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1、第三章 土层锚杆,一、土层锚杆的构造 二、土层锚杆设计计算三、土层锚杆的施工四、土层锚杆的试验与观测,一、土层锚杆的构造,（一）锚杆的构造 （二）锚杆的分类 （三）锚杆(与其他支挡结构联合使用,单体锚杆组成,单体锚索组成,单体锚索组成,单体锚索组成,单体锚索组成,锚索结构示意图,1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-自由隔离层； 6-钻孔；7-对中支架；8-隔离架；9-钢绞线；10-架线环；11-注浆体；12-到向槽；Lf-自由段长度；La-锚固段长度,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。,（一）锚杆的构造,1-台座2-锚具3-承压板4-支
2、挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,(1)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。,（一）锚杆的构造,1-台座2-锚具3-承压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,(2)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计拉力。,（一）锚杆的构造,1-台座2-锚具3-承压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,(3)自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚
3、拉筋、防腐构造和注浆体组成。,（一）锚杆的构造,1-台座2-锚具3-承压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,（一）锚杆的构造,1-台座2-锚具3-承压板4-支档结构5-自由隔离层6-钻孔7-对中支架8-隔离架9-钢绞线l0-架线环ll-注浆体12-导向帽Lf-自由段La-锚固段,1、按是否预先施加应力分： 预应力锚杆和非预应力锚杆 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； 预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态。2、按锚固形态分： 圆柱形锚杆 端部扩大型锚杆 连续球型锚杆,（二）锚杆的分类,圆柱形锚
4、杆 锚杆的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度提供。,（二）锚杆的分类,该类锚杆适用于各类岩石和较坚硬的土层，一般不在软弱粘土层中应用，因软粘土层中的粘结摩阻强度较低，很难满足设计抗拔力的要求。,圆柱形锚杆,（二）锚杆的分类,1-台座2-锚具3-承压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,端部扩大型锚杆 锚杆的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度和扩大头处的端承强度共同提供。,（二）锚杆的分类,该类锚杆适用于粘土等软弱土层、因比邻地界限制土锚长度不宜过长的土层。,端部扩大型锚杆,（二）锚杆的分类,1-台座2-锚具3-承
5、压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-钢筋8-注浆体9-端部扩大体Lf-自由段长度La-锚固段长度,连续球型锚杆 锚杆的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度提供。,（二）锚杆的分类,该类锚杆适用于淤泥、淤泥质粘土等极软土层、或对锚固力有较高要求的土层。,端部扩大型锚杆,1-台座2-锚具3-承压板4-支挡结构5-钻孔6-自由隔离层7-止浆密封设备8-钢筋9-注浆体10-锚固体Lf-自由段长度La-锚固段长度,（二）锚杆的分类,1、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、挖孔桩或混凝土桩，锚杆可以是预应力或非预应力锚杆。,（三）锚杆与其他支挡结
6、构联合使用,2、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，锚杆可以是预应力锚杆或非预应力锚杆。,（三）锚杆与其他支挡结构联合使用,3、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岩石边坡或土质边坡支护。,（三）锚杆与其他支挡结构联合使用,4、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。,（三）锚杆与其他支挡结构联合使用,二、土层锚杆设计计算,（一）设计锚固力的确定 （二）锚杆钢筋截面面积计算 （三）锚固长度的确定 （四）锚杆的布置 （五）锚筋的选用,锚杆锚固设计
7、荷载的确定应根据边坡的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定。 首先应当计算边坡的推力或侧压力，然后根据支挡结构的形式计算该边坡要达到稳定需要锚固提供的支撑力。根据这个支撑力和锚杆数量、布置便可确定出锚杆锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。,（一）设计锚固力的确定,锚索的极限锚固力通常由破坏性拉拔试验确定。极限拉拔力指锚索沿握裹砂浆或砂浆固结体沿孔壁滑移破坏的临界拉拔力； 容许锚固力指极限锚固力除以适当的安全系数(通常为2.02.5)，它将为设计锚固力提供依据， 通常容许锚固力为设计锚固力1.21.5倍；设计锚固力根据滑坡体推力和安全系数确定。,（一）设计锚固
8、力的确定,预应力锚索将根据滑坡体结构和变形状况确定锁定值，即： (1) 当滑坡体结构完整性较好时，锁定锚固力可达设计锚固力的100% (2) 当滑坡体蠕滑明显，预应力锚索与抗滑桩相结合时，锁定锚固力应为设计锚固力的50%80%,（一）设计锚固力的确定,1、岩质滑坡锚固力计算,（一）设计锚固力的确定,1、岩质滑坡锚固力计算,（一）设计锚固力的确定,后缘裂缝静水压力V：,沿滑面扬压力U：,A地震加速度(重力加速度g),1、岩质滑坡锚固力计算,（一）设计锚固力的确定,2、堆积层(包括土质)滑坡锚固力计算,（一）设计锚固力的确定,根据传递系数法进行计算，考虑锚索沿滑面施加的抗滑力，可不考虑垂直滑面产生
9、的法向阻滑力，所需锚固力为：,T设计锚固力(kN/m)P滑坡推力(kN/m)锚索倾角(),滑坡防治工程设计与施工技术规范（DZ/T02192006）,2、堆积层(包括土质)滑坡锚固力计算,（一）设计锚固力的确定,三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求,（二）锚杆钢筋截面面积计算,1、滑坡防治工程设计与施工技术规范,（三）锚固长度的确定,内锚固段长度不宜大于10m，预应力锚索的锚固长度可根据理论计算、类比法和拉拔试验三种方法综合确定，其中经验类比方法更为重要。,1、滑坡防治工程设计与施工技术规范,（三）锚固长度的确定,T设计锚固力(kN)；K安全系数，取值2.04.0；n钢绞线根数；d钢绞线直
10、径(mm)；D孔径(mm)；C1砂浆与钢绞线允许粘结强度(MPa)；C2砂浆与岩石的胶结系数(MPa)，为砂浆强度的1/10除以安全系数1.753.0。,（1）理论计算,按锚索体从胶结体中拔出时，锚固长度(单位m)；,按胶结体与锚索体一起沿孔壁滑移，锚固长度(单位m)；,1、滑坡防治工程设计与施工技术规范,（三）锚固长度的确定,（2）类比法,锚固长度推荐值表,1、滑坡防治工程设计与施工技术规范,（三）锚固长度的确定,（3）拉拔试验,当滑体地质条件复杂，或防治工程重要时，可结合理论计算和类比方法，并对锚索进行破坏性试验，以确内锚固段的合理长度。 拉拔试验可分为7天、14天、28天三种情况进行，水
11、灰比按0.380.45调配。,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确定,预应力锚杆自由端长度不应小于5m，且应超过潜在滑移面。 锚杆的锚固段长度应按公式计算，同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩层锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D或6.5m,或55D或8m(预应力锚索)。 位于软质岩中的预应力锚索,可根据地区经验确定最大锚固长度。,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确定,预应力锚杆自由端长度不应小于5m，且应超过潜在滑移面。 锚杆的锚固段长度应按公式计算，同时，土层锚杆的锚固段长度不应小于
12、4m，且不宜大于10m；岩层锚杆的锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D或6.5m,或55D或8m(预应力锚索)。 位于软质岩中的预应力锚索,可根据地区经验确定最大锚固长度。,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确定,锚杆锚固体与地层的锚固段长度应满足：,Nak锚杆轴向拉力标准值(kN)； D锚固体直径(m)；frb地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），应通过试验确定，无试验资料是查表；1 锚固体与地层的粘结工作系数，对永久性锚杆取1.00，对临时性锚杆取1.33,（三）锚固长度的确定,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确
13、定,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确定,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（三）锚固长度的确定,2、建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002),（四）锚杆的布置,(1)锚杆上覆地层厚度应不小于4.0m，以避开车辆反复荷载的影响，也避免采用高压注浆使上覆土层隆起。 (2)锚杆水平与垂直间距不得小于1.5m，以避免群锚效应发生而降低锚固力；宜大于2.5m，避免应力集中。 (3)一般锚杆的安设角度不小于150，不大于450。,（四）锚杆的布置,(4)预应力锚索倾角主要由施工条件确定，可根据两种方法综合考虑其最优倾角,理论公式, 锚索倾
14、角（）； 滑面倾角（）； 滑面内摩擦角（）,实际经验,自由注浆锚索，锚固角倾角应大于11度，否则应增设止浆环进行压力注浆。,（四）锚杆的布置,(5)预应力锚索间距宜大于4m。 若锚索间距小于4m，需进行群锚效应计算。,A:日本VSL锚固设计施工规范采用公式：,B:日本VSL锚固设计施工规范采用公式：,D锚索最小间距（m）；T设计锚固力（kN）； d锚索钻孔孔径（m）；L锚 索长度（m）； 修正系数,取105 （kN2 m ） 。,（五）锚筋的选用,(1)普通的非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于450KN,长度最长不超过20m，一般选用普通、级热轧钢筋。 (2)预应力锚杆可选用、级冷拉热轧钢筋
15、或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。 (3)长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用钢绞线、高强钢丝，不仅可以降低锚固的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且还可以减少预应力的损失。,（五）锚筋的选用,（五）锚筋的选用,预应力锚索所采用的钢绞线应符合国标标准(GB/T522395、GB/T522495)，7丝标准型钢绞线参数如表,（五）锚筋的选用,预应力锚索所采用的钢绞线亦可按照美国标准(ASTMA41690a)、英国标准(BS589680)、日本标准(JISG353688) 执行。STMA41690a 7丝标准型钢绞线(270级)参数如表,（五）锚筋的选用,（五）锚筋的选用,三、
16、土层锚杆的施工,（一） 施工前的准备工作1. 施工前调查（1）锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料是否齐全；（2）施工场地调查，施工对交通的影响情况，对于新建中的公路可不考虑；（3）施工用水、用电条件调查；,（4）边坡工程周边可能对施工造成影响的各种状态调查；（5）对于城区公路边坡，考虑施工噪音、排污的影响；（6）掌握作业限制、环保法规或地方法令对施工造成的影响；（7）其他条件的调查，如施工用便道、气象、安全等条件。2. 施工组织设计 包括施工方法、施工程序、使用机械、工程进度、质量管理和安全管理等事项。,（二） 造孔 锚杆(索)施工的第一步就是按照施工图的要求钻孔，一般要求如下：（1）在
17、钻机安放前，按照施工设计图采用经纬仪进行测量放线确定孔位以及锚孔方位角，并作出标记。一般要求锚孔人口点水平方向误差不应大于50mm，垂直方向误差不应大于10Omm。（2）确定孔位后根据实际地层及钻孔方向选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角(即锚孔倾角)。,（3）在边坡锚固的钻孔过程中应注意岩芯的拾取，并尽量提高岩芯采取率，以求不断地准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚度，判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度，从而验证设计所依据的地勘资料，必要时修改设计。锚孔深度应超过设计长度0.5-1.Om，同时锚孔锚固段必须进入中风化或更坚硬的岩层，深度一般不得小于5m。,（三） 锚杆制作
18、与安装,在锚杆制作上，棒式锚杆的制作十分简单，一般首先按要求的长度切割钢筋，并在外露端加工成螺纹以便安放螺母，然后在杆体上每隔2-3m安放隔离件以使杆体在孔中居中，最后对杆体按要求进行防腐处理，这样棒式锚杆的制作便完成。此外对于各种锚杆还有以下要求：（1）严格按照设计进行钢筋（或钢绞线）选材。（2）严格按照设计长度进行下料。（3）锚杆组装可在严格管理下由熟练人员在工地制作。（4）锚束放人钻孔之前，应检查孔道是否阻塞，查看孔道是否清理干净，并检查锚索体的质量，确保锚束组装满足设计要求。安放锚束时，应防止锚束扭压、弯曲。,（四） 注浆施工,锚固的注浆是锚杆施工过程中的一个重要环节，注浆质量的好坏将
19、直接影响锚杆的承载能力。一般要求有：（1）按规定选择水泥浆体材料。（2）锚束浆液在28天龄期后要求抗压强度达到设计标号强度；当注浆为水泥砂浆时，一般选用灰砂比为1：11：2，水灰比为038048，且砂子粒径不得大于2mm，而二次高压注浆形成的连续球型锚杆的材料宜选用水灰比045050的纯水泥浆。,（3）注浆作业应连续紧凑，中途不得中断，使注浆工作在初始注入的浆液仍具塑性的时间内完成；在注浆过程中，边灌边提注浆管，保证注浆管管头插入浆液液面下5080cm，严禁将导管拔出浆液面，以免出现断杆事故。（4）二次高压注浆形成连续球型锚杆的注浆还应注意：一次常压注浆作业应从孔底开始，直至孔口溢出浆液；对锚
20、固体的二次高压注浆应在一次注浆形成的水泥结石体强度达到50MPa时进行，注浆压力和注浆时间可根据锚固体的体积确定，并分段依次由下至上进行。,（五） 锚杆的张拉与锁定,锚杆的张拉，其目的就是要通过张拉设备使锚杆杆体自由段产生弹性变形，从而对锚固结构施加所需求的预应力值。一般要求如下：（1）张拉设备要根据锚杆体的材料和锁定力的大小进行选择。（2）张拉前对张拉设备进行标定。（3）安装锚夹具前，要对锚具进行逐个严格检查。,（4）张拉前，必须待锚固段、承压台(或粱)等构件的混凝土强度达到设计强度方能进行张拉，同时必须把承压支撑构件的面整平，将台座、锚具安装好，并保正和锚索轴线方向垂直(误差5)。（5）张
21、拉应按一定程序和设计张拉速度(一般为40kNmin)进行。正式张拉前进行二次预张拉，张拉力为设计拉力的10-20。正式张拉荷载要分级逐步施加，不能一次加至锁定荷载。,施工注意事项,成孔质量包括三个方面(1)孔直度要高，即接换钻杆时，应确保钻机位置不动，保持一条中心线；(2)孔深应准确，即要求采用与锚杆等长的钻杆完成钻孔，误差不能大于2cm；(3)孔壁要清洁，钻孔完成后，应反复冲刷直至孔内出清水，不留煤岩粉。,施工注意事项,保证锚杆具有较高的初锚力(1)搅拌及时，匀速搅拌至孔底，并保证整个搅拌时间达到30s；(2)等待充分，确保50s后树脂凝固一次上紧；(3)掉顶处应及时采用各种规格的木楔调节，
22、木楔位置必须放置在钢带和金属网之间，使金属网紧贴岩面；(4)采用锚杆钻机检查螺母扭紧程度时，单体锚杆钻机不能继续转动；(5)必须有专人对锚杆进行二次加扭，使锚杆的预紧力达到设计要求。,施工注意事项,锚杆安装合格应有以下几个标志(1)丝扣外露40mm，确保锚杆上紧时，仍留有丝扣；(2)塑料减摩垫圈严重变形或挤出；(3)网应封闭顶帮岩煤体，金属网搭接长度为100mm，接扣间距50mm。,施工注意事项,锚索（梁）安装时注意事项(1)锚索钻孔的施工锚索钻孔施工的过程中，必须保证三径(钻孔直径、锚索直径、药卷直径)合理匹配；孔深要适当，不得过深或过浅，保证钢绞线外露150350mm；钻头直径为27mm，
23、钻孔要直，施工过程中尽量不要晃动钻机，防止将钻孔扩张。,施工注意事项,(2)安装药卷、锚索及搅拌时间锚索钻孔施工完毕后，立即安装药卷，1节K2550药卷加3节(或4节)Z2550药卷；树脂药卷安装后，推进钢绞线挤压树脂入孔底，再搅拌2030s，保证钢绞线深入孔底； 锚索锚固效果差时，可在锚索锚固段用一些细铁丝做成毛刺，成“”型，同时在锚固段底部加挡环，辅以搅拌药卷，保证药卷的搅拌均匀到位。,锚杆支护新工艺,四、 土层锚杆试验与观测,锚杆的性能试验(又称为破坏性试验或基本试验)是在锚固工程开工前为了检验设计锚杆性能所进行的锚杆破坏性抗拔试验，其目的是为了确定锚杆的极限承载力，检验锚杆在超过设计拉
24、力并接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，及时发现锚索设计施工中的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。,（一） 锚杆的性能试验,（二） 锚杆（索）的验收试验,锚杆验收试验是在锚固工程完工后为了检验所施工的锚杆是否达到设计的要求而进行的检验性抗拔试验，该试验起到鉴别工程是否符合要求的目的。锚杆验收试验满足以下条件，即为合格： （1）验收试验所得的总弹性位移超过自由段长度理论弹性伸长的80，但小于自由段长度与12锚固段长度之和的理论弹性伸长。（2）在最大试验荷载作用下，锚头位移趋于稳定。,（三） 锚杆（索）的蠕变试验,在软粘土中设置的锚杆，在较大荷载作用下会产生很大的蠕
25、变变形，为了掌握软粘土中的锚杆的工作特性，国内外的有关标准都对锚杆的蠕变试验作了相应的规定。我国有关锚杆标准规定，凡塑性指数大于20的土层中的锚杆，均应进行蠕变试验，且试验的根数不应少于3根。,蠕变试验的加荷等级和观测时间应满足表6.13的要求，在观测时间内，荷载必须保持恒定，每级荷载下观测蠕变量随时间的变化。最后将每级荷载下的锚杆蠕变量一时间对数曲线在slgt坐标系中绘出。定义Slgt曲线的斜率值(slgt曲线为直线)为蠕变系数。,式中：Ks某一级荷载下的蠕变系数；s1t1时刻的蠕变量；s2t2时刻的蠕变量。锚杆蠕变试验所测得的最后一级荷载下的最终一段观测时间内的蠕变系数不应大于2.0mm。,（四） 锚杆（索）的长期观测 锚杆张拉锁定后第一个月内每日观测1次；2-3个月内每周观测1次；4-6个月内每月观测3次；7个月-1年内每月观测2次；1年以后每月观测1次。在观测工程中，如出现异常，应立即进行检查，处理完毕后，方能继续观测。,
