锚杆设计与施工

锚杆设计与施工

1、锚杆种类：

1.1根据《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T542-2009）及相关文章对工程常用锚杆进行分类：

（1）按锚杆结构分：

集中（端头）锚固类锚杆：锚固装置或杆体只有一部分和锚孔壁接触。

全长锚固类锚杆：锚固装置或杆体全部和锚孔壁接触。

（2）按锚杆方式分：

机械锚固型：锚固装置或杆体直接和孔壁接触，以摩擦为主起锚固作用。

粘结锚固型：杆体部分或全长利用胶结材料把杆体和锚固孔孔壁充填黏结，以粘结力为主起锚固作用。

1.2根据《水电水利工程喷锚支护施工规范》（DL/T5181-2003）5.1.1条，锚杆的分类：

（1）按锚固型式分：全长粘结型锚杆、端头锚固型锚杆、摩擦型锚杆。

（2）按受力状态分：非张拉型锚杆、张拉型锚杆。其中张拉型锚杆又分为张拉锚杆和预应力锚杆。

2、全长粘结型锚杆：

全长粘结型锚杆是不能对围岩施加预应力的被动锚杆，适用于围岩变形量不大的地下工程的永久性系统支护。

2.1全长粘结型锚杆设计：

（1）宜采用热扎带肋Ⅱ级（HRB335）、Ⅲ级（（HRB400）钢筋，钻孔直径为28～32mm的小直径锚杆的杆体材料家用Q235钢筋。

（2）杆体钢筋直径宜为16～32mm。

（3）杆体直径大于32mm的锚杆，应采取杆体居中的构造措施。

（4）水泥砂浆的强度等级不应低于M20。

（5）对于自稳时间短的围岩，宜采用树脂锚杆或早强水泥砂浆锚杆。

2.2水泥砂浆锚杆

锚杆施工规范（DL/T5181-2003）5.2.2条：“应优先选用强度等级不低于32.5的新鲜硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，也可采用强度等级不低于42.5的新鲜矿渣水泥。”

“锚杆杆体使用前应调直、除锈、除油污。”“注浆前应用水或稀水泥浆润滑管路。”“拌匀砂浆并防止石块或其他杂物混入，随拌随用，初凝前必须使用完毕。”“宜采用先注浆后插杆”，“若采用先插杆后注浆，俯角小于30°的锚杆还需安装排气管，并在注浆前对锚杆孔孔口进行封堵。”

2.2水泥卷锚杆

锚杆施工规范（DL/T5181-2003）5.2.4条：“水泥卷适用于孔深5m以内的锚杆施工。”“装入锚杆孔内的水泥卷数量应保证插入锚杆后孔内没有空隙。”“水泥卷锚杆能够在短时间（半小时至数小时）内具有承载能力，故多用作临时支护锚杆。

2.4树脂锚杆

树脂卷是将树脂胶粘剂和固化剂按一定比例分别封装于一只聚脂薄膜有相互隔离的两腔内的锚固剂。装入锚杆孔内的树脂卷被旋转的锚杆体端部捅破后，胶粘剂和固化剂被混合，产生化学反应，很快固化，将锚杆体锚固于孔内。

锚杆施工规范（DL/T5181-2003）5.2.7条：“搅拌树脂时，应缓慢推进锚杆杆体，连续搅拌树脂的时间宜为30s。”“树脂搅拌完毕后，应立即在孔口处将锚杆杆体临时固定。”

2.5锚筋桩

锚筋桩主要对边坡，隧道，坝体进行主动加固。锚筋桩作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

锚筋桩主要起锚固作用，一般采用长9m的3根或5根直径Φ32mm的钢筋焊接组成。施工时在岩石或土质边坡上钻孔，将注浆管与锚筋桩绑扎后一起插入孔中，利用注浆管全孔一次灌注纯水泥浆液。

锚筋桩“宜采用先插杆后注浆的施工工艺。”“钻头直径应大于钢筋束直径40mm以上”。

3、端头锚固型锚杆：

端头锚固型锚杆，安装后可立即提供支护抗力，并能对围岩施加不大于100KN的预应力，适用于裂隙性的坚硬岩体中的局部支护。

端头机械式锚固适用于硬岩或中硬岩；粘结式锚固除用于硬岩或中硬岩外，也可用于软岩。

端头锚固型锚杆的作用主要取决于锚头的锚固强度。在锚头型式选定后，其锚固强度是随围岩情况而变化的。因此，使用前，应在现场进行锚杆的拉拔试验，以检验所选定的锚头是否与围岩条件相适应。

由于地下水或潮湿空气的长期作用，端头锚固型锚杆的杆体和锚头易发生锈蚀，可使其锚固力减小或完全丧失。因此，服务年限大于5年的端头锚固型锚杆，应采取灌注水泥砂浆或其他防腐措施。

按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）条文说明4.2.3进行分类。

粘结式锚固端的锚固剂，国内有树脂卷和快硬水泥卷两种。

树脂锚固剂目前广泛采用115松香封端不饱和聚脂树脂。树脂与填料之比一般为1：5～1：7，这种锚固剂的特点是固化时间短（由几十秒到几分钟），强度增长快（半小时强度可达28d强度的65%～96%），强度高（最终强度达60～120MPa）。因此能及时提供支护能力。

快硬水泥卷锚固剂由硫铝酸盐水泥和双快型水泥配制而成，水泥卷内的装填密度为1.14～1.48g/cm3，使浸水后的水灰比控制在0.34～0.35范围内。这种快硬水泥锚固剂，强度增长快（0.5～1.0h强度可达20MPa）。因此，快硬水泥卷锚

杆也有能及时提供支护抗力的特点。

《水电水利工程喷锚支护施工规范》（DL/T5181-2003）第5.3.2条：“张拉型锚杆一般采用端头锚型式。锚固宜采用粘结式，特殊情况下也可采用机械式。粘结式一般采用速凝树脂卷、快硬水泥卷等；机械式一般采用胀壳式、楔缝式、倒楔式等。

《水电水利工程喷锚支护施工规范》（DL/T5181-2003）第5.3.5条：“安装前应检查孔深，以锚杆就位后其外露段的丝扣长度可以安装托板、螺帽等部件为适宜。”

第5.3.6条：“张拉型锚杆孔口应该用早强砂浆做平整处理，其强度应能承担锚杆张拉的最大荷载。”

5.3.7条：“可采用穿心式千斤顶、拉伸机、扭力扳手等机具进行张拉”，“张拉力的大小满足设计要求。张拉锚杆拧紧螺帽的扭矩不应小于100KN.m。”

3.1端头锚固型锚杆设计

（1）杆体材料宜用Ⅱ级钢筋，杆体直径为16～32mm。

（2）树脂固化剂的固化时间不应大于10min，快硬水泥的终凝时间不应大于

12min。

（3）树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250mm，快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜为300～400mm。

（4）托板可用Q235钢，厚度不宜小于6mm，尺寸不宜小于150mm×150mm。（5）锚头的设计锚固力不应低于50KN。

（6）服务年限大于5年的工程，应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。

4、摩擦型锚杆：

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）4.2.1条：“摩擦型锚杆：缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆”。

摩擦型锚杆，安装后可立即提供支护抗力，并能对围岩施加三向预应力，韧性好，适用于软弱破碎、塑性流变围岩及经受爆破震动的矿山巷道工程。

目前国内有全长摩擦型（缝管式）和局部摩擦型（楔管式）两种。摩擦型锚杆是一根沿纵向开缝的钢管，当它装入比其外径小2～3mm的钻孔时，钢管受到孔壁的约束力而收缩，同时，沿管体全长对孔壁施加弹性抗力，从而锚固其周

围的岩体。

《水电水利工程喷锚支护施工规范》（DL/T5181-2003）第5.4.1条：“摩擦型锚杆一般应用于临时支护。”

4.1摩擦型锚杆设计

（1）缝管锚杆的管体材料宜用16锰或20锰硅钢，壁厚为2.0～2.5mm；楔管锚杆的管体材料可用Q235钢，壁厚为2.75～3.25mm。

（2）缝管锚杆的外径为30～45mm，缝宽为13～18mm；楔管锚杆缝管段的外径为40～45mm，缝宽宜为10～18mm，圆管段内径不宜小于27mm。

（3）钻孔直径应小于摩擦型锚杆的外径，其差值可按下表选取。

（4）宜采用碟形托板，材料为Q235钢，厚度不应小于4mm，尺寸不应小于120mm ×120mm。

（5）杆体极限抗拉力不宜小于120KN，挡环与管壁焊接处的抗脱力不应小于

80KN。

（6）缝管锚杆的初锚固力不应小于25KN/m，当需要较高的初锚固力时，可采用带端头锚塞的缝管锚杆或楔管锚杆。

（7）水胀式锚杆材料宜选用直径为48mm，壁厚2mm的无缝钢管，并加工成外径为29mm，前后端套管直径为35mm的杆体。

（8）水胀式锚杆的托板材料、规格同摩擦型锚杆。

4.2摩擦型锚杆施工

（1）《水电水利工程喷锚支护施工规范》（DL/T5181-2003）第5.4.6条：“向钻孔内推入锚杆杆体，可使用风动凿岩机和专用连接器。”“凿岩机的工作风压不应小于0.4MPa。”

5预应力锚杆

预应力锚杆能对围岩施加大于200KN的预应力，且能处理深部的稳定问题，适用于大跨度地下工程的系统支护及局部大的不稳定块体的支护。

《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS:222005）预应力锚杆的优点：及时主动提供有利于岩土体和结构稳定的抗力，有效抑制开挖地层的变形；显著提高地层软弱结构面或潜在滑裂面的抗剪强度；改善岩土体的应力状态。近年来，随着钻孔技术和高强钢绞线的发展，高承载力（锚杆设计拉力大于10000KN）和超长（长度达130m）的预应力锚杆已得到成功应用。该类锚杆特别适用于要求锚杆承载力高、变形小和需要锚固于地层深处的工程。

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）条文：目前国内普遍采用的预应力锚杆是一种集中拉力型锚杆，这种锚杆固定长度上的粘结应力分布极不均匀，固定段的最近端应力集中现象严重，随着荷载的增大，并在荷载传至固定长度最远端这前，杆体——灌浆体界面或者灌浆体——地层界面就会发生“粘脱”。这种粘结作用逐步破坏的锚杆一般都会大大降低地层强度的利用率，特别在软岩和土层中，当固定长度大于8～10m时，其承载力的增量很小或无任何增加。

国内已开发出一种复合锚固系统，即压力分散型或拉力分散型锚杆。这种锚固系统是在同一个钻孔中安装几个单元锚杆，而每个单元锚杆都有自己的杆体，自己的锚固长度，而且承受的荷载也是通过各自的张拉千斤顶施加的。由于组合成这类锚杆的单元锚杆锚固长度很小，所承受的荷载也小，锚固长度上的轴力和粘结应力分布也较均匀，不会产生逐步粘脱现象，从而最大限度地调用地层强度。特别是压力分散型锚杆，其单元锚杆的预应力筋采用无粘结钢绞线，在荷载作用下灌浆受压，不易开裂，因而能大大提高锚杆的耐久性。

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）中预应力锚杆指“预拉力大于200KN，长度大于8.0m的岩石锚杆。”

《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS:222005）

4.1.1条：注浆型预应力锚杆应由杆体、锚固段、自由端和锚头组成。适用于要求锚杆承载力高、变形量小和需锚固于地层较深处的工程。

4.1.2条：机械型预应力锚杆应由杆体、机械式锚固件、自由端和锚头组成。

适用于地层开挖后必须立即提供初始预应力的工程或抢险加固工程。

4.2.1条：拉力型预应力锚杆应有与注浆体直接粘结的杆体锚固段。拉力型预应力锚杆适用于硬岩、中硬岩或锚杆承载力要求较低的土体工程。

4.2.2条：压力型预应力锚杆应由不与灌浆体相互粘结的带保护套管的杆体和位于锚固段注浆体底端的承载体组成。适用于锚杆承载力要求较低或地层腐蚀环境恶劣的岩土工程。

4.3.1条：荷载分散型锚杆可分成拉力分散型和压力分散型锚杆。

4.3.2条：拉力分散型锚杆应由若干拉力型单元锚杆组合而成，各拉力型单

元锚杆的锚固段应位于锚杆总锚固段的不同部位。适用于锚杆承载力要求较高的软岩或土体工程。

4.3.3条：压力分散型锚杆应由若干压力型单元锚杆组合而成，各压力型单元锚杆的锚固段应位于锚杆总锚固段的不同部位。适用于锚杆承载力要求较低或防腐等级要求较高的软岩或土体工程。

4.3.4条：永久性拉力分散型锚杆和压力分散型锚杆的结构构造见下图。

5.1预应力锚杆设计

（1）硬岩锚固宜采用拉力型锚杆；软岩锚固宜采用压力分散型或拉力分散型锚杆。

（2）确定锚杆倾角应避开锚杆与水平面的夹角为-10°～+10°这一范围。

（3）预应力筋材料宜用钢绞线、高强钢丝或高强精轧螺纹钢筋。对穿型锚杆及压力分散型锚杆的预应力筋应采用无粘结钢绞线。当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，预应力筋也可采用Ⅱ级或Ⅲ级钢筋。

（4）预应力锚杆的锚固段灌浆体宜选用水泥浆或水泥砂浆等胶结材料，其抗压强度不宜低于30MPa。压力分散型锚杆锚固段灌浆体抗压强度不宜低于40MPa。（5）预应力锚杆的自由段长度不宜小于5.0m。

（6）压斩分散型或拉力分散型锚杆的单元锚杆锚固长度不宜小于15倍锚杆钻孔直径。

（7）锚固段内的预应力筋每隔1.5～2.0m应设置隔离架。永久性的拉力型或拉力分散型锚杆锚固段内的预应力筋宜外套波形管，预应力筋的保护层厚度不应小于20mm。临时性锚杆预应力筋的保护层厚度不应小于10mm。

（8）自由段内预应力筋宜采用带塑料套管的双重防腐，套管与孔壁间应灌满水

泥砂浆或水泥净浆。

（9）永久性预应力锚杆的拉力锁定值应不小于拉力设计值；临时性预应力锚杆可等于或小于拉力设计值。

锚杆施工

锚杆开孔位置：

开孔位置允许偏差为10cm。特殊部位（如岩壁吊车梁、岩壁连续牛腿等）的锚杆，其孔位偏差应按设计要求执行。

锚杆施工规范（DL/T5181-2003）5.1.4条：在Ⅳ类、Ⅴ类围岩及特殊地质围岩中开挖的地下工程，应根据现场具体情况先喷混凝土或挂网喷混凝土，再安装锚杆杆体。当成孔困难时，可采用自钻式注浆锚杆或管式锚杆。

锚杆钻孔孔径规定：

1、根据《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T5424-2009）条文说明8.2.2条：锚杆施工规范（DL/T5181-2003）5.1.1条第3款规定：注浆锚杆的钻孔孔径，若采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径15mm以上；若采用“先安装锚杆后注浆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径25mm以上；孔底注浆时，钻头直径应比锚杆直径大40mm以上。

2、根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）4.2.2条第3款，全长粘结型锚杆“杆体钢筋保护层厚度，采用水泥砂浆时不小于8mm，采用树脂时不小于4mm”。

3、根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）7.1.1条第5款，“水泥砂浆锚杆孔径应大于杆体直径15mm；树脂锚杆和快硬水泥卷锚杆孔径宜为42～50mm，小直径锚杆孔直径宜为28～32mm；水胀式锚杆孔直径宜为42～45mm。”

锚杆无损检测《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T5424-2009）

1、一般规定：

锚杆无损检测宜采用声波反射法，检测内容包括锚杆长度和注浆饱满度。检测前宜进行锚杆模拟试验。

全长粘结型单根锚杆锚固质量应评价锚杆长度、注浆饱满度。其他类型锚杆锚固质量评价：自钻式锚杆评定杆体长度、注浆饱满度；端头锚固型锚杆评定杆体长度、锚固端注浆饱满度；摩擦型锚杆评定锚杆长。

2、检测比例：

（1）常规部位永久锚杆检测比例应不小于施工总数的10%，且每单项或单元工程不少于10根。

（2）岩锚梁等关键部位的锚杆检测比例应不低于施工总数的50%，必要时可100%检测，且每单项或单元工程不少于20根。

（3）临时工程锚杆检测比例宜为施工总数的3%，且每单项或单元工程不少于5根。

（4）永久锚杆单项或单元工程质量无损检测合格率达不到要求时，应加倍检测。

3、检测结果评定

a、判断单根锚杆长度合格：

（1）岩锚梁等关键部位结构锚杆实测入孔长度≥设计长度的95%，且不足长度不超过20cm。

（2）常规部位永久锚杆实测入孔长度≥设计长度的95%。

（3）临时锚杆实测入孔长度≥设计长度的95%。

b、锚杆分级标准

（1）Ⅰ级锚杆，长度合格，锚杆饱满度D≥90%。

（2）Ⅱ级锚杆，长度合格，锚杆饱满度90%＞D≥80%。

（3）Ⅲ级锚杆，长度合格，锚杆饱满度80%＞D≥75%。

（4）Ⅳ级锚杆，长度不合格，或锚杆饱满度D＜75%。

（5）缺陷部位集中在孔底或孔口段，应按以上标准降低一级评定。

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）10.1.5条第4款规定“全长粘结型锚杆，应检查砂浆密实度，注浆密实度大于75%方为合格”。

c、判断单根锚杆质量合格：

（1）岩锚梁等关键部位锚杆，Ⅰ级。

（2）常规部位永久锚杆，Ⅱ级及以上。

（3）临时性锚杆，Ⅲ级及以上。

d、判断单项或单元工程锚杆质量合格：

（1）岩锚梁等关键部位锚杆抽检样本中90%达到Ⅰ级以上，且无Ⅳ级锚杆。（2）常规部位永久锚杆抽检样本中80%达到Ⅱ级及以上，且无Ⅳ级锚杆。

（3）临时性锚杆抽检样本中80%达到Ⅲ级及以上。

4、现场检测规定

（1）被检测的锚杆砂浆应达到3天以上龄期。

（2）检测宜在挂网、喷混凝土或衬砌支护施工前进行。