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1、第六讲岩土锚固技术,边坡防护技术讲义,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,岩土锚固技术是一种把受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身强度和自稳能力的工程技术。具体做法是，在天然地层中钻孔直至稳定地层中，插入钢筋或钢绞线，然后在孔中灌注水泥砂浆，形成拉杆。这种拉杆一般称为锚杆或锚索，其中置于稳定地层中的锚杆(或锚索)部分称为锚杆(索)的锚固段。岩土锚固技术可用于临时性支护结构，也可用于永久性建筑工程中，是建筑工程中的一项实用新技术，在国内外得到了广泛的、愈来愈多的运用。,一.岩土锚固技术概念,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,岩土锚固的基本原理，就是利用锚杆或锚索周围岩土的抗剪强度来传递结构物的拉
2、力，将下滑推力传递给地层深处的稳定岩土体，以保持边坡的稳定。具体说，就是利用锚杆或锚索的锚固段的抗拔能力，通过锚杆(索)的钢筋或钢绞线，将不稳定边坡的下滑推力传递给稳定地层，将边坡、锚杆(索)以及稳定地层构成一个结构体系，达到维持土体或岩体的边坡(或地基)稳定的目的。,二.岩土锚固基本原理,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,1.结构效果用锚杆(索)加固边坡后，可使锚杆骨架和边坡岩体连锁在一起，形成一个共同工作的复合结构。2.抗剪效果当边坡滑动时，锚杆(索)在滑面位置受剪，起到抗剪作用。3.锚固效果靠深入滑面以下的锚固段起作用，可提供边坡承受外荷载的抗力。4.加固作用可以增强地层的强度，改善地
3、层的力学性能。5.加强作用可以使锚固地层产生压应力，并可对加固地层起到加筋作用。,三.锚杆(索)加固边坡的主要效果,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,由于锚杆(索)加固边坡岩土锚固技术加固边坡具有上面的效果，因此岩土锚固技术加固边坡具有下面的特点：1.即时岩土锚固技术能在地层开挖后，迅速提供支护抗力，有利于保护地层的固有强度，阻止地层的进一步扰动，从而有效地控制变形的发展，提高施工过程的安全性。2.滑动面岩土锚固技术能直接作用于地层中软弱结构面和潜在滑移面，提高其抗剪强度，改善地层岩土体的应力状态及力学性能，使边坡向有利于稳定的分析发展。,四.锚杆(索)加固边坡的特点,6.1概述,6.1.1
4、岩土锚固技术,3.共同工作岩土锚固可将结构物和地层紧密地连接在一起，充分调动岩土体自身的强度和自稳能力，使之能够与结构物形成共同的工作体系，从而能够显著地节约工程材料，提高经济效益。4.灵活锚杆(索)的作用部位、方向、结构参数、布设密度及施作时间等都可以根据需要方便地设定和调整，从而能以最小的支护抗力，达到最佳的稳定效果。5.全面岩土锚固技术应用的灵活性与施工的快速性，使得其对于预防和整治边坡、加固和抢修出现病害的结构物都具有独特的功效，有利于确保工程的安全。,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,五.锚杆(索)的应用,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,下面
5、所示为岩土锚固技术的实例。即通过锚杆(索)将不稳定边坡锚固到稳定地层的做法。,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,深圳黄贝岭边坡工程,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,山西省运城三门峡高速公路K14+200高边坡（高64m）治理后,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,徽杭高速公路竹岭隧道西进口左侧滑坡治理工程近竣工,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,徽杭高速公路竹岭隧道西进口左侧滑坡治理工程近竣工,6.1概述,6.1.1岩土锚固技术,6.1概述,6
6、.1.1岩土锚固技术,6.1概述,如前所述，在天然地层中钻孔直至稳定地层，插入钢筋或钢绞线，然后在孔中灌注水泥砂浆，形成拉杆。这种拉杆即为锚杆或锚索，其中置于稳定地层中的锚杆(或锚索)部分称为锚杆(索)的锚固段。锚杆或锚索的划分主要根据所用材料，采用螺纹钢等硬性材料的拉杆称为锚杆，采用是钢绞线等索状柔性材料的拉杆称为锚索。锚杆和锚索在加固技术和作用方面存在不同。,一.锚杆与锚索,6.1.2锚杆和锚索,锚杆是一种受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在岩土体中，将支挡结构和其他结构所承受的荷载(侧向土压力、水压力以及上浮力、倾覆力、拉拔力等)通过拉杆传递到稳定岩土层中的锚固体上，在由锚固
7、体将传来的荷载分散到周围稳定的岩土层中去。当锚杆锚固段受力时，首先通过拉杆与周边水泥沙浆(水泥浆)固结体之间的握裹力传到固结体中，然后通过固结体传到周围岩土体。,6.1概述,二.锚杆(索)的作用原理,6.1.2锚杆和锚索,6.1概述,6.1.2锚杆和锚索,1.材料如前所述，锚杆用的是硬性材料，是主动的硬性支护，锚索用的是柔性材料，是主动的柔性支护。因此，锚索允许被加固体有较大变形和位移；锚杆则在被加固体发生较大变形和位移情况下发生破坏。2.加固深度锚杆的加固深度一般在数米至十余米；锚索的加固深度一般在数十米甚至数百米。3.加固力锚杆所能提供的加固力较小，通常为数十吨；锚索则能提供数百吨的加固力
8、。4.加固深度锚杆的加固深度一般在数米至十余米；锚索的加固深度一般在数十米甚至数百米。,三.锚杆与锚索的不同,6.1概述,6.1.3锚杆,一.锚杆受力示意,6.1概述,锚杆一般为灌浆锚杆，由拉杆、锚头、腰梁、自由段保护套管和锚固体等组成。,6.1.3锚杆,二.锚杆的构造,锚头,自由段,锚固段,可以将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系就是锚杆。大的方面可将其分为锚头、自由段和锚固段三部分。,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,6.1概述,6.1.3锚杆,锚头,自由段,锚固段,6.1概述,6.1.3锚杆,1.锚头装置,锚杆外
9、端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件就是锚头，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋以及腰梁组成。,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,6.1概述,6.1.3锚杆,锚头,6.1概述,6.1.3锚杆,6.1概述,6.1.3锚杆,2.腰梁 腰梁是传力结构，将锚头的轴向拉力传导支挡结构上。腰梁设计要充分考虑支护结构的特点、材料、锚杆倾角、受力(特别是轴向力的垂直分力的大小)等情况。,6.1概述,6.1.3锚杆,3.拉杆 常用的锚杆拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线，一般把采用钢管或粗钢筋作拉杆的锚杆称锚杆，而用钢丝束或钢绞线的称为锚
10、索。究竟采用荷重拉杆，主要根据设计轴向承载力和现有材料的情况来选择。,6.1概述,6.1.3锚杆,4.锚固段 锚固段是指处于潜在滑动面以外的稳定土体中的锚杆尾端部分，通过锚固体与土体之间的相互作用，将拉杆的轴力传递到稳定土层。锚固体提供的锚固力的大小是保证支挡结构等稳定的关键。,6.1概述,6.1.3锚杆,锚固段是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。,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,6.1概述,6.1.3锚杆,锚固段,5.自由段 自由段由保护套管对自由
11、段的锚杆起防腐和隔离作用。,6.1概述,6.1.3锚杆,自由段是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。,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,6.1概述,6.1.3锚杆,自由段,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,6.1概述,6.1.4锚索,锚索与锚杆相似，同样是由锚头、自由段和锚固段组成。但锚杆的拉杆是钢筋，锚索的拉杆是钢绞线。,锚头,自由段,锚固段,6.1概述,6.1.4锚索
12、,锚索的拉杆是钢绞线，由于钢绞线相对刚度较低，为了保证钢绞线能够顺利埋设，需要设置导向帽、隔离架和架线环。,6.1概述,6.1.4锚索,按是否施加预应力可分为预应力锚杆(索)和非预应力锚杆(索)非预应力锚杆(索)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(索)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。,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,一.按是否施加预应力分类,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,四.按锚固形态分类,按锚固形态可将锚杆(索)分为圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆(索)和连续球型锚杆(索)。,三.按拉杆材料分类,按拉杆材料可分为：钢管锚杆、钢筋锚杆、钢丝
13、束锚杆和钢绞线锚杆。,二.按使用期限分类,按使用期限可分为：临时性锚杆和永久性锚杆。,1.圆柱形锚杆 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。,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。,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,圆柱形锚杆,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-钢筋8-注浆体Lf-自由段长度La-锚固段长度,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,2.端部扩大型锚杆(索)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。
14、,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。,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,端部扩大型锚杆(索),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9-端部扩大体Lf-自由段长度La-锚固段长度,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,3.连续球型锚杆(索)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。,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。,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,连续球型锚杆(索),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-
15、注浆体10-锚固体Lf-自由段长度La-锚固段长度,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,五.按锚固段受力形态分类,按锚固段受力形态可分为：拉力型锚杆、压力型锚杆、拉力分散型锚杆、压力分散型锚杆、拉压分散型锚杆等。,6.1概述,6.1.5锚杆(索)分类,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。,6.1概述,6.1.6锚杆(索)与其他支挡结构联合使用,一.锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,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(索)或非预应力锚杆(索)。,6.1概述,6.
16、1.6锚杆(索)与其他支挡结构联合使用,二.锚杆与钢筋混凝土格构联合使用,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。,6.1概述,6.1.6锚杆(索)与其他支挡结构联合使用,三.锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用,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。,6.1概述,6.1.6锚杆(索)与其他支挡结构联合使用,四.锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用,6.2锚杆(索)设计,6.2.1设计基本原则,锚杆(索)锚固设计时，应充分研究锚固工程的安全性、经济性和施工的可行性。永久性锚杆的锚固段不应设置在有机质土、液限
17、大于50或相对密度小于0.3的土层中。这是因为机质土会引起锚杆的腐蚀破坏；液限大于50%的土具高塑性，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0.3的土较松散不能提供足够锚固力。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。锚杆的钢筋必须符合有关国家标准，且应有效防腐。,收集资料,边坡稳定性及破坏方式分析,锚杆(索)的选型和布置,边坡支护后稳定性分析,得到每根锚杆的锚固力,计算锚筋截面,确定锚固段长度,确定自由段长度和总长,出图并进行施工设计,6.2锚杆(索)设计,6.2.2设计基本步骤,6.2锚杆(索)设计,6.2.3地质资料及边坡分析,边坡岩土工程设计时，需
18、要了解工程范围内的岩土性状、抗剪强度、地下水、地震等资料，对于土质边坡还需要了解土体的物理性质和物理状态指标。了解边坡的地质资料后，需要对其破坏方式进行判断，按照相应的计算方法(单一滑面法、圆弧条分法、不平衡推力传递系数法)进行稳定性分析，计算出边坡作用在支挡结构上的侧压力，并据此进行锚杆(索)的布置。,6.2.4锚杆(索)布置,6.2锚杆(索)设计,一.常用边坡锚杆形式,常用边坡锚杆型式,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
19、般锚杆的安设角度不小于150，不大于450。,6.2.4锚杆(索)布置,6.2锚杆(索)设计,二.锚杆布置要求,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。,6.2锚杆(索)设计,6.2.4锚杆(索)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
20、长度（m）；修正系数,取105（kN2 m）。,6.2锚杆(索)设计,6.2.4锚杆(索)布置,6.2锚杆(索)设计,6.2.4锚杆(索)布置,6.2锚杆(索)设计,6.2.4锚杆(索)布置,采用锚杆(索)加固边坡，需要锚杆(索)能够提供足够的抗滑力，以有效地阻止坡体滑移。锚杆(索)提供的抗滑力，就是锚杆(索)的锚固力。此锚固力是拉杆的轴向拉力，方向沿锚杆(索)的轴线方向，大小按计算确定。其计算方法是，将锚杆(索)结构和滑坡体以及其他支挡结构一起，组成完整的结构体系。然后根据力及力矩的平衡条件，最终确定各个锚杆的锚固力。针对锚杆处于岩体内或土体内，采取相应方法计算锚固力，具体计算方法如下。,6
21、.2锚杆(索)设计,一.锚固力,6.2.5锚固力的确定,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,二.岩质边坡锚固力计算,1.无裂隙静水压力时，公式如下所示。式中参数见图。,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),6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,2.有裂隙静水压力时，公式如下所示。式中参数见图。,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,1.条分法计算 在土层中，边坡安设锚杆(索)后，锚杆(索)会提供沿拉杆轴向的拉力。此拉力可从两个方面作用于滑坡体，一是沿滑面法向的分力PN，作用于滑面，会增大滑面的摩阻力；二是沿滑面切向的分力PT，会直接产生
22、阻滑力。土质边坡锚固力计算可见下页图。可根据图中力的平衡，采用条分法进行计算，可以得到边坡加固后的安全系数。,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,三.土质边坡锚固力计算,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,滑动面,锚固段,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,Ni作用在第i条滑面上的法向力；Ti作用在第i条滑面上的切向力；ci第i条滑面上的粘聚力；Li第i条滑面长度；PN锚杆锚固力沿滑面法向的分力；PT锚杆锚固力沿滑面切向的分力；滑面上土的内摩擦角。,式中：,2.不平衡推力传递系数法计算 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的法向
23、阻滑力，所需锚固力为：,T设计锚固力；P滑坡推力；锚索倾角。,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,1.设计锚固力Pt 通过边坡的稳定性分析，根据滑坡体推力和安全系数，计算出锚杆(索)需要提供的拉力，这个需要的拉力就是锚杆(索)的设计锚固力，亦称为锚固力标准值。2.容许锚固力Pa 容许锚固力是锚杆(索)设计时，进行拉杆钢筋和锚固段长度验算时采用的拉杆拉力值。为设计锚固力的1.21.5倍，其取值即为设计锚固力乘以1.21.5的安全系数K，亦称为锚固力设计值。,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,四.锚固力取值,3.极限锚固力Pu 极限锚固力是锚索沿握裹砂浆或砂浆固结体沿孔壁滑移
24、破坏的临界拉拔力，亦称为锚固力极限值。极限锚固力可以通过破坏性拉拔试验得到，即取破坏性试验时，锚杆(索)的最大拉力值。4.容许锚固力Pa与极限锚固力Pu 如前所述，容许锚固力Pa为设计锚固力Pt乘以安全系数K得到，其值不能小于极限锚固力Pu除以相应的安全系数，此安全系数通常取为2.02.5。即应有：设计时依实际情况取值。,6.2锚杆(索)设计,6.2.5锚固力的确定,当锚杆锚固段受力时，首先通过拉杆与周边水泥沙浆(水泥浆)固结体之间的握裹力传到固结体中，然后通过固结体传到周围岩土体。传递过程随着荷载的增加，拉杆与固结体之间的握裹力发挥到最大时，锚固体与岩土体之间就会发生相对位移，产生土与锚固体
25、之间的摩阻力，直到极限摩阻力。锚杆(索)的作用就是要提供足够的锚固力，因此锚杆(索)的验算目的就是要求其受力大于其设计锚固力前不会破坏。因此，可以从锚杆的破坏形式入手，了解锚杆(索)的验算内容。,6.2.6锚杆(索)的破坏,6.2锚杆(索)设计,一.锚杆(索)的作用原理,锚杆(索)的破坏形式通常有4种：1.锚拉杆钢筋被拉断；2.拉筋(锚拉杆)从筋浆界面处脱出；3.锚固体从浆土界面处脱出；4.连锚带岩土一起拔出。前3种指的是单根锚杆的抗拔力(即承载力)问题，属于锚杆的强度破坏问题；第4种即破坏面在土体内部的破坏形式，属于锚杆与土总体稳定性破坏问题。,二.锚杆(索)的破坏形式,6.2锚杆(索)设计
26、,6.2.6锚杆(索)的破坏,6.2锚杆(索)设计,N锚杆(索)要达到的锚固力设计值；K安全系数，对于临时锚杆(索)取1.61.8；对于永久锚杆(索)取2.22.4；Ag由N计算出的锚杆(索)钢筋最小截面；fptk钢筋(钢丝、钢绞线)抗拉强度设计值。,式中：,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,一.锚杆(索)钢筋的截面积,为了避免出现前面的第一种破坏形式，要求拉杆的钢筋不会被拉断，可以由下面公式计算出锚杆(索)要达到设计荷载N所需的最小钢筋截面。,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、级冷拉热轧钢筋或其他等级
27、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。,二.锚杆(索)钢筋的选用,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,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,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,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(JISG35
28、3688)执行。STMA41690a 7丝标准型钢绞线(270级)参数如表,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,6.2锚杆(索)设计,6.2.7锚杆(索)钢筋的设计,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,一.计算内容,为了避免出现前面的第二、第三种破坏形式，即避免拉筋从筋浆界面处脱出或避免锚固体从浆土界面处脱出，要求锚杆(索)的锚固段要有足够的长度，以便于锚固力可以传递到稳定地层中。因此锚杆(索)的锚固段长度的确定，就应该包括两方面内容：1.握裹长度锚固段足够长，足以保证锚杆(索)钢筋(钢绞线)间的握裹力不小于极
29、限锚固力。2.粘结长度锚固段足够长，足以保证锚杆(索)刚体与岩土体间的粘结力不小于极限锚固力。,6.2锚杆(索)设计,Pu极限锚固力；dg锚筋直径；qg钢筋与砂浆间极限粘结强度标准值；Lg最小握裹长度；Ng锚杆锚固力设计值；n锚筋数量；K安全系数，临时锚杆1.51.8；永久2.02.3。,式中：,6.2.8锚固段长度确定,二.握裹长度计算,极限锚固力应：,握裹长度：,握裹力应满足：,6.2锚杆(索)设计,Pu极限锚固力；d锚杆(索)直径；qs锚固体表面与周围岩土体间粘结强度标准值；Lm最小粘结长度；Ng锚杆锚固力设计值。K安全系数，临时锚杆1.61.8；永久2.22.4。,式中：,6.2.8锚
30、固段长度确定,三.粘结长度计算,极限锚固力应：,粘结长度：,粘结力应满足：,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,四.计算用表,钢筋与砂浆间极限粘结强度标准值qg,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,锚固体表面与周围岩土体间粘结强度标准值qs,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,五.构造要求,1.总长锚杆总长为“锚固段+自由段+锚头”之和。预应力锚杆(索)自由段不小于5.0m，非预应力的无明确要求。锚固段长度土层中的不大于14.0m，不小于4.0m；岩层锚固段长度不大于10.0m，不小于3.0m。2.对中支架沿轴线方向每隔1.02.0m设一个。3.砂浆要求砂浆
31、要采用水泥砂浆，其强度设计值不低于M20。,1.构造要求 内锚固段长度不宜大于10m，不宜小于4m，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。,六.滑坡防治工程设计与施工技术规范方法,6.2.8锚固段长度确定,6.2锚杆(索)设计,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。,2.理论计算,1)按锚索体从胶结体中拔出时，锚固长度；,2)按胶结体与锚索体一起沿孔
32、壁滑移，锚固长度；,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,3.类比法,锚固长度推荐值表,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,4.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，水灰比按0.380.45调配。,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,1.构造要求 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
33、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。,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,六.建筑边坡工程技术规范(GB50330-2002)方法,2.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，无试验资料时查表；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1.33,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固
34、段长度确定,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,6.2锚杆(索)设计,6.2.8锚固段长度确定,锚杆(索)的锚固体与地层的锚固段长度确定后，其总长度就可以确定了。由前面锚杆(索)的构造或组成可以得到，锚杆(索)的总长度应为“锚固段长度+自由段长度+锚头部分拉杆长度”。即：,6.2锚杆(索)设计,6.2.9锚杆(索)总长度确定,其中锚杆(索)的锚固段长度La由前面计算得到；自由段长度Lf按照滑坡体实际情况确定，但需注意，预应力锚杆(索)自由段长度不应小于5.0m；锚头需要的钢筋长度，可以根据锚具的需要以及规范构造要求确定。,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
35、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%。3.当边坡具有崩塌性时，锁定锚固力应为设计锚固力的30%70%。4.当支挡结构容许变位时，锁定锚固力可取设计锚固力的50%70%。,6.2锚杆(索)设计,6.2.10预应力锚杆锁定荷载,预应力岩石锚杆(索)和全粘结岩石锚杆按照刚性拉杆考虑。自由段无粘结的岩石锚杆水平刚度系数Kh按下式计算，再按照混凝土规范计算锚杆的弹性变形。,6.2锚杆(索)设计,6.2.11锚杆弹性变形计算,Kh锚杆水平刚度系数(kN/m)；A杆体截面面积(m2)；lf锚杆无粘结
36、自由段长度(m)；Es杆体弹性模量(kN/m2)；锚杆倾角(0),1.锚固体防腐 锚固体一般除锈后直接用水泥砂浆密封防腐。2.自由段防腐 锚筋为HRB335、HRB400钢筋时，自由段可采用除锈、刷沥青船底漆二度、沥青玻纤布裹缠二层的方法防腐；锚筋为钢绞线、精轧螺纹钢筋时，自由段采用除锈、刷沥青船底漆后绕扎塑料布，在塑料布上再涂润滑油，最后装入塑料套管中，形成双层防腐，自由端套管两端100200mm范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。,6.2锚杆(索)设计,6.2.12锚杆(索)防腐设计,3.锚头防腐 锚头包括承压板、锚具等。承压板应刷沥青。一次灌浆硬化后，需再次灌水泥浆和润滑油，充填硬化后
37、的残留空隙。锚杆非锚固段外端应伸入钢筋混凝土构件内50mm以上。不需再次张拉的锚杆，其锚头的锚具须涂润滑油或沥青后，用内配钢筋网的混凝土罩封闭，混凝土强度不低于C30，厚度不小于100mm，混凝土保护层不小于30mm。需再次张拉的锚杆，其锚头的锚具须采用盒具密封，盒具的空腔内必须有润滑油充填。,6.2锚杆(索)设计,6.2.12锚杆(索)防腐设计,6.3锚杆(索)施工,6.3.1成孔,6.3锚杆(索)施工,6.3.1成孔,6.3锚杆(索)施工,6.3.2安放锚杆,6.3锚杆(索)施工,6.3.2安放锚杆,6.3锚杆(索)施工,6.3.2安放锚杆,6.3锚杆(索)施工,6.3.3灌浆,6.3锚杆
38、(索)施工,6.3锚杆(索)施工,6.3锚杆(索)施工,6.3锚杆(索)施工,6.3锚杆(索)施工,6.3锚杆(索)施工,6.3锚杆(索)施工,1.锚杆(索)的性能试验亦称破坏性试验或基本试验，是在工程开工前为了检验锚杆(索)的设计正确性而进行的锚杆(索)破坏性抗拔试验。2.锚杆(索)性能试验的目的确定所设计的锚杆在设计位置的极限承载力，了解锚杆抵抗破坏时和承受荷载后的力学性状，为锚固工程设计提供可靠的依据。3.试验要求基本试验数量不应少于3根，其锚杆参数、材料、施工工艺、地质条件和拟设计的锚杆相同。张拉过程采用逐级循环加载。,6.4锚杆(索)的试验,6.4.1性能试验,6.4锚杆(索)的试验
39、,锚杆性能试验加荷过程及观测时间,4.性能试验张拉采用的逐级循环加载，每级循环荷载的增量为0.10.15Agfptk(fptk为所配锚筋的抗拉强度设计值)，见下表。,6.4.1性能试验,6.4锚杆(索)的试验,试验张拉过程采用的逐级循环加载，每级循环荷载的增量为0.10.15Agfptk；在各级荷载下锚筋受力及伸长量测应同步进行，每一循环中的最大荷载稳定时间为10min，其余均为5min；最大荷载为锚杆的破坏荷载，但不应超过锚筋强度标准值的0.8倍(即0.8fptk)。5.施工完成后待砂浆达到70%以上的强度才能进行抗拔试验，试验开始时每级荷载按事先预计极限荷载的1/10施工，同时按有关规程读
40、数，最终绘制成荷载变位曲线图和变位量稳定时间曲线，以明显的转折点作为屈服拉力。,6.4.1性能试验,1.锚杆(索)的验收试验在工程完工后为了检验施工质量而进行的检验性抗拔试验。2.锚杆(索)验收试验的目的检验所施工的锚杆(索)是否达到设计要求，及时发现锚杆设计施工中的缺陷，并判定工程锚杆是否符合设计要求。3.试验要求验收试验锚杆的数量应取锚杆总数的5%，且不得少于最初施做的3根。验收试验的最大试验荷载，对于永久性锚杆，取为设计轴向拉力值的1.5倍；对于临时性锚杆，取为设计轴向拉力值的1.2倍。张拉过程同样采用逐级循环加载。,6.4锚杆(索)的试验,6.4.2验收试验,4.验收试验当满足1)测得
41、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1/2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。5.验收试验加荷等级与观测时间如下。,6.4锚杆(索)的试验,6.4.2验收试验,锚杆验收试验加荷等级与观测时间,6.4锚杆(索)的试验,6.4.3试验结果,下面所示为某工程所做的性能试验和验收试验的结果(QS曲线)。,6.4锚杆(索)的试验,6.4.3试验结果,对锚杆(索)性能试验的QS曲线结果进行整理，可得到锚杆(索)的拉力和变形关系。,锚杆(索)施工完毕后，为了了解锚杆预应力损失情况和锚杆的位移变化规律，以便确认锚杆的工作能力，需要对锚杆进行长期
42、观测。在观测过程中，如发现锚杆的工作性能较差或不能完全承担锚固力，可根据观测结果，采用二次张拉锚杆或增设锚杆数量等措施，以保证边坡锚杆过程的可靠性。锚杆预应力变化监测可用测力计，位移变化监测可用位移计。测力计和位移计可见下图。,6.4锚杆(索)的试验,6.4.4长期观测试验,6.4锚杆(索)的试验,6.4.4长期观测试验,6.4锚杆(索)的试验,6.4.4长期观测试验,6.5土钉墙支护,6.5.1土钉墙支护,当锚杆不够长，达不到滑动面时，加锚的岩体如图一个虚拟的重力挡土墙一样，对边坡起到支撑作用，同时在坡面挂钢筋网并喷射混凝土层，构成土钉墙支护。结构其主要作用是增加滑动面的抗滑摩阻力。土钉支护
43、结构 的受力特点与锚杆(索)不同，土钉墙 中，土钉群是共同 受力、以整体作用 考虑的，采用另外 计算公式计算。,6.5土钉支护,6.5.2土钉支护稳定性验算,土钉墙的特性是土和土钉共同工作，其受力状态复杂。土钉墙支护一般应用于土质边坡或土质基坑的支护，其稳定性验算比较适合条分法。据规范建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)第5.1.1条，土钉墙支护的边坡，其整体稳定性采用圆弧滑动法(即瑞典圆弧法)进行验算。计算时通过搜索不同圆心及半径的的所有潜在滑动圆弧，来确定抗滑力矩与滑动力矩之比的最小值。土钉墙是分层开挖、分层设置土钉及面层而形成的。每一开挖状况都可能是不利状况，同时还需要对每一开
44、挖工况进行土钉墙整体滑动稳定性验算。,一.计算方法,6.5土钉支护,6.5.2土钉支护稳定性验算,土钉墙的计算简图如下所示：,二.计算简图,6.5土钉支护,6.5.2土钉支护稳定性验算,采用圆弧滑动条分法时，其整体滑动稳定性为：,三.土钉墙稳定性验算,式中参数定义：Ks圆弧滑动安全系数；Ks,j第i个圆弧滑动体抗滑力矩与滑动力矩的比值；cj、j第j土条滑弧面处土粘聚力、内摩擦角；bj地j土条的宽度；,6.5土钉支护,6.5.2土钉支护稳定性验算,j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角；lj第j土条的滑弧长度，取；qj第j土条上的附加分布荷载标准值(超载)；Gj第j土条的自重，按天然重度计算
45、；Rk,k第k层土钉的极限抗拔承载力(滑面外)；k第k层土钉的倾角；k滑弧面在第k层土钉处的法线与垂直面的夹角；sx,k第k层土钉的水平间距；v计算系数，可取；第k层土钉与滑弧交点处的内摩擦角。,6.5土钉支护,6.5.3土钉极限承载力验算,单根土钉的抗拔承载力按照下图所示的假定直线滑动面以外的土钉的抗拔承载力确定。单根土钉拉力取分配到每根土钉的土钉墙墙面面积上的土压力。,一.计算简图,6.5土钉支护,6.5.3土钉的极限承载力,土钉的抗拔承载力按照下式确定，是按照控制单根土钉拔出或土钉杆体拉断所造成的土钉墙局部破坏确定的。,二.单根土钉极限承载力,Kt土钉抗拔安全系数；安全等级为二级、三级的
46、土钉墙，Kt分别不小于1.6、1.4；Nk,j第j层土钉的轴向拉力标准值；Rk,j第j层土钉的极限抗拔承载力标准值。,6.5土钉支护,6.5.3土钉的极限承载力,单根土钉轴向拉力标准值为：,三.单根土钉轴向拉力标准值,Nk,j第j层土钉的轴向拉力标准值；j第j层土钉的倾角；墙面倾斜时的主动土压力折减系数；j第j层土钉轴向拉力调整系数；pak,j第j层土钉处的主动土压力标准值；sx,j土钉的水平间距；sz,j土钉的垂直间距。,6.5土钉支护,6.5.3土钉的极限承载力,四.坡面倾斜时的主动土压力折减系数,土钉墙坡面与水平面的夹角；m基坑底面以上各土层按厚度加权的等效内摩擦角平均值。,6.5土钉支
47、护,6.5.3土钉的极限承载力,五.土钉轴向拉力调整系数,zj第j层土钉至基坑顶面的垂直距离；h基坑深度；Eaj作用在以sx,j和sz,j为边长的面积内的主动土压力标准值；a计算系数；b经验系数，可取0.61.0；n土钉层数。,6.5土钉支护,6.5.3土钉的极限承载力,六.单根土钉的极限抗拔承载力,dj第j层土钉的锚固体直径；对成孔注浆土钉，按成孔直径计算，对打入钢管土钉，按钢管直径计算；qsk,i第j层土钉与第i层土层的极限粘结强度标准值，应根据工程经验和下页表格计算；li第j层土钉滑动面以外的步伐在第i土层中的长度，直线滑动面与水平面的夹角取。,土钉的直线滑动面可见后面图。,6.5土钉支
48、护,6.5.3土钉的极限承载力,表5.2.5 土钉的极限粘结强度标准值,6.5土钉支护,6.5.3土钉的极限承载力,2.(25分)图示为一层状边坡存在单一软弱面AB，该软弱面的内摩擦角为，单位粘聚力为，岩石重度，其中可能滑坡体面积，滑体长，边坡安全系数为。要求：1)判断此边坡的稳定性。2)假定此滑坡体不稳定，拟设置一道预应力圆柱形锚杆的方法对边坡支护，锚杆的夹角取200,锚头距地面4m。锚杆采用级钢筋(钢筋直径不限)，砂浆强度为M30，孔壁摩擦力为0.15MPa，孔径0.12m，试选择此锚杆的钢筋并计算锚固段长度(K均为1.2)。,6.6习题,2.8习题,解无张节理岩质边坡稳定计算公式,取边坡
49、稳定系数K=1.2，则有：,2.8习题,计算出T=108.27kN。,1.拉杆截面所需总面积,选122钢筋，其,2.拉杆与砂浆间握裹长度(qg=2700kPa),3.砂浆与岩土体间粘结长度(qs=0.15MPa),4.锚固段长度,5.锚杆(索)总长,2.8习题,2.8习题,3.下图所示为一层状边坡，(沿ABD方向)存在单一软弱面，该软弱面的内摩擦角为=150，其单位粘聚力为c=20kPa，岩石重度r=24kN/m3。岩石沿BC出直立张节理，在暴雨情况下临时充水至Zw=2m，且沿软弱面AB渗流，并从滑动面出露处(A点)流出。1)下图H=8m，=400，=650，Z=3m，L=7.78m，滑块面积
50、S=17.85m2，边坡安全系数为K=1.2。要求判断此边坡ABC的稳定性。(12分)2)假定此滑坡体不稳定，拟设置一道预应力圆柱形锚杆的方法对边坡支护，锚杆的夹角取180,锚头距地面4m(居中)。锚杆采用级钢筋(钢筋直径不限)，砂浆强度为M35，孔壁摩擦力为0.1MPa，孔径0.15m，试选择此锚杆的钢筋并计算锚固段长度(K均为1.3)。,2.8习题,L=7.78m,S=17.85m2,180,解有张节理岩质边坡有静水压力时,则边坡稳定系数：,2.8习题,得到T=170.5kN；(K=1.3时，T=207.76kN)。,张节理静水压力：,滑面水浮力：,2.拉杆与砂浆间握裹长度(qg=3000
