岩土锚杆的设计

第三章岩土锚杆的设计第一节锚杆设计的一般要求第二节锚杆设计的基础资料第三节锚杆设计的内容与流程第四节锚杆的设计第五节岩土边坡工程锚杆设计计算第六节基坑工程锚杆设计计算第七节锚杆设计计算实例

在调查、试验及研究的基础上，充分考虑与其使用目的相适应的安全性、经济性和施工的可行性。确保被锚固结构物和邻近结构物的安全，位移可控制在适当范围。永久性锚杆的使用年限应与所服务的建筑物使用年限相同，防腐等级也应达到相应要求。一般均应进行基本试验。使用期2年以上按永久性锚杆进行设计。永久性锚杆的锚固段不应设置在下列地层：第一节锚杆设计的一般要求(2)液限

的土层(3)相对密度的土层(1)有机质、淤泥质土第二节锚杆设计的基础资料施工资料施工条件与周边环境设备与工艺环保情况工期与报价资料任务书、标书、合同等预算价目与市场价格表工期与进度场地与勘察资料地层剖面岩土类型、物理力学性质地下水工程结构设计资料工程情况边坡设计基坑开挖设计设计内容：锚杆配置锚杆自由段长度的确定锚杆的安全系数锚杆预应力筋设计锚固体的设计锚头设计锚杆防腐设计锚杆张拉锁定锚杆及构筑物的稳定性验算第三节锚杆设计的内容与流程调查计算作用于挡土墙上的侧压力锚杆布置与安设角度确定锚杆设计锚固力锚固体设计锚杆长度设计锚杆应力筋设计锚杆稳定性验算锚杆预应力设计锚头设计锚杆试验邻近状况、锚固地层位置勘察资料、施工条件锚固体形式安全系数锚固体直径锚固地层力学性质锚杆观测锚杆设计流程图永久性锚杆临时性锚杆第四节锚杆的设计——锚杆的配置锚杆层数与标高支护结构刚度与锚杆承受的荷载结构物受力的最佳支撑点地层条件（锚固体所处位置）方便施工地下障碍物首层锚杆位置宜在地下4-5m锚杆的设计——锚杆的配置锚杆水平间距支护结构刚度、承受的荷载与锚杆极限承载力一般在1.5～4.0m，并与支护桩间距协调考虑群锚效应（a）拉力型锚杆（b）压力型锚杆（c）群锚效应原理示意问题：边坡治理可采取哪些工程措施？该图中采取了几种工程措施用于治理边坡？群锚效应的控制

适当增加锚固段长度采用不同倾角使锚固段错开采用不同长度自由段,使锚固段错开适当折减锚杆极限抗拔力锚杆倾角锚杆作用力方向与锚杆轴线方向一致最有利考虑邻近状况锚固体地层位置施工方法对基坑工程而言，倾角过大会产生较大垂直分力，水平力减小一般锚杆按小于450倾角设计，最好在130～350范围注意锚杆倾角在-100～100范围，灌浆材料硬化时产生的残余浆渣及灌浆料的泛浆会影响锚杆承载力。锚杆的设计——锚杆的配置自由段锚固段外锚段基底主动滑动面挡土桩腰梁土层锚杆结构示意图锚固体杆体锚杆的设计——锚杆的自由段

锚杆自由段由潜在滑移面确定。锚杆自由段长度过小，会使锚杆的抗拔力减小。锚杆自由段长度确定必须使锚固体处于比破坏面更深更稳定的地层。

相关规范规定：《土层锚杆设计与施工规范》CECS22:90规定：不宜小于5m，超过滑移面1m；《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001规定：预应力锚杆自由段长度不宜小于5m；《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002规定：预应力锚杆自由段长度不宜小于5m，且应超过潜在滑移面；《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99规定：自由段长度按破裂角进行计算；锚杆的设计——锚杆的安全系数锚杆安全系数是对锚杆的工作荷载或锚杆轴向拉力设计值而言的，即设计时所规定的锚杆极限状态时的承载力（锚杆轴向拉力极限值）应当是锚杆的工作荷载与安全系数的乘积.安全系数取决于锚杆的工作年限和破坏后产生的危害程度.锚杆设计安全系数包括两种：锚固体设计安全系数预应力筋设计的安全系数锚杆设计的安全系数取值预应力锚杆锚固体设计的安全系数：锚杆破坏后危害程度最小安全系数服务年限≤2年服务年限>2年危害轻微，不会构成公共安全问题危害较大，但公共安全无问题危害大，会出现公共安全问题1.41.61.81.82.02.2

预应力筋设计的安全系数：多数国家规定不小于1.67，即设计荷载不大于抗拉强度标准值的60%

我国一般规定：临时性1.6，永久性1.8锚杆的设计——锚杆预应力筋的设计长度在15m以内的短锚杆或较短锚杆，无论预应力或非预应力的，均可使用普通钢筋或高强度的精轧螺纹钢筋.长度大于15m及设计承载力较高的预应力锚杆，应优先选用钢绞线或钢丝.抗拉强度比钢筋高达到屈服点时产生的延伸量比钢筋大得多使用钢绞线，锚杆出现预应力损失的现象较少锚杆预应力筋横截面积的计算：K——安全系数Nt——锚杆轴向拉力设计值

——杆体的抗拉强度标准值

——预应力筋的截面积锚杆预应力筋规格与强度符号热轧钢筋符号种类热处理钢筋钢绞线普通钢筋。强度标准值，抗拉强度设计值，抗压强度设计值种类预应力钢筋锚杆的设计——锚固体设计1.拉力型锚杆的圆柱状锚固体

锚杆极限抗拔力锚固段长度——安全系数——锚固段长度——锚固体直径——单根钢筋或钢绞线直径——钢筋或钢绞线根数——锚杆轴向拉力设计值——锚固体与地层间的粘结强度——灌浆体与杆体间的粘结强度——灌浆体与杆体间的粘结强度降低系数锚杆的设计——锚固体设计2.

拉力型锚杆的扩体型锚固体砂土中扩体型锚杆极限抗拔力——安全系数——锚固段长度——岩土的重力密度——扩体上覆的地层厚度——锚杆轴向拉力设计值——锚固体与地层间的粘结强度锚杆的设计——锚固体设计2.

拉力型锚杆的扩体型锚固体粘土中扩体型锚杆极限抗拔力——安全系数——锚固段长度——地层不排水抗剪强度——锚固力因子，取9.0——锚杆轴向拉力设计值——锚固体与地层间的粘结强度锚杆的设计——锚固体设计3.压力型锚杆的扩体型锚固体

锚固体承压面积锚固体长度锚固体直径——单元锚杆数——锚固段尺寸——单元锚杆承载体与灌浆体接触面积——锚杆的总承载力——锚固段灌浆体局部受压时强度提高系数，——锚固段灌浆体受压时侧向地层约束力作用的抗压强度提高系数，试验确定——灌浆体轴心抗压强度标准值——各单元灌浆体与地层的粘结强度锚杆的设计——锚头设计锚头是均衡地向锚杆体传递外力的主要部件。锚头通常由锚具、承压板和台座组成。锚头一般形式有：锚杆的设计——锚杆的防腐设计1.一般要求：应按锚杆的使用年限、锚杆所处环境的腐蚀程度及锚杆破坏后果等因素确定防腐类型与标准。锚杆防腐的有效期应当等于锚杆的有效期。锚杆在其全部自由长度上必须能够自由移动，锚杆试验与加荷时所有荷载都能由自由段传到锚固段。锚杆的防护设施必须具有足够的强度和韧性，在锚杆加荷时不致破坏。锚杆及其防护系统在制作、运输和安装过程中不应受到破坏。防护系统的材料在预料的工作环境内保持不开裂、不变脆或成为流体；具有化学稳定性，不与相邻材料发生反应，并保持其抗渗性。锚杆的设计——锚杆的防腐设计2.环境侵蚀性：PH<4.5电阻率<2000Ω.cm出现硫化物出现复杂电流或造成对其他地下混凝土结构的化学侵蚀3.锚杆的防护类型与等级一级防护：双层防腐保护，预应力筋全长均有套管二级防护：单层防腐保护，锚固段预应力筋仅用灌浆防腐锚杆的防腐保护决策图锚杆使用寿命临时（<24月）永久（>24月）地层侵蚀性有侵蚀无侵蚀二级防护无防护地层侵蚀性未知或有侵蚀无侵蚀一级防护严重破坏后果一级防护不严重地方价格增量便宜

昂贵一级防护二级防护锚杆的防腐保护要求防护等级锚杆类型锚头自由段锚固段拉力型压力型拉力型一级二级

过度管若暴露在空气中需加锚具罩

注入油脂的护套

外套注入水泥浆的光滑塑料管注入水泥浆的波纹管无粘结钢绞线与灌浆灌浆

无粘结钢绞线或外套注入水泥浆的光滑塑料管注入油脂的护套

过度管若暴露在空气中需加锚具罩

过度管若暴露在空气中需加锚具罩拉力型锚杆一级防护构造拉力型锚杆二级防护构造可重复张拉锚杆的锚头防护构造锚杆的设计——锚杆的张拉锁定影响锚杆初始张拉力的因素地层徐变钢质杆体的松弛套管与杆体钢材的摩擦地层内部粘性土层的压密预应力筋材锚固时的定位锚杆的变形锚杆变形组成：杆体自由段的弹性伸长、锚固体与地层间的剪切变形锚杆变形一般由试验确定，摩擦型可按下式估算：摩擦型锚杆的变形量估算——施加于锚杆上的拉力——锚固体直径——变形量——地层抗剪切系数——锚固自由段长度——锚固段长度——锚固体横截面积——锚杆杆体横截面积——锚固体弹性模量——锚杆杆体弹性模量——锚杆灌浆体弹性模量——锚杆灌浆体横截面积锚杆的设计——锚杆的张拉锁定锚杆初始张拉力（锁定荷载）值：岩体加固与边坡抗滑锚固，因岩体松散而施加的预应力或加固地基和抵抗下滑力而设置的锚杆，以拉力设计值（工作荷载）作为锁定荷载。结构物背面地层为松散土层，一般情况锁定荷载为设计拉力设计值的0