锚杆设计

锚杆设计

3锚杆设计

3.1锚杆选择

3.1.1 锚杆形式与材料选择

锚杆的形式应根据锚杆锚固段所处部位的岩土层类型、工程特征、锚杆承载力大小、锚杆材料和长度、施工工艺等条件。按表（）进行选择。

表（）锚杆选型 锚杆 特征 锚固型式 锚杆类别 锚杆承载 锚杆 材料 力设计值 长度 （kN） （m） 应力 况 备 状注

锚杆钢筋＜450 ＜16 非预应力 超长时，施工安装难度较大 锚杆土层锚钢绞线 杆 丝 预超长力 工方便 杆体精轧螺纹钢筋 预400~800 ＞10 应力 防腐性好，施工安装方便 高强钢450~800 ＞10 应时施（Ⅰ、Ⅱ级）

锚杆钢筋＜450 ＜16 非预应力 超长时，施工安装难度较大 锚杆钢绞线 岩层锚杆 丝 预超长力 工方便 预应杆体力防腐精轧螺纹钢筋 400~1100 ＞10 或性好，非施工预安装应方便 力

根据边坡设计规范要求选择预应力土层锚杆。材料为钢绞线高强钢丝，锚杆承载力设计值450——800（kN），锚杆长度>10（m）。

（Ⅰ、Ⅱ级） 高强钢500~3000 ＞10 应时施

3.1.2 钢绞线种类的选择

锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，并应满足下列要求： 1 锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算；预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面；

2 锚杆锚固长度应按式（）、（）进行计算，并取其中大值。同时，土层锚杆的锚固长度不应小于4m，且不宜大于10m；当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。

表（）钢绞线抗拉、抗压强度设计值（N/mm）

抗拉强度抗压强度2种 类 二股 三股 钢 绞 七线 股 fptkfptkfptkptk设计值 （f或f） ypy设计值 （f或f） ypyfptk=1720 =1720 =1860 =1820 =1720 1170 1170 1260 1240 1170 360 360 （f=1770） （1200） fptkptk360 （f=1670） （1130） （f=1570） （1070） ptk（f=1470） （1000） ptk

3.2 锚杆设计计算

3.2.1 锚杆轴向拉力标准值和设计值的计算

NakHtk cosNaQNak

式中 Nak——锚杆的轴向拉力标准值（kN）；

Na——锚杆的轴向拉力设计值（kN）； Htk——锚杆所受水平拉力标准值（kN）； ——锚杆倾角（0）。此处取25；

Q——荷载分项系数，取1.30，当可变荷载较大时应按现行荷载规范

确定。

3.2.2 锚杆轴向拉力标准值和设计值的计算

As0Na 2fy式中 As——锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积（m2）；

2——锚筋抗拉力工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性取0.92。

此处取0.69；

0——边坡工程重要性系数；

fy,fpy——锚筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）。

3.2.3锚杆锚固体与地层的锚固长度的确定

锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求：

laNak

1Dfrb式中 la——锚固段长度（m）；尚应满足构造要求；

； 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，当无

试验资料时可按表（）取值；

1——锚固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1.00，对

临时性锚杆取1.33。此处取1.00。

表（） 岩石与锚固体粘结强度特征值 岩石类别 极软岩 软岩 较软岩 frb值（kpa） 岩石类别 135~180 180~380 380~550 较硬岩 坚硬岩 frb值（kpa） 550~900 900~1300 注：1 表中数据适用于灌浆强度等级为M30；

2 表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验； 3 岩体结构面发育时，取表中下限值；

4 表中岩石类别根据天然单轴抗压强度fr划分：fy5Mpa为极软岩，5Mpafy15Mpa为软岩，15Mpafy30Mpa为较软岩，30Mpafy60Mpa为较硬岩，fy60Mpa为坚硬岩。

此处取fy400kPa

3.2.4 锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度

锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度应满足下式要求：

la0Na

3nDfb式中 la——锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度（m）；

； d——锚杆钢筋直径（m）

n——锚筋（钢绞线）根数；

0——边坡工程重要性系数；

fb——钢筋与锚固沙浆间的粘结强度设计值（MPa），应由试验确

定，当缺乏试验资料时可按表（）取值；

3——钢筋与沙浆间的粘结强度工作条件系数，对永久性锚

杆取0.60，对临时性锚杆取0.72。此处取0.60。

锚固体长度由式（），（）中较大值确定

表（）钢筋 钢绞线与砂浆之间的

粘结强度设计值f（Mp）

ba水泥浆或水泥砂浆强度锚杆类型 M25 水泥砂浆与螺纹钢筋间 水泥砂浆与钢绞线 高强钢丝间 注：1 当采用两根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.85折减系数； 2 当采用三根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.7折减系数； 3 成束钢筋的根数不应超过三根，钢筋截面总面积不应超过锚孔的

20％。当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚杆钢筋用量。

等级 M30 2.40 2.95 M35 2.70 3.40 2.10 2.75

3.3 锚杆原材料

3.3.1 锚固工程原材料性能应符合现行有关产品标准的规定，应满足设计要求，方便施工，且材料之间不应产生不良影响。 3.3.2 灌浆材料性能应符合下列规定：

1 水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，其强度不应低于42.5MPa；

2 砂的含泥量按重量计不得大于3%，砂中云母、有机物、硫化物和硫酸盐等有害物质的含量按重量计不得大于1%；

3 水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水；

4外加剂的品种和掺量应由试验确定；

5浆体配制的灰砂比宜为0.8-1.5，水灰比宜为0.38-0.5；

6浆体材料28d的无侧限抗压强度，用于全粘结型锚杆时不应低于25MPa，用于锚索时不应低于30MPa。

3.3.3 锚杆杆体材料的选用应符合规范要求，不宜采用镀锌钢材。 3.3.4 锚具及其使用应满足下列要求：

1 锚具应由锚环、夹片和承压板组成，应具有补偿张拉和松弛的功能； 2 预应力筋用锚具和连接锚杆的部件，其承载能力不应低于锚杆杆体极限承载力的95%；

3 预应力筋用锚具、夹具及连接器必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85的规定。 3.3.5 套管材料应满足下列要求：

1 具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏； 2 具有抗水性和化学稳定性；

3 与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。 3.3.6 防腐材料应满足下列要求：

1 在锚杆使用年限内，应保持耐久性；

2 在规定的工作温度内或张拉过程中不得开裂、变脆或成为流体； 3 应具有化学稳定性和防水性，不得与相邻材料发生不良反应。

3.3.7 隔离架、导向帽和架线环应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。

3.4 计算过程

3.4.1 BK112+137-177路段锚杆依照BK112+157断面设计： 锚杆所受水平拉力标准值：

HtkPcos1389.90cos16374.80(kN)

锚杆轴向拉力的标准值：

NakHtk374.80413.54(kN) coscos25锚杆轴向拉力的设计值：

NaQNak1.3413.54537.6(kN)

锚杆预应力钢绞线的最小截面积：

As0Na1.00537.66.66104(m2) 32fy0.69117010锚杆预应力钢绞线的根数：

As6.66104n3.77 22d0.01544取n=4

锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：

la地Nak413.542.53(m)

1Dfrb10.13400 锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：

la砂0Na1537.61.61(m)

3ndfb0.640.0152950根据规范要求，锚杆锚固段长度应取la地与la砂中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于3m， 因此锚杆锚固段长度la3m锚杆所受水平拉力标准值：

HtkPcos2378.04cos28333.79(kN)

3.4.2 BK112+177-227路段锚杆依照BK112+197断面设计：

锚杆轴向拉力的标准值：

NakHtk333.79368.30(kN) coscos25锚杆轴向拉力的设计值：

NaQNak1.3368.30478.78(kN)

锚杆预应力钢绞线的最小截面积：

As0Na1.00478.78425.9310(m) 32fy0.69117010锚杆预应力钢绞线的根数：

As5.93104n3.36 22d0.01544取n=4

锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：

la地Nak368.302.25(m)

1Dfrb10.13400 锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：

la砂0Na1478.781.44(m)

3ndfb0.640.0152950根据规范要求，锚杆锚固段长度应取la地与la砂中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于3m， 因此锚杆锚固段长度la3m

3.4.3 BK112+227-277路段锚杆依照BK112+257断面设计： 锚杆所受水平拉力标准值：

HtkPcos3729.02cos23671.07(kN)

锚杆轴向拉力的标准值：

Nak锚杆轴向拉力的设计值：

Htk671.07740.44(kN) coscos25NaQNak1.3740.44962.57(kN)

锚杆预应力钢绞线的最小截面积：

As0Na1.00962.574211.9210(m) 32fy0.69117010锚杆预应力钢绞线的根数：

As11.92104n6.75 22d0.01544取n7

锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：

la地Nak740.444.53(m)

1Dfrb10.13400 锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：

la砂0Na1962.571.65(m)

3ndfb0.640.0152950根据规范要求，锚杆锚固段长度应取la地与la砂中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于3m，且不宜大于45D和6.5m， 因此锚杆锚固段长度lala地4.53m4.53m

3.5 锚杆的张拉

3.5.1 预应力锚杆的张拉与索定应符合的规定

1 锚杆张拉宜在锚固强度大于20MPa并达到设计强度的80%后进行体 2 锚杆张拉顺序应避免相近锚杆相互影响；

3 锚杆张拉控制应力不已超过0.65倍钢筋或钢绞线的强度标准值；

4 宜进行超过锚杆设计预应力值1.05-1.10倍的超张拉，预应力保留值应满足设计要求。

3.5.2 锚杆张拉力Nc的确定

按3.5.1的规定确定的锚杆超张拉力为：

Nc11.10Na1591.36（kN）取Nc1600（kN） （kN）取Nc2530（kN） Nc21.10Na2526.66 （kN）取Nc31060（kN） Nc31.10Na31058.83

锚杆张拉控制应力保留值不宜超过0.65倍钢筋或钢绞线的强度标准值。 即：con0.65fptk0.6517201118(N/mm2)

Nc1,Nc2,Nc3con，所以锚杆的张拉力均满足要求。

3.6 锚头的设计