张 浩

(中煤科工集团重庆设计研究院，重庆400016)

1 锚杆的类型及特点

锚杆是用水泥砂浆将一组钢拉杆(粗钢筋或钢丝束，钢铰线等)锚固在伸向地层内部的钻孔中，并在外端承受拉力的圆柱状锚体，它的中心受拉部分是钢拉秆，钢拉杆所承受的拉力是通过拉杆周边握裹力而传递到水泥砂浆中，然后再通过锚固段周边地层的摩阻力而传递到锚固区的稳定地层中。

按锚杆受荷后其固定段内灌浆体是处于受拉状态还是处于受压状态，将锚杆分为拉力型与压力型锚杆，见图1所示。拉力型锚杆的荷载是依赖其固定段杆体与灌浆体接触的界面上的剪应力由顶端(固定段与自由段交界处)向底端传递的，锚杆工作时，固定段的灌浆体易出现张拉裂缝，防腐性能差。压力型锚杆则借助无粘结钢铰线或带套管钢筋使之与灌浆体隔开和特制的承载体，将荷载直接传至底部的承载体由底端向固定段的顶端传递的，这种锚杆虽然成本略高于拉力型锚杆，但受荷后灌浆体受压，不易开裂，用于永久性锚固工程是有发展前途的，据一些研究资料表明，在同等荷载作用下，拉力型锚杆固定段上应变值比压力型大，这进一步证明压力型锚杆防腐性能优于拉力型［4］。

图1 拉力型锚杆和压力型锚杆

2 锚杆的设计

2.1 设计计算

锚杆的设计工作包括:锚杆的配置及其与结构的相互关系、锚杆设计拉力的确定、锚杆截面设计、锚头联结设计、锚杆长度设计、锚杆和结构物的整体稳定性验算等内容。

(1)锚杆对接挡墙(桩)加固力计算。深基础支挡墙(桩)所需的加固力计算是根据作用于支挡墙(桩)上力的平衡关系求得。计算方法与锚杆排数、墙(桩)嵌入基坑面以下深度以及支承状况和开挖工序有关。

(2)土层锚杆的极限抗拔力计算和锚固体长度计算［12］。土层锚杆的极限抗拔能力取决于锚固段地层对锚固浆体产生的摩阻力，其式可表达为:

式中:Tu为锚杆的极限抗拔力(kN);D为锚杆钻孔的直径(m);Le为锚杆的有效锚固长度(m);τ为锚固段周边的抗剪强度(MPa)。

锚杆的极限抗拔力(Tu)是由锚杆、固护系统和土体的整体、稳定性决定的，而土层的抗剪强度τ是由下式计算:

式中:c为锚固区土层的粘聚力;φ为土的内摩擦角;h为锚固段以上地层覆盖厚度;γ为锚固段以上地层容重;K0为锚固段孔壁的土压系数。

(3)锚杆截面积计算。在确定锚杆杆体的截面积时按以下公式计算:

式中:S为锚杆截面积;Nt为锚杆设计轴向力;K为锚杆安全系数;fptk为锚拉杆强度标准值。

2.2 锚杆的稳定性验算

锚杆作为支挡结构而承受土压力，必须进行外部稳定和内部稳定方面的验算［2］。外部稳定是指锚杆围护系统和土体全部合在一起的整体稳定。可以采用图解法来进行分析，现以单排锚杆护壁为例，如图2(a)所示，说明内部稳定计算［5］、［6］。锚杆极限抗力的水平分力可以从图2(b)中的平衡图得出。

图2 锚杆内部稳定分析法

3 应用实例——以某工程为例

3.1 工程概况及处理方法

暴雨作用，导致213国道K1011+350～450 m段出现滑坡，工程概况如图3所示，为保证附近高压电塔及公路边坡的稳定，特对其进行边坡加固处置，设计工程量如表1所示，具体方案为:

(1)整个坡面采用钢筋混凝土框格梁方法处理。

(2)钢筋混凝土框格梁采用4 m×4 m间距。

(3)框格梁采用40 cm×50 cm(宽×高)配筋上下各4根φ25钢筋间距10 cm，保护层5 cm。箍筋φ10间距25 cm。

(4)坡面坡比采用1∶0.5～1∶0.75，每10 m设一个台阶，留2.0 m宽护坡道，并设高30 cm、宽25 cm拦水坎，水宜排入猛子沟方向岩面上。

图3 工程平面

表1 设计工程量

开挖结束后，清除岩面松动岩块，搭设钢管脚手架施工平台，进行锚杆施工。锚杆采用手风钻或圆盘钻机配套自钻式锚杆钻孔、气压注浆机注浆。锚杆施工工艺流程如图4所示。

图4 锚杆施工工艺流程

3.2 锚杆类型

自钻式锚杆，采用水泥砂浆全长注浆，用于永久支护。自钻式锚杆杆体兼作钻杆、注浆管之用途。

(1)锚杆材料按照施工图纸要求选用自钻式锚杆。锚杆规格为:

锚杆 φ32，L=9 m、6 m。

(2)注浆锚杆的水泥砂浆采用强度等级不低于32.5的普通硅酸盐水泥。

(3)采用最大粒径小于2.5 mm的中细砂。

(4)按施工图纸要求，在注浆锚杆水泥砂浆中添加的速凝剂和其它外加剂，不含有对锚杆产生腐蚀作用的成分。

3.3 锚杆成孔

(1)锚杆孔的开孔按施工图纸布置的钻孔位置或锚杆间距进行，孔位偏差不大于100 mm。

(2)锚杆孔的孔轴方向符合施工图纸要求。施工图纸未作规定时，系统锚杆的孔轴方向垂直于开挖面;局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角大于 45°。

(3)锚杆孔的深度符合施工图纸的规定，孔深偏差不大于50 mm。

3.4 清孔及注浆

锚杆成孔至设计深度后，用压力风清洗干净钻孔。水泥砂浆标号按照施工图纸要求，其强度等级不低于20 MPa;预应力锚杆水泥砂浆强度等级不低于30 MPa。锚杆注浆的水泥砂浆配合比在以下范围内通过试验确定:①水泥 ∶砂=1∶1～1∶2(重量比);②水泥 ∶水=1∶0.38～1 ∶0.45，注浆机具:锚杆注浆泵。砂浆拌和均匀，边拌边用。一次拌和的砂浆在初凝前用完，并防止石块、杂物混入。

4 结束语

(1)对土层锚杆的锚固机理和现有的计算理论进行了综述，回顾了锚固工程的应用历史，对土层锚杆的应用及研究现状进行了介绍，并简要说明了土层锚杆的工作机理。

(2)论述了锚杆的类型，并对锚杆的荷载传递机理进行了总结。

(3)锚杆支护的计算还不成熟，还需要很多的假定，但锚杆技术具有结构轻、安全可靠、适应性强的特点，经济效益好，施工方便等优势。

(4)道路开挖与支护可同时进行，互不干扰，大大缩短施工工期。锚杆施工机械简单，有利于节省投资成本。

［1］程良奎.岩土锚固的现状与发展［J］.土木工程学报，2001，34(3)

［2］高大钊，孙钧.岩土工程的回顾与前瞻［M］.北京:人民交通出版社，2001

［3］卢肇钧，吴肖茗，张肇伸.锚杆技术及其应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997

［4］吴海斌.国内预应力锚杆(索)防护要求与存在的问题［J］.中国三峡建设，2002(8)

［5］姜子斌.土层锚杆技术在海河护岸治理工程中的应用［J］.水利水电工程设计，1997(3)

［6］孔恒，王梦恕.岩体锚固系统的作用机理认识［J］.西部探矿工程，2002(3)