DZT0219-20061、設計錨固力確定、設計錨固力確定1、設計錨固力確定、設計錨固力確定建筑邊坡工程技術規范 GB

12、50330-20131、設計錨固力確定、設計錨固力確定建筑邊坡工程技術規范 GB50330-2013三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求1、設計錨固力確定、設計錨固力確定三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求1、設計錨固力確定、設計錨固力確定三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求2、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算2、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求建筑邊坡工程技術規范 GB50330-20132、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求2、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算鐵路路基支擋結構設計規

13、范（TB10025-2006)2、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算鐵路路基支擋結構設計規范（TB10025-2006)2、錨桿鋼筋截面面積計算、錨桿鋼筋截面面積計算二級邊坡，設計單根錨索錨固力為1000kN，地層巖土體和地下水對鋼筋混凝土的腐蝕等級微，采用1860級15.24鋼絞線，單根錨索需要多少根鋼絞線？例題例題3.8.1utsPPFn16 . 625910007 . 17 . 11nsF取取n=7，單根錨索需要7根鋼絞線按三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求（鐵路路基支擋結構設計規范）按建筑邊坡工程技術規程pytbsfPKA23151513201010000 . 2mmAs8

14、.101401515n取n=10.8，單根錨索需要11根鋼絞線巖石邊坡高12m，邊坡等級二級，側向壓力水平分力標準值150kN/m，設置錨桿排距間距均為2m，水平下傾角15，錨筋采用HRB400螺紋鋼，試確定錨筋截面積。例題例題3.8.2HEehkij=150/12=12.5kPayxijtkSSeH=12.522=50kNcos/tkakHN=50/cos15=51.8kN按三峽庫區地質災害防治工程設計技術要求akQaNN=1.351.8=67.3kNyasfNA20=67.31000/(0.69360）=271mm2yakbsfNKA 按建筑邊坡技術規程23s0 . 2288360108

15、.512mmAbK取錨固段形式在不同的地層中的錨固段型式有較大的差別，工程中常用的錨索的錨固段型式可歸為AD四種3、錨固段長度確定、錨固段長度確定1. A型錨固段主要用于巖體或硬質粘性土地層。其錨固段鉆孔為直筒狀，采用較小的壓力（Pg1MPa）或無壓注漿。注漿后錨固段鉆孔無擴孔現象發生，其錨固力主要受注漿體與地層界面控制。2 . B型錨固段適用于軟弱裂隙巖體或非粘性土。采用壓力注漿，注漿壓力一般大于1MPa。在軟弱裂隙巖體和粗粒狀非粘性土層中，由于注漿液滲人地層孔隙或自然裂隙，使錨固段有效直徑增加，在細粒狀無粘性土中，注漿體雖然不易滲人地層細小的孔隙，但由于在注漿壓力作用下可以局部擠壓地層使錨

16、固段有效直徑增加，從而可提高錨固力。錨固力取決于錨固段部分地層的周邊抗剪力。3 . C型錨固段通常是施工方法是，預先像B型錨固段那樣先進行第一次注漿，待注漿體初凝之后通過設置在錨固段的袖閥管進行第二次高壓注漿，當發生漿液壓力突然降低時，表明劈裂現象已經形成。理論上C型錨固段適用于從軟巖到各類土層，但對于較硬的地層，要使用較高的注漿壓力才可實現，對于土層中的錨索，無控制的注漿壓力可能導致地層的隆起和損壞相鄰建筑物。國際預應力學院建議注漿壓力不大于錨固段每米埋深的0.02MPaC型錨固采用高壓注漿，注漿壓力一般大于2MPa，錨固段地層由于受注漿體的水力劈裂作用二形成了大于原鉆孔直徑的樹根狀注漿體，

17、從而可增加錨固力。4 . D型錨固段D型錨固段適用于粘土地層。施工時，首先在粘土中鉆一圓柱形的錨索孔，然后把錨固段部分的鉆孔使用一種帶有鉸刀的鉆具鉆成一系列啞鈴狀的擴大孔，擴孔后的直徑一般為原直徑的24倍，因而可提高錨索的錨固力。D型錨固段的錨固力主要取決于鉆孔地層的周邊抗剪力和端承載力。3、錨固段長度確定、錨固段長度確定錨固段的長度可根據理論計算、類比法和拉拔試驗確定。錨索在注漿體與地層界面的錨固力受諸多因素的制約，巖石的強度、錨索類型、錨固段形式及施工工藝對注漿體與地層界面的錨固力都會產生影響，此外，還存在許多未了解的因素。這些因素設計到注漿體與地層界面結合的力學問題和錨索與地層互相作用問

18、題。所有計算錨固力的公式都是在一定的假設條件下得到的，然而這些假定條件很難和現場條件相一致。所以，確定錨索錨固力最可靠的方法是在特定的地層條件下進行嚴格的拉拔試驗。3、錨固段長度確定、錨固段長度確定3、錨固段長度確定、錨固段長度確定A型錨固段錨固力的計算公式是基于以下假設而得到的：1）錨固段傳遞給巖體的應力沿錨固段全長均勻分布2）鉆孔直徑和錨固段注漿體直徑相同，即在注漿時地層無被壓縮現象；3）巖石與注漿體界面產生滑移（硬巖，孔壁光滑）或剪切（軟巖，孔壁粗糙）破壞滑坡防治工程設計與施工技術規范DZT0219-2006鐵路路基支擋結構設計規范（TB10025-2006)鐵路路基支擋結構設計規范（T

19、B10025-2006)鐵路路基支擋結構設計規范（TB10025-2006)鐵路路基支擋結構設計規范（TB10025-2006)建筑邊坡工程技術規范 GB50330-2013建筑邊坡工程技術規范 GB50330-20133、錨固段長度確定、錨固段長度確定錨固段長度構造要求建筑邊坡工程技術規范 GB50330-2013鐵路路基支擋結構設計規范（TB10025-2006)確定錨索的錨固段長度，應符合下列要求：1）在確定錨固段長度時，應分別對錨固體與圍巖結合長度和握裹長度進行計算，實際錨固段長度取較大值。2）錨桿錨固長度滿足構造要求（土質錨桿不小于4m，不大于10；巖質錨桿不小于3m，不大于6.5m

20、；預應力錨索不大于8.5m。3）計算錨固段大于構造要求時，采取措施（改善巖土體質量、適當的施工方法、合理的錨固段結構）提高錨固力例題例題3.8.3某二級砂巖地層邊坡，砂巖抗壓強度25MPa，采用預應力錨索加固，內錨固段采用棗核狀結構，單根錨索的設計錨固力T=1500kN，注漿體采用M30水泥砂漿，經計算采用9根75鋼絞線（公稱直徑15mm），鉆孔直徑為D=150mm，試確定其錨固長度。按建筑邊坡工程計算規范1、按錨固體與地層錨固力確定的長度rbdakaDfKNlmlakPafrbk64. 7100015. 014. 315004 . 210004 . 2K，取2、按錨固體與鋼絞線錨固力確定的長

21、度bakadfnKNlmlakPafb88. 22950015. 014. 3915004 . 229504 . 2K，取由以上計算分析可知，該錨索的錨固力受注漿體與地層界面控制，取錨固段長度8.0m按三峽庫區地質災害防治技術要求（鐵路路基支擋結構設計規范）1、按錨固體與地層錨固力確定的長度2、按錨固體與鋼絞線錨固力確定的長度htsadPFl2utsadnPFl2mlaFus00. 32950015. 0915005 . 22950, 5 . 22由以上計算分析可知，該錨索的錨固力受注漿體與地層界面控制，取錨固段長度10mmlaFs37. 985015. 014. 315005 . 2kPa8

22、50, 5 . 22取取4、錨桿錨固段深度、錨桿錨固段深度錨固深度是指穩定地層表面至錨固段中點的地層厚度。錨索能否成功的錨固于地層之中，錨索能否達到預計的錨固力，除了取決于錨索體材料、注漿體與地層界面的粘結力，注漿體與錨索體界面的握裹力外，也取決于地層抵抗錨索被拉出的抗力。這種抗力只有在大于或等于錨索的錨固力時才能保證結構穩定。否則將出現如圖所示的地層破壞。在均質材料中，地層倒錐形破壞的角度為90，然而在其他情況下該角度可能會降至60。所以設計時應對地層的穩定性進行驗算錨固與注漿技術手冊錨固與注漿技術手冊例題例題3.8.4某二級砂巖地層邊坡，砂巖抗壓強度25MPa，抗剪采用預應力錨索加固，單根

23、錨索的設計錨固力T=1500kN，錨索間距4m。試求錨固深度maTShwf21. 04250083. 21500483. 2maTShwf09. 750tan42515004tan錨固段巖體完整均勻時：錨固段為不規則斷裂巖體時：5、錨桿（索）構造要求、錨桿（索）構造要求6、錨桿（索）防腐設計、錨桿（索）防腐設計工程結構或構件的使用壽命受三個主要因素控制，即腐蝕、疲勞和磨損。對于錨索，壽命主要受腐蝕控制。防腐設計的目的是確保在工程有效服務年限內錨索不被腐蝕和破壞。錨索在高應力狀態下長時間工作，所處的工作環境可能十分惡劣，在在這種條件下，錨索的腐蝕速率是十分驚人的。防腐方法主要有堿性環境防護、物理防護和電力防護。堿性環境防護是依靠水泥質注漿體對錨桿（索）提供的堿性環境，達到對錨桿（索）保護的目的；物理防護是在錨桿（索）體材料上直接覆蓋塑料凳材料，從而阻止外部腐蝕性物質與錨桿（索）的接觸；電力防護是使錨桿（索）體形成一個電路，并使錨索體表面極化成陰極的保護方法，又稱為陰極保護。由于造價等方面的原因，目前的防腐蝕主要是前兩種