第6章錨桿(索)設計與施工第6章錨桿(索)設計與施工1本章重點錨桿(索)的結構與分類及其應用錨桿(索)的設計與計算錨桿(索)的構造設計錨桿(索)的施工錨桿(索)的試驗與觀測本章重點2§6.1概述§6.1.1巖土錨固技術應用

巖土錨固技術是把一種受拉桿件埋入地層中，以提高巖土自身的強度和自穩能力的一門工程技術；由于這種技術大大減輕結構物的自重、節約工程材料并確保工程的安全和穩定，具有顯著的經濟效益和社會效益，因而目前在工程中得到極其廣泛的應用。巖土錨固的基本原理就是利用錨桿(索)周圍地層巖土的抗剪強度來傳遞結構物的拉力以保持地層開挖面的自身穩定，由于錨桿錨索的使用，它可以提供作用于結構物上以承受外荷的抗力；可以使錨固地層產生壓應力區并對加固地層起到加筋作用；可以增強地層的強度，改善地層的力學性能；可以使結構與地層連鎖在一起，形成一種共同工作的符合體，使其能有效地承受拉力和剪力。在巖土錨固中通常將錨桿和錨索統稱為錨桿。§6.1概述3§6.1.2錨桿(索)的結構與分類 錨桿是一種將拉力傳至穩定巖層或土層的結構體系，主要由錨頭、自由段和錨固段組成，如圖6.1所示。(1)錨頭：錨桿外端用于錨固或鎖定錨桿拉力的部件，由墊墩、墊板、錨具、保護帽和外端錨筋組成。(2)錨固段：錨桿遠端將拉力傳遞給穩定地層的部分錨固深度和長度應按照實際情況計算獲取，要求能夠承受最大設計拉力。1-臺座；2-錨具；3-承壓板；4-支擋結構；5-鉆孔；6-自由隔離層；7-鋼筋；8-注漿體；Lf-自由段長度；La-錨固段長度§6.1.2錨桿(索)的結構與分類4(3)自由段：將錨頭拉力傳至錨固段的中間區段，由錨拉筋、防腐構造和注漿體組成。(4)錨桿配件：為了保證錨桿受力合理、施工方便而設置的部件，如定位支架、導向帽、架線環、束線環、注漿塞等(圖6。2)。1-臺坐；2-錨具；3-承壓板；4-支檔結構；5-自由隔離層；6-鉆孔；7-對中支架；8-隔離架；9-鋼絞線；l0-架線環；ll-注槳體；12-導向帽；Lr-自由段；La-錨固段(3)自由段：將錨頭拉力傳至錨固段的中間區段，由錨拉5 按是否預先施加應力分為預應力錨桿(索)和非預應力錨桿(索)：非預應力錨桿是指錨桿錨固后不施加外力，錨桿處于被動受載狀態；預應力錨桿是指錨桿錨固后施加一定的外力，使錨桿處于主動受載狀態。 按錨固形態分為圓柱形錨桿、端部擴大型錨桿(索)和連續球型錨桿(索)。 除此之外，按錨固機理還可分為有粘結錨桿、摩擦型錨桿、端頭錨固型錨桿和混合型錨桿。目前在邊坡加固工程中廣泛采用錨釘也是一種較短的粘結型錨桿，它是通過在邊坡中埋入段而密的粘結型錨桿使錨桿與坡體形成復合體系，增強邊坡的穩定性；這種錨桿一般適用于土質地層和松散的巖石地層。 按是否預先施加應力分為預應力錨桿(索)和非預應力錨桿(索6§6.1.3錨桿(索)在邊坡處治中的應用

采用錨桿(索)加固邊坡，能夠提供足夠的抗滑力，并能提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體位移，這是一般支擋結構所不具備的力學作用。 另外錨桿在邊坡加固中通常與其他支擋結構聯合使用，例如： (1)錨桿與鋼筋混凝土樁聯合使用，構成鋼筋混凝土排樁式錨桿擋墻。排樁可以是鉆孔樁、挖孔樁或勁性混凝土樁，錨桿可以是預應力或非預應力錨桿。如圖6.7所示 (2)錨桿與鋼筋混凝土格架聯合使用形成鋼筋混凝土格架式錨桿擋墻，錨桿錨點設在格架結點上，錨桿可以是預應力錨桿(索)或非預應力錨桿(索)。如圖6.8所示。§6.1.3錨桿(索)在邊坡處治中的應用7 (3)錨桿與鋼筋混凝土板肋聯合使用形成鋼筋混凝土板肋式錨桿擋墻，這種結構主要用于直立開挖的Ⅲ、Ⅳ類巖石邊坡或土質邊坡支護，一般采用自上而下的逆作法施工。如圖6.9所示。 (4)錨桿與鋼筋混凝土板肋、錨定板聯合使用形成錨定板擋墻。這種結構主要用于填方形成的直立土質邊坡，如圖6.10所示。 (3)錨桿與鋼筋混凝土板肋聯合使用形成鋼筋混凝土板肋式錨桿8 (5)錨桿與鋼筋混凝土面板聯合使用形成錨板支護結構，適用于巖石邊坡。錨桿在邊坡支護中主要承擔巖石壓力，限制邊坡側向位移，而面板則用于限制巖石單塊塌落并保護巖體表面防止風化。錨板可根據巖石類別采用現澆板或掛網噴射混凝土層。 (6)錨釘加固邊坡，在邊坡中埋入段而密的抗拉構件與坡體形成復合體系，增強邊坡的穩定性。這種方法主要用于土質邊坡和松散的巖石邊坡，加固高度較小，多用于臨時邊坡加固 (5)錨桿與鋼筋混凝土面板聯合使用形成錨板支護結構，適用于9§6.2錨桿(索)的設計與計算§6.2.1錨桿(索)設計的基本原則

在計劃使用錨桿的邊坡工程中，應充分研究錨固工程的安全性、經濟性和施工的可行性。設計前認真調查邊坡工程的地質條件，并進行工程地質勘察及有關的巖土物理力學性能實驗，以提供錨固工程范圍類的巖土性狀、抗剪強度、地下水、地震等資料。對于土質邊坡還應提供土體的物理性質和物理狀態指標。 設計錨桿的使用壽命應不小于公路或被服務建筑物的正常使用年限，一般使用期限在兩年以內的工程錨桿應按臨時錨桿設計，使用期限在兩年以上的錨桿應按永久性錨桿進行設計。對于永久性錨桿的錨固段不應設在有機質土、液限大于50％或相對密度小于0.3的土層中；因有機質土會引起錨桿的腐蝕破壞；液限大于50％的土層由于其高塑性會引起明顯的徐變而導致錨固力不能長期保持恒定；相對密度小于0.3的土層松散不能提供足夠的錨固力。§6.2錨桿(索)的設計與計算10

當對支護結構變形量容許值要求較高、或巖層邊坡施工期穩定性較差、或土層錨固性能較差、或采用了鋼絞線和精軋鋼時，宜采用預應力錨桿。但預應力作用對支承結構的加載影響、對錨固地層的牽引作用以及相鄰構筑物的不利影響應控制在安全范圍之內。 設計的錨桿必須達到所設計的錨固力要求，防止邊坡滑動剪斷錨桿，錨桿選用的鋼筋或鋼絞線必須滿足有關國家標準，特別是預應力鋼絞線，除了滿足Gl3／T5224—95標準外，還必須獲得IS09002國際質量認證；同時必須保障鋼筋或鋼絞線有效防腐，以避免銹蝕導致材料強度降低。 非預應力錨桿長度一般不要超過l6m，單錨設計噸位一般為l00～400kN，最大設計荷載一般不超過450kN。預應力錨桿(索)長度一般不要超過50m，單束錨索設計噸位一般為500～2500kN，最大設計荷載一般不超過3000kN，預應力錨索的間距一般為4～10m。 進行錨桿設計時，選擇的材料必須進行材性試驗，錨桿施工完畢后必須對錨桿進行抗拔試驗，驗證錨桿是否達到設計承載力的要求；同時對于公路上遇到的大型滑坡在采用預應力錨索加固后必須進行至少一年的位移監測。 當對支護結構變形量容許值要求較高、或巖層邊坡施工期穩定性較11§6.2.2錨桿(索)的設計程序錨桿(索)設計流程圖如圖6.11所示。

§6.2.2錨桿(索)的設計程序12 在邊坡錨桿加固中要選擇合理的錨桿型式，必須結合被加固邊坡的具體情況，根據錨固段所處的地層類型、工程特征、錨桿承載力的大小、錨桿材料、長度、施工工藝等條件綜合考慮進行選擇。表6.1給出了土層、巖層中的預應力和非預應力常用錨桿類型的有關參數，可供邊坡錨桿加固選型使用。 在邊坡錨桿加固中要選擇合理的錨桿型式，必須結合被加固邊坡的13§6.2.3錨桿(索)錨固設計荷載的確定

錨桿(索)錨桿錨固設計荷載的確定應根據邊坡的推力大小和支護結構的類型綜合考慮進行確定。首先應當計算邊坡的推力或側壓力，然后根據支擋結構的形式計算該邊坡要達到穩定需要錨固提供的支撐力。根據這個支撐力和錨桿數量、布置便可確定出錨桿(索)錨固荷載的大小，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。§6.2.3錨桿(索)錨固設計荷載的確定14§6.2.4錨桿(索)錨筋的設計 按照設計程序，在確定出錨桿軸向設計荷載后，需要對錨桿進行結構設計，結構設計的第一步就是根據錨桿軸向設計荷載計算錨桿的錨筋截面，并選擇合理的鋼筋或鋼絞線配置錨筋；在配置錨筋后可由錨筋的實際面積和錨筋的抗拉強度標準值計算出錨桿承載力設計值，然后方能進行錨桿體和錨固體的設計計算。

(1)錨桿錨筋的截面積計算： 假設錨桿軸向設計荷載為N，則可由下式初步計算出錨桿要達到設計荷載N所需的錨筋截面：

(6.3)

式中：Ag——由N計算出的錨筋截面；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4；fpkt——錨筋(鋼絲、鋼絞線、鋼筋)抗拉強度設計值。§6.2.4錨桿(索)錨筋的設計15 (2)錨筋的選用： 根據錨筋截面計算值Ag，對錨桿進行錨筋的配置，要求實際的錨筋配置截面。配筋的選材應根據錨固工程的作用、錨桿承載力、錨桿的長度、數量以及現場提供的施加應力和鎖定設備等因數綜合考慮。 對于采用棒式錨桿，都采用鋼筋做銷筋。如果是普通非預應力錨桿，由于設計軸向力一般小于450kN,長度最長不超過20m．因此錨筋一般選用普通Ⅱ、Ⅲ級熱軋鋼筋，如果是預應力錨桿可選用Ⅱ、Ⅲ級冷拉熱軋鋼筋或其他等級的高強精軋螺紋鋼筋。鋼筋的直徑一般選用2～32。 對于長度較長、錨固力較大的預應力錨桿應優先選用鋼絞線、高強鋼絲，這樣不但可以降低錨桿的用鋼量，最大限度地減少鉆孔和施加預應力的工作量，而且可以減少預應力的損失。

(2)錨筋的選用：16 (3)按實際錨筋截面計算錨桿承載力設計值：

假設實際錨筋配置截面為Ag(Ag≥Ag′)，由下式按實際錨筋計算錨桿承載力設計值： (6.4)式中：Ng——實際錨筋配置情況下錨桿的承載力設計值； k——安全系數，取值同前； fptk——所配錨筋(鋼絲、鋼絞線或鋼筋)的抗拉強度設計值。 (3)按實際錨筋截面計算錨桿承載力設計值：17§6.2.5錨桿(索)的錨固力計算與錨固體設計 錨桿(索)的錨固力也可稱為錨桿(索)承載力。錨桿極限錨固力(極限承載力)是指錨桿錨筋沿握裹砂漿或砂漿沿孔壁產生滑移破壞時所能承受的最大臨界拉拔力，它可以通過破壞性拉拔試驗確定。錨桿容許錨固力(容許承載力)是極限錨固力(極限承載力)除以適當的安全系數(通常為2.0～2.5)，這種錨固力在《公路鋼筋混凝土規范》中稱為容許承載力，而在《工民建鋼筋混凝土結構規范》中又稱為錨桿錨固力(承載力)標準值；這種標準值為設計錨固力提供參考，通常錨桿容許錨固力是錨桿設計錨固力(或稱為錨固力設計值)的1.2～1.5倍。在設計時，錨桿的設計荷載必須小于錨固力設計值。 錨桿錨固力的計算方法隨錨固體形式不同而異，圓柱型錨桿的錨固力由錨固體表面與周圍地層的摩擦力提供；而端頭擴大型錨桿的錨固力則由擴座端的面承力及與周圍地層的摩擦力提供。§6.2.5錨桿(索)的錨固力計算與錨固體設計18(1)圓柱型錨桿錨固力與錨固長度計算 對于圓柱型錨桿，根據錨固機理，錨桿的極限錨固力可按下式計算： (6.5)式中：L——錨固體長度；d——錨固體長度；qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度。 式(6.4)給出了錨桿承載力設計值Ng(≥錨桿設計荷載)，由式(6.5)可得錨桿要達到錨固力設計值Ng所需的最小錨固體長度： (6.6)式中：Lm——錨固體長度；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4；Ng——錨桿錨固力設計值；qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)。(1)圓柱型錨桿錨固力與錨固長度計算19(2)端部擴大頭型錨桿的錨固力和錨固長度計算 如圖6.12所示，端部擴大頭型錨桿的極限錨固力由三部分組成：直孔段圓柱型錨固體摩阻力、擴孔段圓柱型錨固體摩阻力以及擴大頭端面承載力。前兩項摩阻力可由式(6.5)計算，而擴大頭端面承載力目前主要運用錨定板抗拔力計算公式近似計算。 砂土中錨桿的極限錨固力計算：

(6.7)

粘性土中錨桿的極限錨固力計算： (6.8)(2)端部擴大頭型錨桿的錨固力和錨固長度計算20式中：Pa——錨桿極限錨固力； L1，L2，D，d——錨固體結構尺寸； qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)； h，γ——擴大頭上覆土層的厚度和土體容重； cu——土體不排水抗剪強度； βc——錨固力因數，與h／D呈正比例增加，當h／D>10時，βc保持恒定不再隨h／D的增加而改變。

已知錨桿的承載力設計值為Ng，則滿足該承載力設計值所需的最小錨固長度可由公式(6.7)和(6.8)求得，為：砂性土： (6.9)粘性土： (6.10) 在實際工程設計中，為了便于計算，通常對式(6.9)和(6.10)根據經驗進行簡化，簡化后的計算公式為：式中：Pa——錨桿極限錨固力；21式中：Ng——錨桿錨固力設計值； k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4； Bc——擴大頭承載力修正系數，對于臨時錨桿取4.5～6.5對于永久性錨桿取3.0～5.0； qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)。式中：Ng——錨桿錨固力設計值；22

注：(1)表中qs系一次常壓灌漿工藝確定，適用于注漿標號M25～M30；當采用高壓灌漿時，可適當提高。(2)極軟巖：巖石單軸飽和抗壓強度fp≤5MPa；軟質巖：巖石單軸飽和抗壓強度5MPa≤fp≤30MPa硬質巖：巖石單軸飽和抗壓強度fp≥30MPa。(3)表中數據用作初步設計時計算，施工時宜通過試驗檢驗。(4)巖體結構面發育時，取表中下限值。

23(3)錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度計算 前面對于圓柱型錨桿和端頭擴大型錨桿的極限錨固力計算公式是基于錨固段錨桿體與周圍巖土問的極限摩阻力給出的，這種公式的應用條件是錨桿破壞首先從錨固體與周圍巖土之間的界面剪切滑移，一般來講對于土層或較軟的巖石滿足這種條件。對于堅硬的巖層，如果錨固體與巖層問的極限摩阻力大于錨筋與錨固砂漿之間的極限握裹力，錨桿將首先從錨筋與錨固砂漿之間開始剪切破壞，此時應根據錨筋與錨固砂漿之間的粘結強度來計算錨桿的錨固長度。極限錨固力計算公式為： (6.11)式中：L——錨固體長度；dg——錨筋直徑；n——錨筋數量；qg——錨筋與錨固砂漿之間的極限粘結強度。(3)錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度計算24 錨桿錨固力設計值為Ng，錨桿要達到錨固力設計值所需的錨筋與錨固砂漿問的最小握裹長度： (6.12)式中：Lg——錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.5～1.8對于永久性錨桿取2.0～2.3；qg——錨筋與錨固砂漿間的極限粘結強度標準值(表6.6)。 錨桿錨固力設計值為Ng，錨桿要達到錨固力設計值所需的錨筋與25注：(1)當采用兩根鋼筋點焊成束作法時，粘結力應乘以0.85折減系數。(2)當采用三根鋼筋點焊成束作法時，粘結力應乘以0.7折減系數。(3)成束鋼筋不應超過三根，鋼筋總截面積不應超過孔徑面積的20％，以保證鋼筋在砂漿中的錨固效果，除非采用特殊的錨固段鋼筋和注漿體設計，并通過實驗可適當增加鋼筋數量。錨桿錨索設計與施工(課件)26§6.2.6錨桿彈性變形計算

錨桿的變形是由錨桿本身在外荷作用下變形和由于地層徐變引起的變形組成，由地層徐變引起的錨桿變形計算可以通過徐變系數計算錨桿在不同時期的徐變位移。錨桿本身在外荷載作用下變形以彈性變形為主，下面是錨桿彈性變形的計算方法。§6.2.6錨桿彈性變形計算27(1)非預應力土層錨桿彈性變形的計算 對于土層錨桿在外荷載作用下，除了錨桿自由段產生彈性變形外，錨固段也存在一部分變形，一般需要通過試驗確定，在初步設計時可以近似估算： (6.13)式中：Sc——錨桿彈性變形； Lf，La——錨桿自由段和錨固段長度； A，Ac——桿體截面面積和錨固體截面面積； Es，Ec——桿體彈性模量和錨固體組合彈性模量，錨固體組合彈性模量可有下式確定： (6.14) Am，Em——錨固體中砂漿體的截面積和彈性模量。(1)非預應力土層錨桿彈性變形的計算28(2)非預應力巖石錨桿彈性變形的計算 非預應力巖石錨桿的彈性變形主要為錨桿自由段的彈性變形，估算公式為： (6.15)(3)預應力錨桿(索)彈性變形的計算 預應力錨桿在受到的軸向拉力小于預應力實際保留值時，可按剛性拉桿考慮；如果承受的軸向拉力大于預應力實際保留值，預應力錨桿將再次產生拉伸變形，此時錨桿的變形量可根據拉力超出預應力保留值的增量代入公式(6.13)和(6.15)中的Ng計算變形量。 如果計算的變形量增量值較小時，預應力錨桿也可近似按剛性拉桿考慮。(2)非預應力巖石錨桿彈性變形的計算29§6.2.7錨桿(索)的鎖定荷載和錨頭設計 對于錨桿，原則上可按錨桿設計軸向力(工作荷載)作為預應力值加以鎖定，但鎖定荷載應視錨桿的使用目的和地層性狀而加以調整。1)邊坡坡體結構完整性較好時，可將設計錨固力的100％作為鎖定荷載。2)邊坡坡體有明顯蠕變且預應力錨桿與抗滑樁相結合，或因坡體地層松散引起的變形過大時，應由張拉試驗確定鎖定荷載。通常這種情況下將鎖定荷載取為設計錨固力的50％～80％。3)當邊坡具有崩滑性時，鎖定荷載可取為設計錨固力的30％～70％。4)如果設計的支擋結構容許變位時，鎖定荷載應根據設計條件確定，有時按容許變形的大小可取設計錨固力的50％～70％。5)當錨固地層有明顯的徐變時，可將錨桿張拉到設計拉力值的l.2～1.3倍，然后再退到設計錨固力進行鎖定，這樣可以減少地層的徐變量引起的預應力損失。§6.2.7錨桿(索)的鎖定荷載和錨頭設計30 錨桿頭部的傳力臺座(張拉臺座)的尺寸和結果構造應具有足夠的強度和剛度，不得產生有害的變形；可采用C25以上的現澆鋼筋混凝土結構，一般為梯形斷面，表6.7為推薦尺寸表。

預應力錨桿的錨具品種較多，錨具型號、尺寸的選取應保持錨桿預應力值的恒定，設計中必須在工程設計施工圖上注明錨具的型號、標記和錨固性能參數。表6.8為OVM錨具的基本參數。 錨桿頭部的傳力臺座(張拉臺座)的尺寸和結果構造應具有足夠的31§6.2.8錨桿(索)的防腐設計 對錨桿進行防腐設計時，應充分調查腐蝕環境，并選擇適宜的防腐方法。防腐方法應適應巖土錨固的使用目的，即不能影響錨桿各部件(包錨固體、自由段和錨頭)的功能，因此對錨桿的不同部位要作不同的防腐結構設汁。永久住錨桿應采用雙層防腐，臨時性錨桿可采用簡單防腐，但當腐蝕環境嚴重時，也必須采用雙層防腐。1)錨固體防腐 錨固于無腐蝕條件地層內的錨固段，經出銹后可不再作特殊處理，直接由水泥砂漿密封防腐，但鋼桿(索)必須居中，一般使用定位器，使水泥砂漿保護層厚度不小于20mm。對于錨固于具有腐蝕條件地層內的錨固段應作特殊仿佛處理，一般可用環氧樹脂涂刷鋼筋的方法。2)自由段防腐 防腐構造必須不影響張拉鋼材的自由伸長，對于預應力錨桿自由段防腐：采用Ⅱ、Ⅲ級鋼筋制作錨桿的非錨固段(位于土層區段)仿佛處理可采用出銹、刷瀝青船底漆二度，瀝青玻纖布纏裹二層。對于預應力錨桿自由段防腐：采用鋼絞線、精軋螺紋鋼筋制作的予應力錨桿(索)非錨固段防腐宜§6.2.8錨桿(索)的防腐設計32采用桿體表面出銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑科布上再涂潤滑油，最后裝入塑料套管中，形成雙層防腐，自由段套管兩端l00～200mm范圍內用黃油充填，外繞扎工程膠布固定。3)錨頭防腐 永久性錨桿的承壓板一般應刷瀝青。一次灌漿硬化后承壓板下部殘留空隙，應再次充填水泥漿和潤滑油，經防腐處理后的非錨段外端應伸入鋼筋混凝土構件內50mm以上。如錨桿不須再次張拉，則錨頭的錨具涂以潤滑油、瀝青后用內配鋼筋網的混凝土罩封閉，混凝土標號不低于C30，厚度不小于l00mm，混凝土保護層不小于30mm。如錨桿需要重新張拉，則可采用盒具密封，但盒具的空腔內必須有潤滑油充填。4)臨時性錨桿的防腐 對于臨時性錨桿重點對外錨頭和自由段作防腐處理，錨固段一般可依靠注漿材料達到防腐效果。非預應力錨桿非錨固段可用出銹后刷瀝青防銹漆處理。預應力錨桿自由段可采用出銹后刷瀝青防銹漆或加套管方案。外錨頭防腐可采用外涂防腐材料或外包混凝土方案解決。采用桿體表面出銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑科布上再33§6.3錨桿(索)的構造設計§6.3.1錨桿的一般構造要求1)錨桿總長度為錨固段長、自由段長和外錨段之和。錨桿自由段長度按外錨頭到潛在滑裂面的長度計算，但予應力錨桿自由段長度不小于5.0m；錨桿錨固段長度按計算確定，同時土層錨桿錨固段長度宜大于4.0m、小于14.0m，巖石錨桿錨固段長度宜大于3.0m、小于10.0m；如果巖石錨桿承載力設計值≤250kN，且錨固區段為結構完整無明顯裂隙的硬質巖石時，錨固段長度可用2.0～3.0m。2)錨桿對中支架(架線環)應沿錨桿軸錢方向每隔l.0～2.0m設置一個，對于巖石錨桿支架間距可適當增大至2.0～2.5m。3)在無特殊要求的條件下，錨桿漿體一般采用水泥砂漿，其強度設計值不宜低于M20。4)錨桿外錨頭、臺座、腰梁及輔助件應按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》、《鋼結構設計規范》進行設計。§6.3錨桿(索)的構造設計34§6.3.2錨桿擋墻的構造1)板肋式和樁排式錨桿擋墻中的肋柱和排樁的間距一般為2.0～6.0m，肋柱間距較小，排樁間距較大。它們的截面尺寸除應滿足強度和剛度要求外，其寬度還應滿足擋土板(擋土拱板)的支座、錨桿穿孔和錨固要求，一般肋柱寬度不小于300mm，肋高不小于300mm；鉆孔樁的直徑不小于500mm，挖孔樁的直徑不小于800mm。2)肋柱和排樁截面一般采用對稱配筋作法，但如果頂端設單錨的樁錨結構可根據立柱的內力包絡圖采用不對稱配筋作法。3)錨桿布置上下排垂直問距不宜小于2.5m，水平間距不宜小于2.0m。錨桿錨固體上覆土層不宜小于4.0m，上覆巖層不宜小于2.0m。傾斜錨桿的傾角l5o～35o為宜，不宜大45o。對于直立邊坡，第一錨點位置應設于坡頂下l.5～2.0m。§6.3.2錨桿擋墻的構造354)樁和肋柱頂應沒置鋼筋混凝土聯系梁，以保證支擋結構整體共同工作；如果支護結構在施工期變形較大時，連系梁宜后澆或設置后澆段。5)現澆擋土板和拱板厚度不宜小于20cm，并應保證其滿足支座長度構造要求。6)錨桿擋墻混凝土構件強度等級均不應小于C20，肋柱宜采用碎石混凝土。同時錨桿擋墻現澆混凝土構件溫度伸縮縫的間距不宜大于25～30m。7)外錨頭的防腐設計作重點考慮時，應有可靠的防腐構造處理，保證其永久防腐的可靠性。4)樁和肋柱頂應沒置鋼筋混凝土聯系梁，以保證支擋結構整體共36§6.3.3錨板支護結構的構造

1)系統錨桿布置要求：錨桿傾角宜與水平線成5o～20o夾角；錨桿布置宜采用菱形排列，或采用行列式排列；錨桿間距宜在1.5～2.5m，不應大于錨桿長度的一半，I、Il類巖體最大間距為3m，Ⅲ類巖體最大間距為2.5m，Ⅳ類巖體最大間距為l.5m；錨桿長度設計應遵循一般規定。2)局部錨桿布置要求：受拉破壞時，錨桿方向應按有利于錨桿受拉布置；受剪破壞時，宜逆著不穩定塊體滑動方向布置。3)面板可采用噴射混凝土和現澆混凝土板；噴射混凝土的設計強度等級不應低于C20，噴射混凝土l天齡期的抗壓強度不應低于5MPa，不同強度等級的噴射混凝土的設計強度可按表6.9采用。§6.3.3錨板支護結構的構造374)噴射混凝土的重度可取22kN／m3，彈性模量按表6.9采用，噴射混凝土與巖面的粘結力：整體狀與塊體狀巖體不應低于0.7MPa，碎裂狀巖體不低于0.4MPa。噴射混凝土與巖體的粘結強度試驗方法應遵循《錨桿噴射混凝土支護技術規范》的規定。5)噴射混凝土面層厚度不應低于50mm，一般為80～120mm；含水巖層的噴射混凝土支護厚度應不低于80mm；鋼筋網噴射混凝土支護厚度不應小于100mm，鋼筋直徑宜為6～l2，鋼筋間距為200～300mm，鋼筋保護層厚度不應低于30mm。6)現澆板厚度宜為150～200mm，混凝土強度等級標號不應小于C20。根據設計需要可采用雙層或單層配筋，鋼筋直徑宜為8～14，鋼筋間距為200～300mm。面板與錨桿應有可靠連結。面板應沿縱向按l5～20m的長度分段設置豎向伸縮縫。4)噴射混凝土的重度可取22kN／m3，彈性模量按表38§6.3.4錨釘邊坡的構造1)錨釘孔直徑為70～120mm，錨釘中的鋼筋應采用Ⅱ級螺紋鋼，鋼筋直徑l6～32。2)錨釘布置方式可采用行列式或梅花式，間距1～2m，錨釘與水平面的傾角為5o～20o，一般不大于l5o。錨釘的長度在巖質邊坡中最短不應小于3m，在土質邊坡中最短不應小于3m且不小于0.4倍坡高。3)現澆面板的厚度為l50～200mm，混凝土強度等級不低于C20，板內設l級鋼筋，鋼筋網間距一般為200mm。4)錨釘邊坡護面板必須與錨釘有可靠的連接。連數方式可采用螺帽加墊板或簡易彎鉤錨頭，簡易彎鉤應與面板中的附加構造鋼筋焊接。5)錨釘邊坡的護面板應沿縱向按20～30m的長度分段設置豎向伸縮縫。同時必須在護面板背面或坡腳前等適當部位設置排水帶(溝)，坡頂應采取隔水封閉措施。§6.3.4錨釘邊坡的構造39§6.4錨桿(索)的施工

錨桿施工質量的好壞將直接影響錨桿的承載能力和邊坡穩定安全，一般在施工前應根據工程施工條件和地質條件選擇適宜的施工方法，認真組織施工。在施工過程中如遇與設計不符的地層，應及時報告設計人員，以作變更處理。錨桿施工包括施工準備、造孔、錨桿制作與安裝、注漿、錨桿鎖定與張拉等五個環節。§6.4錨桿(索)的施工40§6.4.1施工前的準備工作 施工前的準備工作包括施工前的調查和施工組織設計兩部分。施工前的調查是為施工組織設計提供必要資料，其內容有：1)錨固工程計劃、設計圖、邊坡巖土性狀等資料是否齊全；2)施工場地調查，施工對交通的影響情況，對于新建中的公路可不考慮；3)施工用水、用電條件調查；4)邊坡工程周邊可能對施工造成影響的各種狀態調查；5)對于城區公路邊坡，考慮施工噪音、排污的影響；6)掌握作業限制、環保法規或地方法令對施工造成的影響；7)其他條件的調查，如施工用便道、氣象、安全等條件。§6.4.1施工前的準備工作41§6.4.2造孔

錨桿(索)施工的第一步就是按照施工圖的要求鉆孔，鉆孔是錨固工程費用最高、控制工期的作業，因而是影響錨固工程經濟效益的主要因數。錨桿鉆孔應滿足設計要求的孔徑、長度和傾角，采用適宜的鉆孔方法確保精度，要使后續的桿體插入和注漿作業能順利地進行。一般要求如下：1)在鉆機安放前，按照施工設計圖采用經緯儀進行測量放線確定孔位以及錨孔方位角，并作出標記。一般要求錨孔入口點水平方向誤差不應大于50mm，垂直方向誤差不應大于100mm。2)確定孔位后根據實際地層及鉆孔方向選取適當的鉆孔機具并確定機座水平定位和立軸傾角(即錨孔傾角)，鉆機立軸的傾角與鉆孔的傾角應盡量相吻合，其允許的誤差只能是巖心管傾角略大于立軸傾角，不允許有反向的偏差出現。開孔后，盡量保持良好的鉆進導向。在鉆進過程中根據實際地層變化情況，隨時調整鉆進參數，以防止造成孔斜偏差。3)在邊坡錨固的鉆孔過程中應注意巖芯的拾取，并盡量提高巖芯采取率，以求不斷地準確地劃分地層、確定不穩定巖土體厚度，判斷斷裂破碎帶、滑移面、軟弱結構面的位置和厚度，從而驗證設計所依據的地勘資料，必要時修改設計。錨孔深度應超過設計長度0.5～1.Om，同時錨孔錨固段必須進入中風化或更堅硬的巖層，深度一般不得小于5m。§6.4.2造孔42§6.4.3錨桿制作與安裝 在錨桿制作上，棒式錨桿的制作十分簡單，一般首先按要求的長度切割鋼筋，并在外露端加工成螺紋以便安放螺母，然后在桿體上每隔2～3m安放隔離件以使桿體在孔中居中，最后對桿體按要求進行防腐處理，這樣棒式錨桿的制作便完成。而對于多股鋼絞線的錨桿(如圖6.2所示)制作較復雜，其錨固段的鋼絞線呈波浪形，自由段的鋼絞線必須進行嚴格的防護處理。對于各種形式的錨桿總的要求如下：1)嚴格按照設計進行鋼筋(或鋼絞線)選材。對進場的鋼筋或鋼絞線必須驗明其產地、生日期、出廠日期、型號，并核實生產廠家的資質證書及其各項力學性能指標。同時須進行抽樣檢驗，以確保其各項參數達到錨固施工要求。對于預應力錨固結構，優先選用高應力、低松弛的鋼絞線，保證其與混凝土有足夠的粘結力(握裹力)，同時應保證預應力損失后仍能建立較高的預應力值。2)嚴格按照設計長度進行下料。對進場鋼筋經檢驗達到上述技術要求后，即可進行校直、出銹處理，然后，按照施工設計長度進行斷料，其長度誤差不應大于50mm。一般實際長度應大于計算長度的0.3～0.5m，但不可下得過短，以致無法鎖定或者給后續施工帶來不便。3)錨桿組裝可在嚴格管理下由熟練人員在工地制作。對于Ⅱ、ⅢJ級鋼筋連接時宜采用對接焊或雙面搭接焊，焊接長度不應小于8倍鋼筋直徑，精軋螺紋鋼筋定型套筒連接。錨桿自由段必須按照設計作防腐處理和定位處理。4)錨束放入鉆孔之前，應檢查孔道是否阻塞，查看孔道是否清理干凈，并檢查錨索體的質量，確保錨束組裝滿足設計要求。安放錨束時，應防止錨束扭壓、彎曲，注漿管宜隨錨體一同放人鉆孔，注漿管端部距管底宜為50～100mm，錨束放人角度應與鉆孔角度保持一致，在人孔過程中，注意避免移動對中器，避免自由長度段無粘結護套或防腐體系出現損傷。錨束插入孔內深度不應小于錨束長度的95％。§6.4.3錨桿制作與安裝43§6.4.4注漿施工

錨固的注漿是錨桿施工過程中的一個重要環節，注漿質量的好壞將直接影響錨桿的承載能力。錨孔一般采用水泥漿或水泥沙漿灌注，漿液的拌合成分、質量和關注方式在很大程度上決定了錨桿的粘結強度和防腐效果。因此在錨桿注漿施工應當嚴格把握漿材質量、漿液性能、注漿工藝和注漿質量。一般要求有：1)按規定選擇水泥漿體材料。選用水泥標號應為灌漿漿液標號的1.5～2倍，且不宜低于425#的新鮮普通硅酸鹽水泥，對進場水泥應復查力學性能。攪拌漿液所用水中不含有影響水泥正常凝結、硬化的有害物質。選用砂料的含泥量按重量計不得大于3％，砂中有害物質(如云母、輕物質、有機物、硫化物等)含量應低于1％～2％，砂的粒徑以中砂(平均粒徑0.3～0.5mm)較好，但要求含水量不應大于3％。外加劑的品種與用量由試驗確定，一般情況下加速漿體凝固的水玻璃摻量為0.5％～3％；提高漿液擴散能力和可泵性的表面活性劑(或減水劑)，如三乙醇胺等，其摻量為水泥用量的0.02～0.05％；為提高漿液的均勻性和穩定性，防止固體顆粒離析和沉淀而摻加的膨潤土，其摻量不宜大于水泥用量的5％。2)錨束漿液在28天齡期后要求抗壓強度達到設計標號強度；當注漿為水泥砂漿時，一般選用灰砂比為l：1～1：2，水灰比為O.38～O.48，且砂子粒徑不得大于2mm，而二次高壓注漿形成的連續球型錨桿的材料宜§6.4.4注漿施工44選用水灰比0.45～0.50的純水泥漿。對與配置好的漿液應有穩定性好，常溫、常壓下較長時間存放，不易改變其基本性質，不發生強烈的化學反應特點，同時漿液對注漿設備、管路、橡膠制品無腐蝕性、易清冼，漿液固化時無收縮現象(或收縮性小)，固化后有一定的粘結性，能牢固地與巖石、混凝土及砂子等粘結。除此之外還要求漿體配置方便操作、容易掌握、原料來源豐富，價格便宜，能夠大規模使用。3)注漿作業應連續緊湊，中途不得中斷，使注漿工作在初始注入的漿液仍具塑性的時間內完成；在注漿過程中，邊灌邊提注漿管，保證注漿管管頭插入漿液液面下50～80cm，嚴禁將導管拔出漿液面，以免出現斷桿事故。實際注漿量不得少于設計錨索的理論計算量，即注漿充盈系數不得小于l.0。4)二次高壓注漿形成連續球型錨桿的注漿還應注意：一次常壓注漿作業應從孔底開始，直至孔口溢出漿液；對錨固體的二次高壓注漿應在一次注漿形成的水泥結石體強度達到5.0MPa時進行，注漿壓力和注漿時間可根據錨固體的體積確定，并分段依次由下至上進行。選用水灰比0.45～0.50的純水泥漿。對與配置好的漿液應有45§6.4.5錨桿的張拉與鎖定 錨桿的張拉，其目的就是要通過張拉設備使錨桿桿體自由段產生彈性變形，從而對錨固結構施加所需求的預應力值。在張拉過程中應注重張拉設備選擇、標定、安裝、張拉荷載分級、鎖定荷載以及量測精度等方面的質量控制，一般要求如下：1)張拉設備要根據錨桿體的材料和鎖定力的大小進行選擇。選擇時應考慮它的通用性能，從而使得它具備除可能張拉配套錨具外，還能張拉盡可能多的其他系列錨具的通用性能，做到一項多用。同時張拉設備應能使預應力筋的拉力既能從已有荷載上增加或降低，又能在中間荷載下錨固，最后張拉設備還應能拉錨以確定預應力荷載的大小。2)張拉前對張拉設備進行標定。對于1000kN以下的千斤頂，可用2000kN的壓力機標定，標定的數據與理論出力誤差應小于2％。3)安裝錨夾具前，要對錨具進行逐個嚴格檢查。錨具安裝必§6.4.5錨桿的張拉與鎖定46須與孔道對中，夾片安裝要整齊，裂縫要均勻，理順注漿管后依次套人錨墊板、工作錨、限位板，在限位板上用千斤頂預拉，每根預拉一定荷載后，再套入千斤頂、工具錨、工具夾片等。4)張拉前，必須待錨固段、承壓臺(或粱)等構件的混凝土強度達到設計強度方能進行張拉，同時必須把承壓支撐構件的面整平，將臺座、錨具安裝好，并保正和錨索軸線方向垂直(誤差<5o)。5)張拉應按一定程序和設計張拉速度(一般為40kN／min)進行。正式張拉前進行二次預張拉，張拉力為設計拉力的l0％～20％。正式張拉荷載要分級逐步施加，不能一次加至鎖定荷載。分級施加荷載和觀測變形的時間可按表6.10執行。注：Nt為錨索設計拉力，即最終鎖定荷載。須與孔道對中，夾片安裝要整齊，裂縫要均勻，理順注漿管后依次套47§6.5錨桿(索)的試驗與觀測§6.5.1錨桿(索)的性能試驗

錨桿的性能試驗(又稱為破壞性試驗或基本試驗)是在錨固工程開工前為了檢驗設計錨桿性能所進行的錨桿破壞性抗拔試驗，其目的是為了確定錨桿的極限承載力，檢驗錨桿在超過設計拉力并接近極限拉力條件下的工作性能和安全程度，及時發現錨索設計施工中的缺陷，以便在正式使用錨桿前調整錨桿結構參數或改進錨桿制作工藝。 性能試驗的錨桿數量一般為三根，用作性能試驗的錨桿參數、材料和施工工藝必須與工程錨桿相同，并且必須在與安設工程錨桿相同的地層中進行。張拉過程中采用逐級循環加荷，每級循環荷載的增量為0.1Agfptk～0.15Agfptk(fptk為所配錨筋的抗拉強度設計值，Ag為實際錨筋配置截面)；在各級荷載下錨束受力與伸長值量測應同步進行，每一循環中的最大荷載穩定時間為10min，其余均為5min；最大荷載為§6.5錨桿(索)的試驗與觀測48錨桿的破斷荷載，但不應超過錨筋強度標準值的0.8倍(即為0.8Agfptk)。加荷過程及觀測時間如表6.11所示，圖6.14為基本試驗(Q～S)曲線。錨桿的破斷荷載，但不應超過錨筋強度標準值的0.8倍(即為0.49§6.5.2錨桿(索)的驗收試驗

錨桿驗收試驗是在錨固工程完工后為了檢驗所施工的錨桿是否達到設計的要求而進行的檢驗性抗拔試驗，該試驗起到鑒別工程是否符合要求的目的。通常驗收試驗檢驗的錨桿的數量應不少于錨桿總數的5％，且一個邊坡不得少于3根。 驗收試驗最大試驗荷載：對于永久性錨索應為設計軸向拉力值的l.5倍；對于臨時性錨索應為設計軸向拉力值的1.2倍。荷載分級施加并測讀各級荷載下的伸長值。試驗結果進行計算機處理，并繪制試驗荷載～位移(Q～S)曲線(圖6.15)。 錨桿驗收試驗滿足以下條件，即為合格：1)驗收試驗所得的總彈性位移超過自由段長度理論彈性伸長的80％，但小于自由段長度與1／2錨固段長度之和的理論彈性伸長。2)在最大試驗荷載作用下，錨頭位移趨于穩定。 錨桿驗收試驗加荷等級與觀測時間見表6.12。§6.5.2錨桿(索)的驗收試驗50錨桿錨索設計與施工(課件)51§6.5.3錨桿(索)的蠕變試驗

在軟粘土中設置的錨桿，在較大荷載作用下會產生很大的蠕變變形，為了掌握軟粘土中的錨桿的工作特性，國內外的有關標準都對錨桿的蠕變試驗作了相應的規定。我國有關錨桿標準規定，凡塑性指數大于20的土層中的錨桿，均應進行蠕變試驗，且試驗的根數不應少于3根。 蠕變試驗的加荷等級和觀測時間應滿足表6.13的要求，在觀測時間內，荷載必須保持恒定，每級荷載下觀測蠕變量隨時間的變化。最后將每級荷載下的錨桿蠕變量一時間對數曲線在s～lgt坐標系中繪出。定義S～lgt曲線的斜率值(s～lgt曲線為直線)為蠕變系數，即：§6.5.3錨桿(索)的蠕變試驗52式中：Ks——某一級荷載下的蠕變系數； sl——t1時刻的蠕變量； s2——t2時刻的蠕變量。 錨桿蠕變試驗所測得的最后一級荷載下的最終一段觀測時間內的蠕變系數不應大于2.0mm。錨桿錨索設計與施工(課件)53§6.5.4錨桿(索)的長期觀測 錨桿施工完畢后，為了了解錨桿預應力損失情況和錨桿的位移變化規律，以便確認錨桿的工作能力，需要對錨桿進行長期觀測，一般連續觀測時間超過24小時就可看作是長期觀測。在觀測結果過程，如果發現錨桿的工作性能較差或不能完全承擔錨固力，可以根據觀測結果，采用二次張拉錨桿或增設錨桿數量等措施，以保證邊坡錨固工程的可靠性。 錨桿預應力變化的可采用測力計，測力計按照機械、振動、電氣和光彈原理制作成不同類型，錨桿長期觀測中應當選擇精度高、準確可靠的測力計，測力計一般安裝在傳力板和錨具之間并始終保持中心受荷。由于錨桿張拉鎖定后頭幾個月預應力損失較大，一年后逐漸遞減，兩年后預應力損失基本終止，趨于穩定狀態。故張拉鎖定后的長期監控時間一般不得少于l年，但如遇自然環境惡劣并對邊坡穩定性有較嚴重影響時，監控時間應適當延長。且每個工點不得少于3～5個觀測點。同時在混凝土澆筑過程中應有專人對觀測設施進行監護。 錨桿張拉鎖定后第一個月內每日觀測l次；2～3個月內每周觀測1次；4～6個月內每月觀測3次；7個月～1年內每月觀測2次；l年以后每月觀測1次。在觀測過程中，如出現異常，應立即進行檢查，處理完畢后，方能繼續觀測。觀測成果及時整理，第一年內的觀測成果將作為工程驗收的資料。§6.5.4錨桿(索)的長期觀測54思考題①簡述錨桿(索)的結構與分類。②簡述錨桿在邊坡加固中通常與哪些支擋結構聯合使用及相應的使用范圍。③如何進行錨桿體和錨固體的設計？④如何對錨桿(索)的鎖定荷載進行調整？⑤簡述錨桿(索)的構造設計。⑥簡述錨桿施工的具體步驟。思考題55第6章錨桿(索)設計與施工第6章錨桿(索)設計與施工56本章重點錨桿(索)的結構與分類及其應用錨桿(索)的設計與計算錨桿(索)的構造設計錨桿(索)的施工錨桿(索)的試驗與觀測本章重點57§6.1概述§6.1.1巖土錨固技術應用

巖土錨固技術是把一種受拉桿件埋入地層中，以提高巖土自身的強度和自穩能力的一門工程技術；由于這種技術大大減輕結構物的自重、節約工程材料并確保工程的安全和穩定，具有顯著的經濟效益和社會效益，因而目前在工程中得到極其廣泛的應用。巖土錨固的基本原理就是利用錨桿(索)周圍地層巖土的抗剪強度來傳遞結構物的拉力以保持地層開挖面的自身穩定，由于錨桿錨索的使用，它可以提供作用于結構物上以承受外荷的抗力；可以使錨固地層產生壓應力區并對加固地層起到加筋作用；可以增強地層的強度，改善地層的力學性能；可以使結構與地層連鎖在一起，形成一種共同工作的符合體，使其能有效地承受拉力和剪力。在巖土錨固中通常將錨桿和錨索統稱為錨桿。§6.1概述58§6.1.2錨桿(索)的結構與分類 錨桿是一種將拉力傳至穩定巖層或土層的結構體系，主要由錨頭、自由段和錨固段組成，如圖6.1所示。(1)錨頭：錨桿外端用于錨固或鎖定錨桿拉力的部件，由墊墩、墊板、錨具、保護帽和外端錨筋組成。(2)錨固段：錨桿遠端將拉力傳遞給穩定地層的部分錨固深度和長度應按照實際情況計算獲取，要求能夠承受最大設計拉力。1-臺座；2-錨具；3-承壓板；4-支擋結構；5-鉆孔；6-自由隔離層；7-鋼筋；8-注漿體；Lf-自由段長度；La-錨固段長度§6.1.2錨桿(索)的結構與分類59(3)自由段：將錨頭拉力傳至錨固段的中間區段，由錨拉筋、防腐構造和注漿體組成。(4)錨桿配件：為了保證錨桿受力合理、施工方便而設置的部件，如定位支架、導向帽、架線環、束線環、注漿塞等(圖6。2)。1-臺坐；2-錨具；3-承壓板；4-支檔結構；5-自由隔離層；6-鉆孔；7-對中支架；8-隔離架；9-鋼絞線；l0-架線環；ll-注槳體；12-導向帽；Lr-自由段；La-錨固段(3)自由段：將錨頭拉力傳至錨固段的中間區段，由錨拉60 按是否預先施加應力分為預應力錨桿(索)和非預應力錨桿(索)：非預應力錨桿是指錨桿錨固后不施加外力，錨桿處于被動受載狀態；預應力錨桿是指錨桿錨固后施加一定的外力，使錨桿處于主動受載狀態。 按錨固形態分為圓柱形錨桿、端部擴大型錨桿(索)和連續球型錨桿(索)。 除此之外，按錨固機理還可分為有粘結錨桿、摩擦型錨桿、端頭錨固型錨桿和混合型錨桿。目前在邊坡加固工程中廣泛采用錨釘也是一種較短的粘結型錨桿，它是通過在邊坡中埋入段而密的粘結型錨桿使錨桿與坡體形成復合體系，增強邊坡的穩定性；這種錨桿一般適用于土質地層和松散的巖石地層。 按是否預先施加應力分為預應力錨桿(索)和非預應力錨桿(索61§6.1.3錨桿(索)在邊坡處治中的應用

采用錨桿(索)加固邊坡，能夠提供足夠的抗滑力，并能提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體位移，這是一般支擋結構所不具備的力學作用。 另外錨桿在邊坡加固中通常與其他支擋結構聯合使用，例如： (1)錨桿與鋼筋混凝土樁聯合使用，構成鋼筋混凝土排樁式錨桿擋墻。排樁可以是鉆孔樁、挖孔樁或勁性混凝土樁，錨桿可以是預應力或非預應力錨桿。如圖6.7所示 (2)錨桿與鋼筋混凝土格架聯合使用形成鋼筋混凝土格架式錨桿擋墻，錨桿錨點設在格架結點上，錨桿可以是預應力錨桿(索)或非預應力錨桿(索)。如圖6.8所示。§6.1.3錨桿(索)在邊坡處治中的應用62 (3)錨桿與鋼筋混凝土板肋聯合使用形成鋼筋混凝土板肋式錨桿擋墻，這種結構主要用于直立開挖的Ⅲ、Ⅳ類巖石邊坡或土質邊坡支護，一般采用自上而下的逆作法施工。如圖6.9所示。 (4)錨桿與鋼筋混凝土板肋、錨定板聯合使用形成錨定板擋墻。這種結構主要用于填方形成的直立土質邊坡，如圖6.10所示。 (3)錨桿與鋼筋混凝土板肋聯合使用形成鋼筋混凝土板肋式錨桿63 (5)錨桿與鋼筋混凝土面板聯合使用形成錨板支護結構，適用于巖石邊坡。錨桿在邊坡支護中主要承擔巖石壓力，限制邊坡側向位移，而面板則用于限制巖石單塊塌落并保護巖體表面防止風化。錨板可根據巖石類別采用現澆板或掛網噴射混凝土層。 (6)錨釘加固邊坡，在邊坡中埋入段而密的抗拉構件與坡體形成復合體系，增強邊坡的穩定性。這種方法主要用于土質邊坡和松散的巖石邊坡，加固高度較小，多用于臨時邊坡加固 (5)錨桿與鋼筋混凝土面板聯合使用形成錨板支護結構，適用于64§6.2錨桿(索)的設計與計算§6.2.1錨桿(索)設計的基本原則

在計劃使用錨桿的邊坡工程中，應充分研究錨固工程的安全性、經濟性和施工的可行性。設計前認真調查邊坡工程的地質條件，并進行工程地質勘察及有關的巖土物理力學性能實驗，以提供錨固工程范圍類的巖土性狀、抗剪強度、地下水、地震等資料。對于土質邊坡還應提供土體的物理性質和物理狀態指標。 設計錨桿的使用壽命應不小于公路或被服務建筑物的正常使用年限，一般使用期限在兩年以內的工程錨桿應按臨時錨桿設計，使用期限在兩年以上的錨桿應按永久性錨桿進行設計。對于永久性錨桿的錨固段不應設在有機質土、液限大于50％或相對密度小于0.3的土層中；因有機質土會引起錨桿的腐蝕破壞；液限大于50％的土層由于其高塑性會引起明顯的徐變而導致錨固力不能長期保持恒定；相對密度小于0.3的土層松散不能提供足夠的錨固力。§6.2錨桿(索)的設計與計算65

當對支護結構變形量容許值要求較高、或巖層邊坡施工期穩定性較差、或土層錨固性能較差、或采用了鋼絞線和精軋鋼時，宜采用預應力錨桿。但預應力作用對支承結構的加載影響、對錨固地層的牽引作用以及相鄰構筑物的不利影響應控制在安全范圍之內。 設計的錨桿必須達到所設計的錨固力要求，防止邊坡滑動剪斷錨桿，錨桿選用的鋼筋或鋼絞線必須滿足有關國家標準，特別是預應力鋼絞線，除了滿足Gl3／T5224—95標準外，還必須獲得IS09002國際質量認證；同時必須保障鋼筋或鋼絞線有效防腐，以避免銹蝕導致材料強度降低。 非預應力錨桿長度一般不要超過l6m，單錨設計噸位一般為l00～400kN，最大設計荷載一般不超過450kN。預應力錨桿(索)長度一般不要超過50m，單束錨索設計噸位一般為500～2500kN，最大設計荷載一般不超過3000kN，預應力錨索的間距一般為4～10m。 進行錨桿設計時，選擇的材料必須進行材性試驗，錨桿施工完畢后必須對錨桿進行抗拔試驗，驗證錨桿是否達到設計承載力的要求；同時對于公路上遇到的大型滑坡在采用預應力錨索加固后必須進行至少一年的位移監測。 當對支護結構變形量容許值要求較高、或巖層邊坡施工期穩定性較66§6.2.2錨桿(索)的設計程序錨桿(索)設計流程圖如圖6.11所示。

§6.2.2錨桿(索)的設計程序67 在邊坡錨桿加固中要選擇合理的錨桿型式，必須結合被加固邊坡的具體情況，根據錨固段所處的地層類型、工程特征、錨桿承載力的大小、錨桿材料、長度、施工工藝等條件綜合考慮進行選擇。表6.1給出了土層、巖層中的預應力和非預應力常用錨桿類型的有關參數，可供邊坡錨桿加固選型使用。 在邊坡錨桿加固中要選擇合理的錨桿型式，必須結合被加固邊坡的68§6.2.3錨桿(索)錨固設計荷載的確定

錨桿(索)錨桿錨固設計荷載的確定應根據邊坡的推力大小和支護結構的類型綜合考慮進行確定。首先應當計算邊坡的推力或側壓力，然后根據支擋結構的形式計算該邊坡要達到穩定需要錨固提供的支撐力。根據這個支撐力和錨桿數量、布置便可確定出錨桿(索)錨固荷載的大小，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。§6.2.3錨桿(索)錨固設計荷載的確定69§6.2.4錨桿(索)錨筋的設計 按照設計程序，在確定出錨桿軸向設計荷載后，需要對錨桿進行結構設計，結構設計的第一步就是根據錨桿軸向設計荷載計算錨桿的錨筋截面，并選擇合理的鋼筋或鋼絞線配置錨筋；在配置錨筋后可由錨筋的實際面積和錨筋的抗拉強度標準值計算出錨桿承載力設計值，然后方能進行錨桿體和錨固體的設計計算。

(1)錨桿錨筋的截面積計算： 假設錨桿軸向設計荷載為N，則可由下式初步計算出錨桿要達到設計荷載N所需的錨筋截面：

(6.3)

式中：Ag——由N計算出的錨筋截面；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4；fpkt——錨筋(鋼絲、鋼絞線、鋼筋)抗拉強度設計值。§6.2.4錨桿(索)錨筋的設計70 (2)錨筋的選用： 根據錨筋截面計算值Ag，對錨桿進行錨筋的配置，要求實際的錨筋配置截面。配筋的選材應根據錨固工程的作用、錨桿承載力、錨桿的長度、數量以及現場提供的施加應力和鎖定設備等因數綜合考慮。 對于采用棒式錨桿，都采用鋼筋做銷筋。如果是普通非預應力錨桿，由于設計軸向力一般小于450kN,長度最長不超過20m．因此錨筋一般選用普通Ⅱ、Ⅲ級熱軋鋼筋，如果是預應力錨桿可選用Ⅱ、Ⅲ級冷拉熱軋鋼筋或其他等級的高強精軋螺紋鋼筋。鋼筋的直徑一般選用2～32。 對于長度較長、錨固力較大的預應力錨桿應優先選用鋼絞線、高強鋼絲，這樣不但可以降低錨桿的用鋼量，最大限度地減少鉆孔和施加預應力的工作量，而且可以減少預應力的損失。

(2)錨筋的選用：71 (3)按實際錨筋截面計算錨桿承載力設計值：

假設實際錨筋配置截面為Ag(Ag≥Ag′)，由下式按實際錨筋計算錨桿承載力設計值： (6.4)式中：Ng——實際錨筋配置情況下錨桿的承載力設計值； k——安全系數，取值同前； fptk——所配錨筋(鋼絲、鋼絞線或鋼筋)的抗拉強度設計值。 (3)按實際錨筋截面計算錨桿承載力設計值：72§6.2.5錨桿(索)的錨固力計算與錨固體設計 錨桿(索)的錨固力也可稱為錨桿(索)承載力。錨桿極限錨固力(極限承載力)是指錨桿錨筋沿握裹砂漿或砂漿沿孔壁產生滑移破壞時所能承受的最大臨界拉拔力，它可以通過破壞性拉拔試驗確定。錨桿容許錨固力(容許承載力)是極限錨固力(極限承載力)除以適當的安全系數(通常為2.0～2.5)，這種錨固力在《公路鋼筋混凝土規范》中稱為容許承載力，而在《工民建鋼筋混凝土結構規范》中又稱為錨桿錨固力(承載力)標準值；這種標準值為設計錨固力提供參考，通常錨桿容許錨固力是錨桿設計錨固力(或稱為錨固力設計值)的1.2～1.5倍。在設計時，錨桿的設計荷載必須小于錨固力設計值。 錨桿錨固力的計算方法隨錨固體形式不同而異，圓柱型錨桿的錨固力由錨固體表面與周圍地層的摩擦力提供；而端頭擴大型錨桿的錨固力則由擴座端的面承力及與周圍地層的摩擦力提供。§6.2.5錨桿(索)的錨固力計算與錨固體設計73(1)圓柱型錨桿錨固力與錨固長度計算 對于圓柱型錨桿，根據錨固機理，錨桿的極限錨固力可按下式計算： (6.5)式中：L——錨固體長度；d——錨固體長度；qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度。 式(6.4)給出了錨桿承載力設計值Ng(≥錨桿設計荷載)，由式(6.5)可得錨桿要達到錨固力設計值Ng所需的最小錨固體長度： (6.6)式中：Lm——錨固體長度；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4；Ng——錨桿錨固力設計值；qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)。(1)圓柱型錨桿錨固力與錨固長度計算74(2)端部擴大頭型錨桿的錨固力和錨固長度計算 如圖6.12所示，端部擴大頭型錨桿的極限錨固力由三部分組成：直孔段圓柱型錨固體摩阻力、擴孔段圓柱型錨固體摩阻力以及擴大頭端面承載力。前兩項摩阻力可由式(6.5)計算，而擴大頭端面承載力目前主要運用錨定板抗拔力計算公式近似計算。 砂土中錨桿的極限錨固力計算：

(6.7)

粘性土中錨桿的極限錨固力計算： (6.8)(2)端部擴大頭型錨桿的錨固力和錨固長度計算75式中：Pa——錨桿極限錨固力； L1，L2，D，d——錨固體結構尺寸； qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)； h，γ——擴大頭上覆土層的厚度和土體容重； cu——土體不排水抗剪強度； βc——錨固力因數，與h／D呈正比例增加，當h／D>10時，βc保持恒定不再隨h／D的增加而改變。

已知錨桿的承載力設計值為Ng，則滿足該承載力設計值所需的最小錨固長度可由公式(6.7)和(6.8)求得，為：砂性土： (6.9)粘性土： (6.10) 在實際工程設計中，為了便于計算，通常對式(6.9)和(6.10)根據經驗進行簡化，簡化后的計算公式為：式中：Pa——錨桿極限錨固力；76式中：Ng——錨桿錨固力設計值； k——安全系數，對于臨時錨桿取1.6～1.8對于永久性錨桿取2.2～2.4； Bc——擴大頭承載力修正系數，對于臨時錨桿取4.5～6.5對于永久性錨桿取3.0～5.0； qs——錨固體表面與周圍巖土體之間的極限粘結強度標準值(表6.5)。式中：Ng——錨桿錨固力設計值；77

注：(1)表中qs系一次常壓灌漿工藝確定，適用于注漿標號M25～M30；當采用高壓灌漿時，可適當提高。(2)極軟巖：巖石單軸飽和抗壓強度fp≤5MPa；軟質巖：巖石單軸飽和抗壓強度5MPa≤fp≤30MPa硬質巖：巖石單軸飽和抗壓強度fp≥30MPa。(3)表中數據用作初步設計時計算，施工時宜通過試驗檢驗。(4)巖體結構面發育時，取表中下限值。

78(3)錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度計算 前面對于圓柱型錨桿和端頭擴大型錨桿的極限錨固力計算公式是基于錨固段錨桿體與周圍巖土問的極限摩阻力給出的，這種公式的應用條件是錨桿破壞首先從錨固體與周圍巖土之間的界面剪切滑移，一般來講對于土層或較軟的巖石滿足這種條件。對于堅硬的巖層，如果錨固體與巖層問的極限摩阻力大于錨筋與錨固砂漿之間的極限握裹力，錨桿將首先從錨筋與錨固砂漿之間開始剪切破壞，此時應根據錨筋與錨固砂漿之間的粘結強度來計算錨桿的錨固長度。極限錨固力計算公式為： (6.11)式中：L——錨固體長度；dg——錨筋直徑；n——錨筋數量；qg——錨筋與錨固砂漿之間的極限粘結強度。(3)錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度計算79 錨桿錨固力設計值為Ng，錨桿要達到錨固力設計值所需的錨筋與錨固砂漿問的最小握裹長度： (6.12)式中：Lg——錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度；k——安全系數，對于臨時錨桿取1.5～1.8對于永久性錨桿取2.0～2.3；qg——錨筋與錨固砂漿間的極限粘結強度標準值(表6.6)。 錨桿錨固力設計值為Ng，錨桿要達到錨固力設計值所需的錨筋與80注：(1)當采用兩根鋼筋點焊成束作法時，粘結力應乘以0.85折減系數。(2)當采用三根鋼筋點焊成束作法時，粘結力應乘以0.7折減系數。(3)成束鋼筋不應超過三根，鋼筋總截面積不應超過孔徑面積的20％，以保證鋼筋在砂漿中的錨固效果，除非采用特殊的錨固段鋼筋和注漿體設計，并通過實驗可適當增加鋼筋數量。錨桿錨索設計與施工(課件)81§6.2.6錨桿彈性變形計算

錨桿的變形是由錨桿本身在外荷作用下變形和由于地層徐變引起的變形組成，由地層徐變引起的錨桿變形計算可以通過徐變系數計算錨桿在不同時期的徐變位移。錨桿本身在外荷載作用下變形以彈性變形為主，下面是錨桿彈性變形的計算方法。§6.2.6錨桿彈性變形計算82(1)非預應力土層錨桿彈性變形的計算 對于土層錨桿在外荷載作用下，除了錨桿自由段產生彈性變形外，錨固段也存在一部分變形，一般需要通過試驗確定，在初步設計時可以近似估算： (6.13)式中：Sc——錨桿彈性變形； Lf，La——錨桿自由段和錨固段長度； A，Ac——桿體截面面積和錨固體截面面積； Es，Ec——桿體彈性模量和錨固體組合彈性模量，錨固體組合彈性模量可有下式確定： (6.14) Am，Em——錨固體中砂漿體的截面積和彈性模量。(1)非預應力土層錨桿彈性變形的計算83(2)非預應力巖石錨桿彈性變形的計算 非預應力巖石錨桿的彈性變形主要為錨桿自由段的彈性變形，估算公式為： (6.15)(3)預應力錨桿(索)彈性變形的計算 預應力錨桿在受到的軸向拉力小于預應力實際保留值時，可按剛性拉桿考慮；如果承受的軸向拉力大于預應力實際保留值，預應力錨桿將再次產生拉伸變形，此時錨桿的變形量可根據拉力超出預應力保留值的增量代入公式(6.13)和(6.15)中的Ng計算變形量。 如果計算的變形量增量值較小時，預應力錨桿也可近似按剛性拉桿考慮。(2)非預應力巖石錨桿彈性變形的計算84§6.2.7錨桿(索)的鎖定荷載和錨頭設計 對于錨桿，原則上可按錨桿設計軸向力(工作荷載)作為預應力值加以鎖定，但鎖定荷載應視錨桿的使用目的和地層性狀而加以調整。1)邊坡坡體結構完整性較好時，可將設計錨固力的100％作為鎖定荷載。2)邊坡坡體有明顯蠕變且預應力錨桿與抗滑樁相結合，或因坡體地層松散引起的變形過大時，應由張拉試驗確定鎖定荷載。通常這種情況下將鎖定荷載取為設計錨固力的50％～80％。3)當邊坡具有崩滑性時，鎖定荷載可取為設計錨固力的30％～70％。4)如果設計的支擋結構容許變位時，鎖定荷載應根據設計條件確定，有時按容許變形的大小可取設計錨固力的50％～70％。5)當錨固地層有明顯的徐變時，可將錨桿張拉到設計拉力值的l.2～1.3倍，然后再退到設計錨固力進行鎖定，這樣可以減少地層的徐變量引起的預應力損失。§6.2.7錨桿(索)的鎖定荷載和錨頭設計85 錨桿頭部的傳力臺座(張拉臺座)的尺寸和結果構造應具有足夠的強度和剛度，不得產生有害的變形；可采用C25以上的現澆鋼筋混凝土結構，一般為梯形斷面，表6.7為推薦尺寸表。

預應力錨桿的錨具品種較多，錨具型號、尺寸的選取應保持錨桿預應力值的恒定，設計中必須在工程設計施工圖上注明錨具的型號、標記和錨固性能參數。表6.8為OVM錨具的基本參數。 錨桿頭部的傳力臺座(張拉臺座)的尺寸和結果構造應具有足夠的86§6.2.8錨桿(索)的防腐設計 對錨桿進行防腐設計時，應充分調查腐蝕環境，并選擇適宜的防腐方法。防腐方法應適應巖土錨固的使用目的，即不能影響錨桿各部件(包錨固體、自由段和錨頭)的功能，因此對錨桿的不同部位要作不同的防腐結構設汁。永久住錨桿應采用雙層防腐，臨時性錨桿可采用簡單防腐，但當腐蝕環境嚴重時，也必須采用雙層防腐。1)錨固體防腐 錨固于無腐蝕條件地層內的錨固段，經出銹后可不再作特殊處理，直接由水泥砂漿密封防腐，但鋼桿(索)必須居中，一般使用定位器，使水泥砂漿保護層厚度不小于20mm。對于錨固于具有腐蝕條件地層內的錨固段應作特殊仿佛處理，一般可用環氧樹脂涂刷鋼筋的方法。2)自由段防腐 防腐構造必須不影響張拉鋼材的自由伸長，對于預應力錨桿自由段防腐：采用Ⅱ、Ⅲ級鋼筋制作錨桿的非錨固段(位于土層區段)仿佛處理可采用出銹、刷瀝青船底漆二度，瀝青玻纖布纏裹二層。對于預應力錨桿自由段防腐：采用鋼絞線、精軋螺紋鋼筋制作的予應力錨桿(索)非錨固段防腐宜§6.2.8錨桿(索)的防腐設計87采用桿體表面出銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑科布上再涂潤滑油，最后裝入塑料套管中，形成雙層防腐，自由段套管兩端l00～200mm范圍內用黃油充填，外繞扎工程膠布固定。3)錨頭防腐 永久性錨桿的承壓板一般應刷瀝青。一次灌漿硬化后承壓板下部殘留空隙，應再次充填水泥漿和潤滑油，經防腐處理后的非錨段外端應伸入鋼筋混凝土構件內50mm以上。如錨桿不須再次張拉，則錨頭的錨具涂以潤滑油、瀝青后用內配鋼筋網的混凝土罩封閉，混凝土標號不低于C30，厚度不小于l00mm，混凝土保護層不小于30mm。如錨桿需要重新張拉，則可采用盒具密封，但盒具的空腔內必須有潤滑油充填。4)臨時性錨桿的防腐 對于臨時性錨桿重點對外錨頭和自由段作防腐處理，錨固段一般可依靠注漿材料達到防腐效果。非預應力錨桿非錨固段可用出銹后刷瀝青防銹漆處理。預應力錨桿自由段可采用出銹后刷瀝青防銹漆或加套管方案。外錨頭防腐可采用外涂防腐材料或外包混凝土方案解決。采用桿體表面出銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑科布上再88§6.3錨桿(索)的構造設計§6.3.1錨桿的一般構造要求1)錨桿總長度為錨固段長、自由段長和外錨段之和。錨桿自由段長度按外錨頭到潛在滑裂面的長度計算，但予應力錨桿自由段長度不小于5.0m；錨桿錨固段長度按計算確定，同時土層錨桿錨固段長度宜大于4.0m、小于14.0m，巖石錨桿錨固段長度宜大于3.0m、小于10.0m；如果巖石錨桿承載力設計值≤250kN，且錨固區段為結構完整無明顯裂隙的硬質巖石時，錨固段長度可用2.0～3.0m。2)錨桿對中支架(架線環)應沿錨桿軸錢方向每隔l.0～2.0m設置一個，對于巖石錨桿支架間距可適當增大至2.0～2.5m。3)在無特殊要求的條件下，錨桿漿體一般采用水泥砂漿，其強度設計值不宜低于M20。4)錨桿外錨頭、臺座、腰梁及輔助件應按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》、《鋼結構設計規范》進行設計。§6.3錨桿(索)的構造設計89§6.3.2錨桿擋墻的構造1)板肋式和樁排式錨桿擋墻中的肋柱和排樁的間距一般為2.0～6.0m，肋柱間距較小，排樁間距較大。它們的截面尺寸除應滿足強度和剛度要求外，其寬度還應滿足擋土板(擋土拱板)的支座、錨桿穿孔和錨固要求，一般肋柱寬度不小于300mm，肋高不小于300mm；鉆孔樁的直徑不小于500mm，挖孔樁的直徑不小于800mm。2)肋柱和排樁截面一般采用對稱配筋作法，但如果頂端設單錨的樁錨結構可根據立柱的內力包絡圖采用不對稱配筋作法。3)錨桿布置上下排垂直問距不宜小于2.5m，水平間距不宜小于2.0m。錨桿錨固體上覆土層不宜小于4.0m，上覆巖層不宜小于2.0m。傾斜錨桿的傾角l5o～35o為宜，不宜大45o。對于直立邊坡，第一錨點位置應設于坡頂下l.5～2.0m。§6.3.2錨桿擋墻的構造904)樁和肋柱頂應沒置鋼筋混凝土聯系梁，以保證支擋結構整體共同工作；如果支護結構在施工期變形較大時，連系梁宜后澆或設置后澆段。5)現澆擋土板和拱板厚度不宜小于20cm，并應保證其滿足支座長度構造要求。6)錨桿擋墻混凝土構件強度等級均不應小于C20，肋柱宜采用碎石混凝土。同時錨桿擋墻現澆混凝土構件溫度伸縮縫的間距不宜大于25～30m。7)外錨頭的防腐設計作重點考慮時，應有可靠的防腐構造處理，保證其永久防腐的可靠性。4)樁和肋柱頂應沒置鋼筋混凝土聯系梁，以保證支擋結構整體共91§6.3.3錨板支護結構的構造

1)系統錨桿布置要求：錨桿傾角宜與水平線成5o～20o夾角；錨桿布置宜采用菱形排列，或采用行列式排列；錨桿間距宜在1.5～2.5m，不應大于