预应力锚杆的设计
预应力锚杆在设计施工中常见问题
2012年12月内蒙古科技与经济December 2012 第24期总第274期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .24T o tal N o .274预应力锚杆在设计施工中常见问题李义国(呼和浩特铁路局恒诺房建生活段包头分段,内蒙古包头 014040) 摘 要:通过对预应力锚杆力学作用机理分析,结合工程实例,总结预应力锚杆在设计施工中应注意的常见问题,以引起设计施工人员重视。
关键词:预应力锚杆;作用机理;设计施工问题;防治措施 中图分类号:T U472 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)24—0066—02 锚杆是主要承受拉力的杆状构件。
锚杆是运用钻孔注浆技术将杆体固定于深部稳定的地层中,使被加固的物体稳定,并可以限制物体变形。
预应力锚杆作为锚杆支护的一种重要类型,具有安全、高效、施工快速等优点,目前已在地下工程、边坡工程、深基坑工程、桥梁工程中得到了极其广泛的运用。
但是预应力锚杆支护技术在设计施工中还有一些问题,因此施工中也存在一些安全隐患。
原因是由于设计水平不同,施工条件复杂多变,施工水平差异较大,本文旨在通过预应力锚杆力学作用机理及工程中应用条件分析,结合工程实例,总结工程设计和施工中常见问题。
1 预应力锚杆的力学作用机理1.1 预应力锚杆的锚固机理预应力锚杆支护对潜在滑移区内的土体进行锚固。
锚杆设置时施加预应力,预应力不但增加了土体潜在滑动面上的正应力W 1和相应抗剪阻力W 2,还提高了土体的整体稳定性,对土介质的潜在滑移面起“超前缝合”作用,具有主动的约束锚固机制。
见图1所示。
图1 锚杆应力1.2 预应力锚杆的作用机理预应力锚杆的结构分为三大部分,见图2所示。
1.2.1 锚固段:提供抗拔力的部分,也就是连接锚杆与稳定土层锚固的部分(L 1)。
1.2.2 自由段:连接锚固构件与锚固段之间的部分(L 2),即锚杆能自由伸张的部分。
井巷工程锚杆支护设计方案
井巷工程锚杆支护设计方案一、前言井巷工程锚杆支护是指利用锚杆进行加固和支护井巷工程，以提高井巷的稳定性和安全性。
在矿山、隧道和地下工程中，井巷工程锚杆支护起着非常重要的作用。
本文将针对井巷工程锚杆支护的设计方案进行详细讨论。
二、背景井巷工程锚杆支护设计的前提是要对井巷的地质条件、工程要求、现场情况进行充分的调查和分析。
只有了解了这些信息，才能制定出切实可行的设计方案。
三、设计方案内容1. 井巷工程锚杆支护的类型井巷工程锚杆支护主要包括预应力锚杆、地锚杆、钻孔锚杆等类型。
在设计方案中，需要根据井巷的具体情况和工程要求选取相应的锚杆支护类型。
2. 井巷工程锚杆支护的结构形式在设计方案中，需要确定井巷工程锚杆支护的结构形式，包括锚杆的布设方式、钢筋混凝土和喷浆锚杆配合使用等。
3. 井巷工程锚杆支护的技术要求在设计方案中，需要明确井巷工程锚杆支护的技术要求，包括锚杆的材料选用、规格和长度、锚杆的预应力和锚固技术等。
4. 井巷工程锚杆支护的施工工艺在设计方案中，需要详细描述井巷工程锚杆支护的施工工艺，包括锚杆的制作、预应力锚杆的张拉、锚杆的灌浆、锚杆的布设等。
5. 井巷工程锚杆支护的质量检验与验收在设计方案中，需要明确井巷工程锚杆支护的质量检验与验收标准和程序，以确保锚杆支护工程的质量和安全。
四、设计步骤1. 调查与分析井巷的地质条件和工程要求，确定井巷工程锚杆支护的类型。
2. 根据井巷的具体情况确定锚杆支护的结构形式和技术要求。
3. 制定井巷工程锚杆支护的施工工艺方案和质量检验与验收标准和程序。
4. 撰写井巷工程锚杆支护的设计方案。
五、设计实例以某矿山的井巷工程为例，该井巷的地质条件为岩层较硬，倾斜度较大，设计要求是提高井巷的稳定性和安全性。
根据实际情况，确定了预应力锚杆和地锚杆结合的支护方案，采用钢筋混凝土锚杆，锚杆的预应力和锚固技术采用液压张拉机进行施工。
在施工工艺上，采用了先灌浆再张拉的工艺流程，以确保锚杆的牢固和稳定。
锚杆支护设计与施工方案
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
预应力锚杆在设计施工中常见问题李义国
2012年12月内蒙古科技与经济December 2012 第24期总第274期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy &Economy N o .24T o tal N o .274预应力锚杆在设计施工中常见问题李义国(呼和浩特铁路局恒诺房建生活段包头分段,内蒙古包头 014040) 摘 要:通过对预应力锚杆力学作用机理分析,结合工程实例,总结预应力锚杆在设计施工中应注意的常见问题,以引起设计施工人员重视。
关键词:预应力锚杆;作用机理;设计施工问题;防治措施 中图分类号:T U472 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)24—0066—02 锚杆是主要承受拉力的杆状构件。
锚杆是运用钻孔注浆技术将杆体固定于深部稳定的地层中,使被加固的物体稳定,并可以限制物体变形。
预应力锚杆作为锚杆支护的一种重要类型,具有安全、高效、施工快速等优点,目前已在地下工程、边坡工程、深基坑工程、桥梁工程中得到了极其广泛的运用。
但是预应力锚杆支护技术在设计施工中还有一些问题,因此施工中也存在一些安全隐患。
原因是由于设计水平不同,施工条件复杂多变,施工水平差异较大,本文旨在通过预应力锚杆力学作用机理及工程中应用条件分析,结合工程实例,总结工程设计和施工中常见问题。
1 预应力锚杆的力学作用机理1.1 预应力锚杆的锚固机理预应力锚杆支护对潜在滑移区内的土体进行锚固。
锚杆设置时施加预应力,预应力不但增加了土体潜在滑动面上的正应力W 1和相应抗剪阻力W 2,还提高了土体的整体稳定性,对土介质的潜在滑移面起“超前缝合”作用,具有主动的约束锚固机制。
见图1所示。
图1 锚杆应力1.2 预应力锚杆的作用机理预应力锚杆的结构分为三大部分,见图2所示。
1.2.1 锚固段:提供抗拔力的部分,也就是连接锚杆与稳定土层锚固的部分(L 1)。
1.2.2 自由段:连接锚固构件与锚固段之间的部分(L 2),即锚杆能自由伸张的部分。
永久性土层预应力锚杆设计探讨
通过试验 与理论分析可 以看出工作中的锚杆周边 摩 阻力并非沿锚 固体均匀分布 ，而是产生严 重的应力 集中现 象 ，剪应力 的分布范 围仅仅是内锚 固段前 面的 有限区域 。随着锚杆上荷载的增 大 ，在荷 载传至锚 固 段最远端前 ，在地层与锚 固体的界面上就会发 生粘结 效应逐 步弱化或脱开 的现象 ，因此 当锚 固段达 到一定 长度后再增长 锚杆 ，其抗拔 能力 的提高 也是有 限的。 般设计锚杆时 ，认为剪应 力均匀分布于锚 固体是不
２ 锚 固体 抗 拔 的 力 学模 型
（ ）式 。 ５
一
０
㈩
这二常数分程令＝ 由 个阶系微方，卢 ，边 √
界条件 ： ＝ ０时 ｕ ＝ｕ ； ＝ｌ 。 时 Ｎ ＝ ，可求 得式 ０ （ ）的特定解 ５
ｕ ＝ ｃｌ ＋ ｃ ｅ ２
进而可得 ｆ ＝ｋ ｃ ＋ｃｅ ） （ｌ ２
维普资讯
・
１０・ ０
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路基工程
２０ ０ ７年第 ２期 （ 总第 １１ ） ３期
永久 性 土 层 预应 力 锚 杆 设 计 探讨 水
赵 继承 郭 玉 荣 邹银 生
湖南长沙 ４０８ ） １０ ２ （ 湖南大学结构工程研பைடு நூலகம்所
摘 要 探 讨 了土层 预应 力锚 杆 支护设 计 中的锚 杆抗拔 力学机理 、预 应 力锁定值及 永 久性锚 杆 的安全 系数 等 问题 ，为锚 杆设 计 实践提 供 可行 的指 导 。 关键 词 永久性 预 应 力 土层锚 杆
图 １ 锚 固体 抗 拔 力计 算 示 意 图
～
．
—
一 ４ ８ 皇
一
Ｐ
Ｎ ＝Ｐ— ， ｕ ｘ ｋ ＤＪ ｒ ｄ ｒ
预应力锚杆支护施工方案
预应力锚杆支护施工方案
预应力锚杆支护是指通过预先施加一定的预应力，使锚杆与岩体或土体相互依靠，从而形成一种相互支护的措施。
预应力锚杆支护施工方案主要包括以下几个步骤。
第一步，选取适当的支护位置。
根据具体情况，确定支护的位置和数量，且需避免受到地下管线等不可移动物体的干扰。
第二步，进行钻孔。
利用钻孔机进行坑底钻孔，钻孔直径根据实际需要确定。
钻孔时需严格按照设计要求进行，保证预应力锚杆在施工时的稳定性。
第三步，安装锚杆。
根据设计要求将锚杆插入钻孔中，然后注入高强度水泥浆或特殊的支护材料充填锚杆孔道，使其与锚杆形成紧密的连接。
锚杆的长度和数量需根据实际情况确定。
第四步，施加预应力。
在锚杆安装完成后，根据设计要求，采用特定的设备对锚杆进行预应力施加。
预应力的大小需根据具体情况进行调整，以保证锚杆的稳定性。
第五步，加固锚杆。
为了增加锚杆的支撑能力，可以进行加固措施，比如在锚杆周围注入加固材料，或者在锚杆与岩体或土体接触面进行加固。
第六步，进行监测。
在施工完成后，需要对预应力锚杆进行监测，以确保其在使用过程中的稳定性和安全性。
监测包括测量锚杆的张力、变形等参数，并及时采取措施进行调整。
总结起来，预应力锚杆支护施工方案主要包括选取支护位置、钻孔、安装锚杆、施加预应力、加固锚杆和进行监测等步骤。
在施工过程中需要严格按照设计要求进行，确保支护的有效性和安全性。
预应力锚杆(索)抗滑桩的设计与计算
顶最终产生水平位移为 Ｙ， 并设 ｙ 为在滑坡推力 ；
Ｅ 作用下 桩 顶产 生的 水平 位 移 ， 为锚 索 拉 力 Ａ作 Ｙ 用 下 桩顶产 生 的水平 位 移 （ １ ， 有如 下公 式 ： 图 ）则
— 一
Ｑ ＝１ Ｍｏ 时 ０点 在剪 力方 向产 生 的位 移 ； 、 。 和 ＝１
…
…
…
…
…
…
一
…
一
…
…
一
～
…
…
…
…
…
…
．
！ ！
ＤＶＬ！Ｎ１ －Ｏ１…． ……… ｏ ． ＿ ６
４７ 。将 ７ ＝１２～ ／ Ｑ 代 人 上述 公 式 中 即可 求 ／Ｑ ， ＂ ／ ４７ 。 ０ 得锚 索设 计拉 力 。
■、
（ ）静态 设计 方法 ： 适 当的锚 索 张 拉力 尺， ４ 取 可
（ ）用作用在每根桩上 的滑坡推力 Ｅ 、 ２ 桩前滑面以 上岩土抗力 Ｅ。计算 出 后再确定锚索设计拉力 ７ ， ＇ ［ 。
此方 法将预应 力 锚索 抗 滑 桩 的受力 图式 简化 为 上端 铰支 、 弹性 固结或 简 支 的梁 式 结 构 ， 下端 滑坡 推 力 近似为矩形 分布 （ ２ 。Ｅ 和 Ｅ 图 ） 之 作用点大 致在 锚索 抗滑桩 桩高的 中间 ， 计算简 图列公式 如下 ： 按
式 中 ： 一 为 滑坡 推 力 或 岩 土压 力 作 用 于 ０点
的弯矩 ； ， 尺一第 排锚索拉力 ； ￡ 一第 排锚索作用点 距 ０点 的距 离 。
滑 动 面
如 图 ３所示 ， 滑坡推 力 按梯 形分 布 图式 ， 假定 各 排锚索 拉 力 Ｒ ＝Ｒ ＝… ＝Ｒ 。 ＝Ｒ， 用 Ｍｏ＝ ， 利 ０ 则可 得锚 索 中 的预应 力张 拉力 为 ： Ｒ：
锚杆锚索设计计算案例
锚杆（索）设计根据现场地质条件和地形特征，斜坡体由于受到先期构造作用和后期风化作用强烈影响，出露基岩破碎，裂隙发育，且距交通要道较近的特点，拟采用锚杆（索）对局部卸荷裂隙发育、稳定性较差的危岩体进行锚固，以达到加固坡面，抑制风化剥落、崩塌的发生。
通过现场调查及三维激光扫描数据分析，半壁山危岩体主要失稳模式为倾倒式和滑移式。
1.倾覆推力计算：推力计算：式中：k-后缘裂隙深度（m）。
取11.1m；hv-后缘裂隙充水高度（m）.取3.7m；H-后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离（m）. 取15m;a-危岩带重心到倾覆点的水平距离（m），取3.4m；b-后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离（m），取6.8m;h0-危岩带重心到倾覆点的垂直距离（m），取7.2m;fk-危岩带抗拉强度标准值（kPa），根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4折减系数确定暴雨工况下190kPa;θ-危岩带与基座接触面倾角（°），外倾时取正，内倾时取负值；β-后缘裂隙倾角（°）；K-安全系数取1.5；2.锚杆计算（1）锚杆轴向拉力设计值计算公式：,式中Nak -锚杆轴向拉力标准值（kN）；Na -锚杆轴向拉力设计值（kN）；Htk -锚杆所受水平拉力标准值（kN）；α-锚杆倾角（°），设计取值为15°；γa-荷载分项系数，可取1.30；(2) 锚杆钢筋截面图面积计算公式：锚杆截面积：As-锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积（m2）；ξ2-锚杆抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性锚杆取0.92；γ0-边坡工程重要系数，取1.0；fy-钢筋或预应力钢绞线的抗拉强度标准值（kN），取300N/ mm；(3) 锚杆锚固体与地层的锚固长度计算公式：(4) 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度计算公式：锚固段长度按上述两个公式计算，并取其中的较大值。
式中：la-锚杆锚固段长度（m）；frb-锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值（kPa）；fb-锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值（kPa）；D-锚杆锚固段的钻孔直径（m）；d-锚杆钢筋直径（m）；γ0 -边坡工程重要系数，取1.0；ξ1-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；ξ3-钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性取0.60，对临时性取0.72；通过计算，得出：;或：;锚杆设计长度均为4m，采用Φ32螺纹钢筋作为锚筋，钻孔直径为110mm，全孔段M30水泥砂浆固结，共计132根；锚索设计长度为12m，采用4根φ15.20-1860钢绞线，钻孔直径110mm，M30水泥砂浆固结，锚固段长度不小于4m，共计30根。
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预应力锚杆设计
中冶建筑研究总院程良奎
2013.2
1、锚杆拉力设计值
永久性锚杆轴向拉力设计值T d ,可按下式确定
1.35d w k
T T γ≥临时性锚杆轴向拉力设计值T d ,可按下式确定
1.25d k
T T ≥式中：
T K ——锚杆轴向拉力标准值
γW ——工作条件系数，取1.1
2、锚杆杆（筋）体截面
锚杆或单元锚杆杆（筋）体受拉承载力应符合下列规定，并满
足张拉控制应力的要求。
对于钢绞线或者预应力螺纹钢筋：d py s T f A ≤对于普通钢筋：
d y s
T f A ≤式中：A s ——钢筋截面积
f py ——钢绞线或预应力螺纹钢筋拉强度设计值
f y ——普通钢筋抗拉强度设计值
锚杆预应力筋的张拉控制应力应符合下表规定：
预应力筋张拉控制应力
锚杆类型
钢绞线预应力螺纹
钢筋
普通钢筋
永久≤0.50f
ptk ≤0.70f
pyk
≤0.70f
yk
临时≤0.65f
ptk ≤0.80f
pyk
≤0.80f
yk con
σ
con
σ
con
σ
3、锚杆锚固段长度
锚杆锚固段设计长度应同时满足灌浆体与筋体间、灌浆体与岩土体间抗拔承载力要求，取下列公式中的较大值.
锚杆及单元锚杆锚固体受拔承载力应符合下列规定:'
d
a ms
KT L n d f π≥⋅⋅⋅d
a mg T L K
D f πψ
≥⋅⋅⋅式中：L a ——锚杆或单元锚杆锚固段长度；
T d ——锚杆或单元锚杆轴向拉力设计值；
f ms ——锚杆锚固段灌浆体与筋体间粘结强度设计值；
f m
g ——锚杆锚固段灌浆体与地层间极限粘结强度标准值，应通过试
验确定，当无试验资料时，可按下表一取值。
D ——锚杆锚固段钻孔直径；d ——钢筋或钢绞线直径；ψ——锚固段长度对极限粘结强度的影响系数；n ——钢筋或钢绞线根数。
表：灌浆体与筋体间的粘结强度设计值
锚杆用途
灌浆体抗压
（MPa）
张拉钢筋体种类
20.0 25.0 30.0 40.0
临时
预应力螺纹钢筋 1.4 1.6 1.8 2.0
钢绞线、普通钢筋 1.0 1.2 1.35 1.5 永久
预应力螺纹钢筋 1.2 1.4 1.6
钢绞线、普通钢筋0.8 0.9 1.0
锚杆锚固段灌浆体与周边地层间的极限粘结强度标准值(N/mm2)
岩土类别极限粘结强度标准值
岩石坚硬岩 1.5～2.5较硬岩 1.0 ～1.5软岩0.6 ～1.2极软岩0.6 ～1.0
砂砾N标贯值100.1 ～0.2 200.15 ～0.25 300.25 ～0.30 400.30 ～0.40
砂N标贯值100.10 ～0.15 200.15 ～0.20
锚杆锚固段灌浆体与周边地层间的极限粘结强度标准值(N/mm2)
砂N标贯值
300.20~0.27
400.28~0.32
500.3~0.4
粘性土软塑0.02~0.04可塑0.04~0.06硬塑0.05~0.07坚硬0.08~0.12
注：1. 表中数值为锚杆粘结段长10m（土层）或6m（岩石）的灌浆体与岩土层间的平均极限粘结强度经验值，灌浆体采用一次注浆；若对锚固段注浆采用带袖阀管的重复高压注浆，其极限粘结强度标准值可显著提高，提高幅度与注浆压力大小关系密切。
2. N值为标准贯入试验锤击数。
锚杆锚固段灌浆体与地层间粘结强度的安全系数
安全等
级锚杆破坏后果
安全系数
临时锚杆永久锚杆
Ⅰ危害大，会构成
公共安全问题
1.8
2.2
Ⅱ危害较大，但不出
现公共安全问题
1.6
2.0
Ⅲ危害较轻，不构成
公共安全问题
1.4
2.0
锚固段长度对灌浆体与地层间粘结强度的影响系数ψ建议值
锚固地
层
土层软岩或极软岩
锚固段
长度
(m)
13~1610~131010~66~39~126~966~44~2
ψ取值0.8~0.
6
1.0~0.
8
1.0 1.0~1.3 1.3~1.60.8~0.6 1.0~0.8 1.0 1.0~1.3 1.3~1.6
4、锚杆自由段长度
●穿过滑移面1.5m
●锚杆工作时，保持筋体自由伸缩
5、锚杆防腐保护设计
1）锚杆防腐保护等级及构造设计要求应根据锚杆的设计
使用年限及所处地层的腐蚀程度确定。
2）当对地层的检测与调查中,出现下列一种或多种情况时
应判定该地层具有腐蚀性：
1、PH值小于4.5；
2、电阻率小于2000Ω.cm；
3、出现硫化物；
4、出现杂散电流或可造成对水泥浆体与杆体的化学腐蚀。
3）腐蚀环境中的永久性锚杆应采用Ⅰ级防腐保护措施；非腐蚀环境中的永久性锚杆及腐蚀环境中的临时性锚杆应采用Ⅱ级防腐保护措施。
5、锚杆防腐保护设计
4）锚杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级防腐保护构造设计要求：锚杆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级防腐保护构造要求防腐保
护等级锚杆类型预应力锚杆及锚具防护要求锚头自由段
粘结段Ⅰ级拉力型、拉力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用注入油脂的护管或无粘结钢绞
线，并在护管或无粘结钢绞线束外
再套有光滑管
采用注入水泥浆的波形管压力型、压力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用无粘结钢绞线，并在无粘结钢
绞线束外再套有光滑管采用无粘结钢绞线
Ⅱ级
拉力型、
拉力分散型采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用注入油脂的护管或无粘结钢绞线采用注入水泥浆的波形管
压力型、
压力分散型
采用过渡管，锚具用混凝土封闭或用钢罩保护采用无粘结钢绞线采用无粘结钢绞线Ⅲ级拉力型、
拉力分散型采用过渡管，锚具涂防腐油脂采用注入油脂的护管或无粘结钢绞
线注浆
3.岩土锚固工程设计
6、初始预应力的确定
锚杆初始预应力（锁定拉力）值的确定应符合下列要求：
●对地层及被锚固结构位移控制要求较高的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定荷载）值宜为锚杆拉力设计值。
●对地层及被锚固结构位移控制要求较低的工程，预应力锚杆的初始预应力（锁定荷载）值宜为锚杆拉力设计值的0.70~0.85倍。
●对显现明显流变特征的高应力低强度岩体中隧洞和洞室支护工程，预应力锚杆的初始预应力宜为拉力设计值的0.5~0.6倍。
●对用於特殊地层或被锚固结构有特殊要求的锚杆，其初始预应力值可根据经验确定。