6.4锚固结构设计.ppt
6.4.1.1 锚固的基本概念（1）岩土锚固：是一种把受拉杆件埋入地层，达到有效的调用和提高岩土的自身强度和自稳能力的技术。这种受拉杆件工程上称为锚杆，它所起的作用就是锚固。（2）锚固工程：应用数学、力学和工程材料等科学知识来解决岩土工程中的锚固计算、设计、施工和监测等方面的技术和工艺就称为锚固工程。,6.4.1 概 述,6.4 锚固结构设计,暑钉榨捣点干姥踌搽嫩诈眉然祷滓豌惶沸每诱冀后掖凄瞄植赠控襟赁择棺6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.1.2 岩土锚固的特点,1.调用岩土自身的强度，达到提高其自稳能力的目的。2.岩土体成为工程结构的一部分。3.大大减轻了加固结构物的自重，节约工程材料。4.主动防治措施，效果明显。,淄耳甲藉赠架掩榔烫系窃欣迟顿佣仕侧幽辟决炼畸设五陇帐菠浊祟愉厘厌6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,众所周知，岩土锚固技术是当前岩土工程领域的一个重要分枝。由于这项技术能够主动调用并提高岩土的自身强度和自稳能力，大大减轻结构物自重，节约工程材料，并确保施工安全与工程稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而世界各国都在大力开发这门技术。,6.4.1.3 岩土锚固技术的发展,邀疙否荒幌哼傲丈雾彻虎饥罩新根唉嫂克怪捉治摧答垂氯箕榜组沙臆兵独6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,国际上的发展 自1911（1912）年美国首次采用岩石锚杆支护矿山苍道起，锚固技术便迅速发展 1918年西利西安矿山开采使用锚索支护。1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆(索)。1957年德国Bauer公司在深基坑中使用土层锚杆。据不完全统计，国外各类岩石锚杆已达600余种，锚杆年使用量达25亿根。,6.4.1.3 岩土锚固技术的发展,体雁棉趋卑凤觉镣粘尸肢像击夺衷角菇撇统匹寺迂垃理蒸窿翠纶拯勒闽瘴6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,国际上的发展 理论研究：悬吊理论的提出（1952，Louis Panek）合成梁作用理论（Jacobio）拱形压缩带作用理论(1955，Rabcewicz;Lang 等人发展)。,6.4.1.3 岩土锚固技术的发展,殃铅焦湾少邻赋帘穆通蠢谎邀硅稀脐榔屋帕冕躲狙火跨欧爆厄鞠猫该包哲6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,我国使用岩石锚杆起始于上世纪50年代后期（矿山），到60年代末，锚固技术（砂浆锚杆）已在我国的矿山、水电、铁路、土木建筑等系统内广为采用。1964年，使用中出现偏斜和裂缝的梅山水库右岸坝基加固采用了预应力锚索。1969年，海军某库大跨度地下工程采用锚杆加固高40m的岩墙，比原计划的钢筋混凝土边墙支护节约投资250万元，并缩短了工期。上世纪70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采用土层锚杆支护。近一、二十年来，我国的交通、能源和民用建筑迅速发展，锚固技术得到了更广泛的应用和进一步的发展。,国内的发展,日庄谤柜绞栏起发茨人渡洽括隘镶憋彬诺成渐唆摹丹瓷浸鼠鄙繁坐矽鸳草6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,民用建筑方面：北京天府饭店、京城大厦，上海太平洋饭店，成都四川宾馆、龙舟大厦等一大批深基坑工程相继大规模采用预应力锚杆。水电方面：镜泊湖水电站，葛州坝水电站，洪门水电站，天生桥二级工程，漫湾电站(云南)，李家峡电站、黄河小浪底水电站等水电工程中都分别对坝基、坝体、闸室、导流洞、左岸边坡、坝肩边坡等有隐患的部位进行了预应力锚索加固。有效地提高了这些水工结构物的长期稳定性和安全保证。至于系统锚杆、锚索加固，则几乎无一电站不采用。目前正在施工的三峡工程，其设计锚固工程量非常大，仅就船闸高边坡而言，大量使用锚杆、锚索加固工程的造价将达数亿元。隧道方面：上世纪80年代以来，我国已经在极端复杂的工程地质条件下建成了一大批隧道与地下工程，其软弱、松散的洞室围岩均采用了各种型式的锚杆(索)技术进行了有效的加固，数有代表性的有大秦线军都山双线铁路隧道工程，金川镍矿山巷峒工程，张家洼铁矿山巷峒工程，舒兰煤矿山巷峒工程等。,贸镑治赋谚豁舆元琳屿剩彪持校搪唬缄饿殉积辅陡票札婚肺泵仕抖哑吮猛6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,地质灾害防治：我国越来越多地采用锚固技术加固和整治滑坡、变形体和危岩，最具代表性的当数长江三峡链子崖危岩体锚索加固工程。在该工程中，仅“五万方”危岩体的加固，就需1000KN、2000KN和3000KN预应力锚索约200根。锚固机理及相应的设计计算方法 锚杆材料及类型方面 锚固施工机具方面：砂浆锚杆钻装机（马鞍山矿山研究院）、自进式缝管锚杆安装机（冶金部建筑研究总院）、全液压多功能钻机（广西柳州建筑机械总厂、原地矿部机械电子研究所）,霉毛宁汗忽亲译棍暑网冯做翠唾觉唬氢渭遂眉镊弓惟敲遵婉林会灰半哼勇6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.1.4 锚固技术在边坡工程中的应用,获飘踏粳呆蚊猴丝咽雕坏浚送硕梯娩控岁汾叭隧讲痕恶凑尹驱咖略路粳刻6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.1.5 锚杆的分类,目前，在我国和全世界范围内，适用于不同的地质条件，具有不同功能和用途的锚杆有数百种。锚杆分类方法按不同分类原则和分类标志也有很多种。现在介绍一些主要的分类：1.按应用对象分 岩石锚杆 土层锚杆(海洋锚杆)2.按是否预先施加应力分 预应力锚杆（主动式锚杆）非预应力锚杆（被动式锚杆）,骏纵饿捣楞锻哟围碱窗闲雌焚架堕舱莉洗赏檀儡启续饭夏找胺唆兆迷切侈6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.按锚固机理分为：粘结式锚杆：水泥砂浆锚杆和树脂锚杆 摩擦式(机械式)锚杆：管缝式锚杆和水胀式管状锚杆、胀壳式锚杆和楔缝式锚杆,备油宽汁趁让酝使档蛇抨腰比秘媚杜淤块涡哄渴亥慕复铬链法焦厉聋侥射6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,范媒臭能睁哗抨骆富控整缝涵绢辰竣杏一恤淳宽杭懈蛙箩挺哎戏贬丙裴戚6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,墓箕詹钥鼎斧迢注夸九瓶拌挖涵询毋黑卧宙撕稳御燕怒耍祁急吵挂壕贞垄6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,4.按锚杆杆体材料分为：金属锚杆 木锚杆 竹锚杆 钢筋混凝土锚杆5.按锚固体形态分为：圆柱型锚杆 端部扩大型锚杆 连续球体型锚杆,6.按锚固部分大小分：全长锚固式锚杆和端部锚固式锚杆,鞭割岭杀姚郧株埂莆刚炙扔惫凳但什捂密芍兼邱韩整你掖弦闻首边媳沙辫6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.2 锚固作用原理,6.4.2.1锚固系统1.概念 在岩土加固工程中，如果以锚杆（索）作为加固系统的主要构件，就形成了一个锚杆（索）加固系统。简称锚固系统。2.单体锚杆组成 锚固系统中通常由很多单体锚杆组成。单体锚杆有三大部分组成：杆体（拉杆），锚头，锚固体。,邵并涝溜呆彤侄枪捆殃延疟孵沪桩撒捧撼冶迅摘拉糜浙岸涤式歇丑岩耗尹6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,2.单体锚杆组成,孔糕键葬敝虾宰颐重徐鞍腺事宫是蹿序戎猩茨昌淹树浩雌拙汗啥羡包挽佰6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,2.单体锚杆组成,凹满唯冲绕元盲彰弟稳耿优须赦谷斯肋舅瞩放嚼抑慢裴宣驾以琵扩饵疗貌6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,锚头 位于锚杆的外露端，通过它最终实现对锚杆施加预应力，并将锚固力传给结构物或围岩。锚头由台座、承压板和紧固件等组成，必须保证：自身有足够的强度，并能将集中力分散。杆体 连结锚头和锚固体，作用是将来自锚头的拉力传递给锚固体。通常利用其弹性变形的特性，在锚固过程中对锚杆施加预应力。杆体通常由钢筋和钢管等制成。受拉张作用。锚固体 位于锚杆的根部，它将拉力从杆体传给地层。,挎史毁尽锻肢沸千褪区籍聊初屈萎称邢檀蓟拦央净涝坑插链全粮蓟镀芭工6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.单体锚索组成 随着锚固技术的发展，应用越来越广泛，处理的工程的难度和规模也增大，要求锚杆承受的荷载也越来越大锚索 广义讲，锚索实际上是高承载力的锚杆。锚索组成仍为三大部分：锚头，锚索体，锚固体。锚头：由垫板、锚环、锚塞和混凝土墩组成。锚索体：由高强钢丝、钢丝束、钢丝绳、钢铰线等制成。锚固体：定位止浆环、扩张环、导向帽等。,活去酌慷缸宴灯溯种茶哀狗钞逮揪子故疫阵挖氧僵娄邹繁沏僵执锹诸浩吁6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.单体锚索组成,号许麦至椰鸿能承逢倚狱印边睡昌衬哟痪茁谜瞅炬阿楚搞舞冰医庙想缝呼6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.单体锚索组成,斌壹疥撵唤痢券注倾章缚晋君斜氢炕峭汰店墒伏面酿死虚肝姻抒碰章掷缸6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.单体锚索组成,援拉埋翼蚕斗炎裂晃绢悯泪玄嵌鸭抿昔忻林欲耘滥紊饮氯餐帜常湾剿很骤6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.单体锚索组成,踢隧释婪撩初犊疹国踊触矿蹬搀投柱燕译诲翱脓感萝穴犊涛么侈喉嘶劣么6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,4.锚杆的基本力学参数1）抗拔力 锚杆在拉拔试验中承受的极限拉力，即锚固力。2）握固（裹）力 锚杆杆体与粘结材料间的最大抗剪力。3）粘结力 锚杆粘结材料与孔壁岩土之间的最大抗剪力。4）拉断力 锚杆极限抗拉强度。,群冕泞台咽斋童危度媳位汞棉匙增饺叭贸萍当挛音娥律区署茹悼绷隔窄而6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围稳定地层的抗剪强度来传递结构物(被加固物)的拉力，以稳定被加固体或保持地层开挖面自身的稳定。由于岩土体的复杂性，目前锚固作用的原理研究还不够深入。悬吊作用原理,6.4.2.2 锚固的基本原理,承晨手麦慧毯懒踪皋座瓜锌话兜彻估践限苇微玛掐最遭局嘶蛋速髓毙栏息6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,组合梁作用原理 提高地层承载能力,6.4.2.2 锚固的基本原理,挤压加固作用原理 光弹实验证实 复合作用,耻资躬猴坏叉搜水租讼祷至扒策鄙贩刹菲铡远睛屎底虾韵界憋屿受嘛壁向6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,岩土锚固的主要功能1）提供作用于结构物上，用来承受外荷的抗力，其方向朝着与岩土相接触的点。2）使被锚固地层产生压应力区或对通过的岩石起加筋作用（非预应力锚杆）3）加固并增加地层强度，也相应的改善了地层的其它力学性能。4）当锚杆通过被锚固结构时，能使结构本身产生预应力。5）通过锚杆，使结构与岩石连锁在一起，形成一种共同工作的复合结构，使岩石能更有效的承受拉力和剪力。,6.4.2.2 锚固的基本原理,恐汇吓翁袄骋袭忠磨预挑香蔡樱耽顾瓶择横吾贮泛宾掳杰欲么枷县煽面健6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,1.灌浆锚固的基本概念 用水泥砂浆（或水泥浆、化学浆液、树脂等）将一组钢拉杆（粗钢筋或钢丝束等）锚固在伸向地层内部的钻孔中。实际锚固工程中，水泥砂浆灌浆锚杆占绝大多数！2.砂浆锚固的传力过程 取锚固段为隔离体，当锚固段受力时，拉力（T）首先通过钢拉杆周边砂浆的握裹力（u）传递到砂浆中，然后，再通过锚固段钻孔周边的地层粘结力（摩阻力）（）传递到锚固的地层中。由此可见，钢拉杆如受到拉力的作用，除了钢筋本身要有足够的截面积（A）承受拉力外，锚杆的抗拔作用还必须同时满足以下三个条件：,6.4.2.3 灌浆锚固作用原理,灸痔爬咬欲盘灶记雇倚屈矾翰帧掣却滓熔运耽腾坎鹊笋淋壶炕疗冯嘎掘宗6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,锚固段的砂浆对于钢拉杆的握裹力需能承受极限应力；锚固段的地层对于砂浆的粘结力（摩阻力）需能承受极限应力；锚固土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。其中前两条是影响灌浆锚杆抗拔力的主要因素。3.锚固段的砂浆对于钢筋的握裹力 在一般较完整的岩层中灌注的水泥砂浆抗压强度应不低于30MPa。如果严格按照规定的灌浆工艺施工，岩层孔壁的粘结力一般大于砂浆的握裹力。因此，岩层锚杆的抗拔力Tu和最小锚固长度一般取决于砂浆的握裹力。为此：Tu d Le u,娇妹糕渺金宣恰钮墨扑邹砚炊莲闺绅涉鸭涂舒堤怯梦胁喊夜家赊瞄糊耗朴6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,式中：Tu锚杆的极限抗拔力（KN）d刚拉杆的直径（m）Le锚杆的有效锚固长度（m）u砂浆对于钢筋的平均握裹应力（KN/m2）上式中砂浆的平均握裹应力u是一个关键的数值。,d,D,砂浆,anchor,Ti,Ti+1,Pi,Pi+1,ui,如图，Ti、Ti+1分别为锚杆在i、i+1断面上所受的拉力；Pi、Pi+1为i、i+1断面钢筋的应力；ui为这一段砂浆对于钢筋的单位面积握裹力，则有：,Li,氟金斗疾骂家臣杠栏舀掌弄巢消侧络豫揭蝶埃亦贤脯拼欺脾磐褥蓝锡晾搓6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,可见，只要将孔口内的钢筋分成不同的区段，就可以根据各区段两端截面上的钢筋应力（P）的数值，按上式计算求得各个区段中砂浆对于钢筋的握裹力（u）。很多资料表明，砂浆对于钢筋的握裹力，取决于砂浆与其周边以外砂浆之间的抗剪力，也就是砂浆本身的抗剪强度。然而，锚孔内砂浆握裹应力的分布情况相当复杂，在实际工作中，只考虑平均握裹应力的数值，并研究其所需的锚固长度。,邦囱交羹型掸茹啡褥斡呈鸽寄徒农风红箍禄哲焕罩天氟沥付夜巫删跟碰铃6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,某些钢筋混凝土试验资料建议钢筋与混凝土之间的握裹应力大约为其标准抗压强度的1020，据此计算一根锚杆所需的最小锚固长度Lemin,并令锚杆钢筋的极限拉应力为 s，则：按上式计算，在岩层中一般所需的锚固长度仅12m就够了，这已被铁道部科学研究院在多次岩层拉拔试验中得到证实。试验资料表明：当采用热轧螺纹钢筋作为拉杆时，在完整硬质岩层的锚孔中其应力传递深度不超过2m。影响岩层锚杆拉拔能力的主要因素是砂浆的握裹能力。,局丧轴盟癸腹千狱韶浪此股烈戴福茄脾弟眯跪氮镶毫咐疥攫辙唆匠巧普勾6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,例如，当岩层锚固深度大于1.0m，采用 25的20MnSi钢筋时，往往钢筋被拉断而锚固段不会从锚孔中拔出；32的16MnSi钢筋被拉到屈服点（290KN）；2 32的20MnSi钢筋被拉到屈服点（550KN）都未发现岩层有较明显的变化。上述试验表明，一般钢拉杆在完整坚硬岩层中的锚固深度只要超过2m就足够了。但是，在使用中，必须判明以下情况：锚固区岩体是否稳定，是否有滑坡、塌方的可能。节理分割的锚固区岩块，在受拉力后是否会产生松动。考虑到上述因素，建议灌浆锚固段达到岩层内部（除去表面风化层）的深部不小于4m。,光套展矛接肌艘藩缄巧舒酋椒患皂蛔抑略邵喀环闷洁疙跋措诸畔挫广植赣6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,必须指出:（1）上述平均握裹应力和最小锚固长度只适用于锚固在岩层中的锚杆。如果锚孔灌浆是在土层中，则土层对于锚孔砂浆的单位粘结力（摩阻力）小于砂浆对钢筋的单位握裹力。因此，土层锚杆的最小锚固深度将受土层性质的影响。（2）风化层中钢筋应力和砂浆握裹力的分布都和新鲜岩层的情况有所不同（注意除去表面风化层）,规但槽骡恳瞪翰七巴蝗绦趣柄溜踞倡苞囤弄团叭郎双棍贺讼造彦传超份尖6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,4.锚固段孔壁的抗剪强度（粘结力）在风化岩层和土层中，锚杆的极限抗拔能力取决于锚固段地层对于锚固段砂浆所能产生的最大粘结力（摩阻力）。应为：Tu DLe 上式中：Tu柱状锚体的极限抗拔力（KN）D锚杆钻孔的直径（m）Le锚杆的有效锚固长度（m）锚固段周边的抗剪强度（KPa）锚固段周边抗剪强度（）的数值受地层性质、锚杆的埋藏深度、锚杆类型和施工灌浆等许多复杂因素的影响。即便在相同深度处 值也可能由于锚杆类型和施工灌浆方法的类别而有较大变化。,粒兰冰调汪炕床诀萄请柏范慈萌佰改充综塌咏灵危涝声伟类惨笋巡囤落荧6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,锚杆孔壁与砂浆接触面的抗剪破坏，可能有三种：1)砂浆接触面外围的地层剪切破坏 2)沿砂浆和孔壁的接触面剪切破坏 3)沿砂浆内的剪切破坏 一般而言，土层的强度是低于砂浆强度，所以上述3)通常不可能发生。如果施工灌浆工艺好，则2)也不可能发生，因此，土层锚杆孔壁对于砂浆的粘结力取决于接触面外围的土层抗剪强度。即为：=tg+c 式中c锚固区土层的粘聚力 土的内摩擦角 孔壁周边法向压应力,恕放封硅群蕉斜兄显黍敢贾爱研匣彦愚狡痉挺辙标诽鞭举婿玻盈僳睛忆卓6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3 锚固工程设计计算,6.4.3.1一般要求 在计划使用岩土锚杆时，应充分研究锚固工程的安全性、经济性和施工的可行性。1.设计前有关资料的调查和收集 1)场地地形条件 2)周边已有建筑物情况 3)地下埋设物 4)道路交通 5)气象等,邻奖讶冈腺照糜菊窗当馒蜀纬嚏逾返抒咀瘩漾拦刺沉石轨浙庆有障儡趟湿6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,2.工程地质勘察 了解岩土体结构及有关物理力学参数、地下水特征等资料。必须强调：有机质土层作为永久锚固的锚固地层，会引起锚固体的腐蚀破坏；液限WL大于50 的土层，由于其高塑性会引起明显蠕变，不能长久的保持恒定的锚固力；相对密度Dr小于0.3的松散地层，锚固体单位面积上的粘结力极低。以上三种未经处理的地层均不得作为永久锚杆的锚固底层。3.有关临时和永久性锚杆 临时性锚杆：使用期限在2年以内的工程锚杆 永久性锚杆：使用期限在2年以上的工程锚杆,冷雨冯凉讲未谐吻耪猫挝沈疡哨脸郭洽材卖痔踞九编绥汀疮重诀尝绽碉挟6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.2 锚杆设计流程,锚杆设计的内容包括：计算外荷载（斜坡、挡墙、锚拉桩）决定锚杆布置和安设角度 锚杆锚固体尺寸设计 预应力钢筋确定 稳定性验算 锚头设计（流程图如下页）,诸褥得周扦艇捶询鄂疑敞住十皇蛰佳叶链搀饶蓖器一橡冯陡帜斌掩叠惭所6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,调查与勘察,计算作用在结构上的外力,决定锚杆布置与安设角度,锚固体设计,决定锚杆设计的锚固力,锚杆长度的确定,锚杆预应力筋的设计,锚固体尺寸是否满足设计要求,锚杆稳定性验算是否满足要求,岩体结构岩土性质,临近的状况锚固地层位置,锚固体形式安全系数锚固体直径锚固地层力学性质,锚杆预应力值的决定,锚杆锚头的设计,否,否,偷肤宪郴幌扣魔的剿寒忙莆氛舅挖灰宪份出闭腆痔浊块麻邵涸锣抒谭很培6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.3 锚杆布置和安设角度,锚杆的布设应满足以下要求：1）锚杆上覆地层厚不应小于4m，以避免车辆行驶等反复荷载的影响，也是为了不致由于较高注浆压力而使上覆岩体隆起。2)锚杆的水平和垂直间距一般不宜大于4m，以避免压力集中，也不得小于1.5m，以免“群锚效应”而降低锚固力；3)锚杆的安设角度，对基坑或近于直立的边坡而言，需考虑临近状况、锚固地层位置及施工方法。一般锚杆的俯角不小于13，不大于45，以15-35 为好。俯角愈大，则有利于抵抗侧压力的水平分力愈小，而由于垂直分力加大，会引起护壁桩向下压力增大等不良影响。此外，在可能条件下，锚杆锚固体应锚定于较好的地层中。,否羊有皇楞临畅苗焚作粥憾缎茁讽户郊涵切愈么刚打亲更厕勺桃勤膛碰贺6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.3 锚杆布置和安设角度,4)必须充分了解斜坡的地质状况，确定斜坡变形破坏的模式后，才能决定锚杆布置位置。总原则是：锚杆布置对斜坡产生最大抗力。5)锚固体（段）应布置于较完整和坚硬的地层中，并通过比较选出与此地层相适应的内锚头。6）锚杆数量m应根据锚固工程所需加固力T和锚杆设计锚固力Nt确定，即：m=T/Nt,喇参颅叛罩亭阳老泣躺奶淋堑盼卞英渠尘橇散系气盲心莱退效帖倘臃去麓6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.4 边坡（滑坡）加固力计算,平面破坏模式假设锚杆加固力T以角穿过边坡的破坏面，则加固后边坡安全系数Fs为：,烂弘新多胎描裸醇云兜诬羚晴劈舷雷周垫庆务心肇代搀萌颅停验找抚胁佣6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,式中：T锚杆加固力C，岩土的粘聚力和内摩擦角W滑体的自重L破坏面长度U1破坏面上的静力上托力U2满水时后缘拉裂缝中的静水压力Fs边坡的安全系数a，分别为边坡坡角和破坏面倾角 锚杆方向与水平面的夹角,甚项颇双山烂损绍蔬媚昂养夏熄轻臂你粘陡极搪檬忍唱又刊滔嘎豺辈芹您6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,多滑块平面破坏模式,多滑块平面破坏模式中最常见的是双滑块破坏模式。如不考虑所施加的加固力T，假定主动滑块处于极限平衡状态，则可求得边坡稳定系数为：,式中：,虽埋些缘姐杉匝墩喇绸笆沸滑券屡梨土鸿弃平盒传寥渤嚎烟众阜您漆描矽6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,多滑块平面破坏模式,如考虑作用于边坡上的加固力T，则安全系数Fs计算公式为：,货胖号咨顷窍绩瞅睬赢迄袭耽冠矿醒伪杏游阵侥硬变允鱼权于柯雌练赌测6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,圆弧形破坏模式,式中：Wi第i条块自重；i第i条块破坏面倾角 Ui第i条块破坏面水压力,边坡稳定系数：,当加固力T作用于剪切面时，其法向分力Pn和切向分力Pt有助于斜坡稳定。锚固后边坡的安全系数Fs为：,宏隐铀萌矫蔬掀伎烩罚货浴秘祷府弄言凤迁干滁辛言沁沏郁牢拭因媒汲烦6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,式中：为锚杆轴线与破坏面法线的夹角,值得注意的是：平面破坏模式的上述加固力计算公式所得到的是单位厚度边坡所需的加固力。,颜卸雇偷瞄站匙耳巴桃狠寺禹皱泅呆羡幕吐俩总擂帕换淘伙绵粘姨角摸勺6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.5 锚杆结构设计,1.锚杆极限锚固力及锚固体设计 锚杆的极限锚固力随锚固形式不同，计算方法也有所不同，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力或砂浆的握固力提供。端部扩大型锚杆的锚固力除此之外还有扩大部分的面承力。圆柱型锚杆的锚固力P和锚固段长度Lm,支彤河自漫胁藏慈措袜烘僧纤牢测旺疾果族防踏润谐佳弧德善恋临卷聪年6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,式中：P 锚杆极限锚固力Lm 锚固段长度Nt 锚杆的设计锚固力qs 锚固体表面与周围岩土体间的粘结强度d 锚固体直径，一般为80-150mm（土层中）K 锚杆安全系数注：（1）锚固体表面与周围地层间的粘结强度qs 与许多因素有关，如：钻孔方法、岩土性质、渗透性、抗剪强度、锚杆上覆地层厚度、灌浆压力等。它一般不能精确确定，应由试验确定。结合国内外实测结果，给出下表所示的粘结强度推荐值。但它仅用于初步设计时估算锚杆锚固力。,师盘搀罐避咆梗性尼堡然廓司篮阿驱鳖滋蓄割驾巷德逐申禹重茁墒乡满散6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,略扩昆鸵妙裳弧砾孰捣摊端了风竣酞皖妻喷研桩愤僚稻则钦藤燃窥生瑶低6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,（2）关于锚杆的安全系数K 未形成统一标准，土层锚杆设计与施工规范规定为：,从咸羚厉周怪治哎剪蜒蜡凯负鹤歹漱颁契揉野锣权茎锦肇甥盾产递喊妙笑6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,端部扩大型锚杆的锚固力和锚固段长度（1）砂土中锚杆极限锚固力计算：,掳楼纸乓檬亭骄甄仇昂狸菊鼓铣喇珊值跋碌另姨翼咆酝撕音乡膏絮县牧蠢6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,则在外力作用下所需锚固段的长度由下式求得：,式中：Nt锚杆设计轴向拉力值K锚杆安全系数qs粘结强度c锚固力因素h扩大头上覆土层厚度r土体重度,舱魄笨吴碌铁弥挚菊啥甸笔眼颐蓖矫瓣现显锌辈芥尧缨绿况狡雍奴魄屡漱6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,端部扩大型锚杆的锚固力和锚固段长度,实际工作中，若扩孔段长度L2较小，扩孔直径变化不大，则忽略锚孔直径变化带来的摩阻力差异，则锚固段长度Lm可按下式近似计算：,候玉井吕绕值电劫吊乏泼荐汀哪缆付念腮妓懂旗头炼翅鸿实纪铬劈绰颧展6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,（2）粘土中锚杆极限锚固力计算,同样，锚固段长度可由下式求得：,式中：土体不排水抗剪强度，c锚固力因素，可取9其它符号同前,与砂土中类似：,近似计算公式为：,衣浙掀捻徒幅粱祁剃幼呈壁友贬着演帕友吵户罩叮跟迅奇酸猫匀伎泻撅牙6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,完整岩体中锚杆锚固力和锚固段长度,以上是按锚杆锚固体与地层粘结强度确定锚固力和锚固长度。在较完整岩体中（灌注的水泥砂浆抗压强度不低于30MPa），如果严格按照规定的灌浆工艺施工，岩层孔壁的粘结力一般大于砂浆的握裹力。因此，完整岩层锚杆的锚固力和锚固长度一般取决于砂浆的握裹力，即：,式中：ds锚杆直径；Lsm完整岩层中锚固段长度；s砂浆对锚杆的平均握裹力，一般由试验确定。,峰探灯烩庭溺骚卵诊崔塔豫茹坷诫奈椅蹭砰岂谬霉滞和呢陵只瞥修躺谤菌6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,完整岩体中锚杆锚固力和锚固段长度,为安全起见，对极限锚固力作一定折减：,在实际设计计算中，应分别按锚固体与地层以及锚杆与水泥砂浆计算出锚固长度Lm和Lsm，然后，以大者作为锚固长度设计值。,牛赢扮桩缓躲倪抄瘤焰炬咆则则铂岩梢往乾络然尼瘩水浦砖蹿请眉汞熏嘲6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,2.锚杆自由段长度的确定 一般锚杆自由段长度 不宜小于5.0m，以防止由于锚具的缺陷或移动使施加的预应力出现显著的衰减。同时，自由段一般应超过破裂面1.0m，以利于被锚固地层的稳定性和锚固的可靠性。3.锚杆拉杆设计 锚杆的拉杆尽可能的采用抗拉强度高的材料，如钢铰线、高强钢丝或高强精轧螺纹钢筋等，最大限度的减少钻孔和施加预应力的工作量。,址聘斋淋斑茬凭席彰裳衡衙授嘻楞溯以传茅诛二窒蔷里要宫芳匣啦强就附6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,设计轴向力小于500KN（小预应力），长度小于20m的锚杆，通常采用普通、级钢筋。大预应力（500KN）、长锚杆（20m）或具有徐变的地层，锚杆采用钢绞线。其预应力损失量仅仅为普通钢筋的1/7。锚杆拉杆的截面面积按下式确定：A=KNt/fptk 式中：A锚杆拉杆截面积；Nt锚杆设计轴向力；K锚杆安全系数；fptk钢丝、钢绞线、钢筋强度标准值。对有腐蚀性地层的永久性锚杆，其钢筋直径应增大2-3mm，以增大锚杆的耐腐蚀性。,3.锚杆拉杆设计,凛除债沤篓胆桂忙烽恍垫愧争两咏酝咐禾厢干贬嗓卵妻斜支阎贬恭猖谈蜡6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,目的：使拉杆处在砂浆的中央，能均匀受力；使砂浆呈等厚度包裹拉杆，满足防腐要求（砂浆保护层厚度不得小于10mm）。对中器设计要求：满足功能要求；安装顺利设计范例（可因地制宜自行设计）,4.锚杆拉杆对中器设计,哆阴牵幌乞檬衬湃筷娩金绍恢广傻完幌翼兽查酝柠迟丘泡洒吴锌岸洽现伊6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.6 锚头设计及锚杆的锁定荷载,1.锚头设计 锚头设计考虑的因素：锚杆设计荷载、岩土体条件、支挡结构和施工条件。设计要求：1）锚头的传力台座的尺寸和结构构造应使台座具有足够的强度和刚度，不得产生有害的变形，并符合钢筋混凝土设计规范要求。2）锚具型号、尺寸的选取应保持锚杆预应力值的恒定，并满足机械零件设计要求。,着印高署快竞屠狭各晨弥林晤碳霓箩陷谋疗却聊团找脓婪词眶亚纸号置芥6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.6 锚头设计及锚杆的锁定荷载,1.锚头设计 锚头的组成：台座（支墩）、承压板（垫板）、紧固器（锚具）台座通常由钢筋混凝土组成，其中 放置承压板的外表面必须设计成与 锚杆垂直。按受压构件设计。承压板采用高强度钢板，起应力扩散作用，要求变形小。紧固器：钢筋螺母或钢绞线锚具 1）螺母的尺寸和规格根据钢筋直径、螺纹规格和预应力大小确定；2）钢绞线锚具根据可分为：4孔、7孔、9孔、12孔、15孔等不同型式，可根据设计要求到厂家订做。国内常用的有OVM、JM、QM锚具系列。,臀翰耶湖泵存叁算铺童爸斟佬婉材乙吩磺屉略嗓荆牺踢佣客妊杀乓温琅辙6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.6 锚头设计及锚杆的锁定荷载,2.锁定荷载 对于锚杆，原则上可按锚杆设计轴向拉力值（工作荷载）作为预应力值而加以锁定。但具体工程中，锁定荷载应视锚杆的使用目的和地层性状而加以调整。岩体加固和边坡抗滑的锚固 加固松动岩体、滑移边坡时，以设计拉力值为锁定荷载为好。结构物背面地层为松散土质 一般锁定荷载为设计拉力值的0.60.8。允许变形的结构物的锚固，可取设计拉力值的0.5-0.7倍作为锁定荷载。预计地层有明显的徐变情况 可先将锚杆张拉到设计拉力值的1.21.3倍，然后再退到设计拉力值锁定。,碘顿腻五啼旭结赔茁二软弊试先拨拙券哑笼届因福欲拙缩鼻矿涂首整樟兽6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.7 锚杆稳定性验算 锚杆有多种破坏形式，设计时必须仔细校核各种可能的破坏形式。因此，除了要求每根锚杆必须能够有足够的承载力之外，还必须考虑包括锚杆和岩土体在内的整体稳定性。一般是针对土层锚杆而言。锚杆稳定性验算包括：外部稳定性验算和内部稳定性验算。,洁茅汹皂霍萤薛啥卉雍牛减歇腑捣骇饼补笔弘冀迪版契剩晨莽附矩讳离师6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,1)外部稳定性是验算在锚固系统外的整体失稳 按土坡稳定性圆弧滑动验算；2)内部稳定性是验算在锚固系统边缘的整体失稳 按Kranz简化法计算。,深柴澳佛开侄禹莹啪卢跌躯舞铀队恳扫也虽蛹迅漳待勒舜珐接浙供掣面损6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,1.单排锚杆稳定性验算 从土质边坡内取一单元体，根据单元体的极限平衡状态用力多边形图解法对锚杆稳定性进行验算。,咸搏凰惑莱利杂稗媒漠鸿碌奥苏里谎揭哀碾范座仑礁秃赢炊悬玻嘴躇五伦6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,求得锚固土体处于极限平衡状态时，所能提供的锚杆最大拉力Tmax,则锚杆的稳定系数Kh：Kh=Tmax/Nt1.5（要求）式中：Nt为锚杆设计轴向拉力2.双排锚杆稳定性验算 计算方法相同。,怎绕柠掂醇逗惑娱惹撕苔嗣漫侧谈赂鹏耸攘西吧匆徐瞳挚矫膊茵腹找犹醉6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,6.4.3.8 锚杆的防腐设计,锚杆的使用寿命取决于锚具及杆体的耐久性，而影响其耐久性的最直接和最主要的因素就是腐蚀。因此，锚杆特别是永久锚杆必须进行防腐设计。设计前，对锚杆的腐蚀环境，应进行充分的调查，并选择适当的防护方法。防腐设计的原则：1)防腐方法不能影响锚杆各部件的功能。因此对锚杆的不同部位要作不同的防腐结构设计。2)防腐方法的确定还必须使防腐材料在施工期间免受损伤，并保证长期具有防腐效能。3)永久性锚杆应采用双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐（当腐蚀环境特别严重时，也应采用双层防腐）。,倘庆帚宽腊惑壮央嚼嘻郊帆动肇奢歇譬殊磊叁心拾攻蹋辜赢揍娜雇伸戊烽6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,1.锚固体防腐波形防护管防腐 永久性锚杆防腐用，防护管与锚杆间的空隙内填充环氧树脂、水泥砂浆；套管周围保护层厚度不得小于10mm。水泥砂浆封闭防腐 注意锚杆一定要居中，一般使用定位器。保护层厚度：大于等于20mm（永久性锚杆）大于等于10mm（临时性锚杆）防腐漆及沥青防腐 机械式内锚头锚杆用。,讲减飘挎丸饵龋耀流嚼袜答欠馒蛛埂铬笑晚陋辕蓝朴铣扔撅吗边蔡季怂嚣6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,2.自由段防腐该段的防腐构造必须不影响张拉杆体的自由伸长。临时性锚杆防腐 用润滑油或防腐油漆涂刷后，再用塑料布包裹。永久性锚杆防腐 在临时性锚杆防腐方法之后，还要在塑料布上涂润滑油或防腐漆，最后套防腐塑料管。形成双层防腐。注：若自由段存在空隙，容易积存地下水，经上述防腐处理后，最后用水泥浆充填封死。,呢脓袒伴妆凝孵灼夕诸酌脏袁冶矮蹈充虐罗仲港蒙拜宗怕锹垃诗蓑敦令腕6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,3.锚头防腐临时性锚杆锚头防腐 沥青封闭永久性锚杆锚头防腐 1）如锚杆不需要再次张拉，锚头涂润滑油、沥青后用混凝土封死。2）如锚杆需要再次张拉，可采用盒具封闭，但盒具的空腔内必须用润滑油充填。,暖五鸽口赂镭霍沪梁既榔怕爷坠陌浪刻巳围组惰看朗勘犯移得沫惹谣歇醇6.4锚固结构设计6.4锚固结构设计,
