锚索设计

锚杆（锚索）支护设计技术参数一、锚索设计承载力钢绞线直径为φ15.24mm 时230kN ，钢绞线直径为φ17.8mm 时320kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时454kN 。

二、锚索设计破断力钢绞线直径为φ15.24mm 时260kN ，钢绞线直径为φ17.8mm 时355kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时504kN 。

三、锚杆（锚索）支护参数校核1、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L ≥L 1+L 2+L 3式中L ——锚杆总长度，m ；L 1——锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），m ；L 2——有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b ，帮锚杆取帮破碎深度c ），m;L 3——锚入岩（煤）层内深度，m 。

其中围岩松动圈冒落高度b=顶f H B ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+︒245tan 2ω式中B 、H ——巷道掘进荒宽、荒高； 顶f ——顶板岩石普氏系数；ω——两帮围岩的似内摩擦角，ω=()顶f arctan 。

⎪⎭⎫ ⎝⎛-︒=245tan ωH c 2、校核顶锚杆间、排距：应满足γ2kL G a <式中a ——锚杆间、排距，m ；G ——锚杆设计锚固力，kN/根； k ——安全系数，一般取2；（松散系数） L 2——有效长度（顶锚杆取b ）;γ——岩体容重3、加强锚索长度校核，应满足d c b a L L L L L +++= 式中L ——锚索总长度，m ；aL ——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m ；caa f f d K L 41⨯≥其中：K ——安全系数；1d ——锚索直径； af ——锚索抗拉强度，N/㎜2；c f ——锚索与锚固剂的粘合强度，N/㎜2；（10）？b L ——需要悬吊的不稳定岩层厚度，m ；c L ——托板及锚具的厚度，m ； dL ——外露张拉长度，m ；4、悬吊理论校核锚索排距：L ≤nF 2/[BH γ-（2F 1sin θ）/L 1] 式中 L---锚索排距，m ；B---巷道最大冒落宽度， m ；H---巷道最大帽落高度， m ；（最大取锚杆长度） γ---岩体容重，kN/m 3（包括顶煤+直接顶） L 1---锚杆排距, m,F 1---锚杆锚固力, kN;70F 2---锚索极限承载力, kN; θ---角锚杆与巷道顶板的夹角,75°; n---锚索排数,取1。

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。

矿用锚索设计计算书(神木市鑫阳机电有限公司)矿用锚索是应用于煤矿井巷围岩加固的装置，主要由张拉端、自由段和锚固段构成，是能够传递张拉力的结构整体。

目前，在全国各大煤矿广泛应用的矿用锚索是由单根钢绞线和与之相匹配的单孔锚具及各种附件组成的单束锚索。

本文将通过对常用不同规格的矿用锚索进行力学分析的基础上，进一步探讨矿用锚索的施工工艺。

1、规格型号：锚索支护的显著特点是:锚索长度较长,能够锚入到深部较稳定的岩层中；并且锚索可施加预应力，承载力大。

而单束锚索釆用树脂锚固剂卷锚固又因其施工简便、可快速承载，成为煤矿巷道支护的主要形式。

本矿用锚索设计计算书的型号分别为：SKP15-1/1860;SKP18-1/1860;SKP19-1/1860;SKP22-1/1860O;结构型式有普通型和笼型两种;钢绞线直径分别为①15.20mm、17.80mm、18.90mm、21.6mm、21.80mm五种；钢绞线的抗拉强度分别为1860MPa。

2、力学性能设计计算：2.1锚索最大力(1)概念:锚索所能承受的最大拉力L X n X Sn(2)计算公式：R m=-钢绞线抗拉强度，单位为兆帕(Mpa)；RUL一锚具效率系数(取0.95);n—钢绞线根数;单束锚索n=lSn一单根钢绞线参考截面面积，单位为平方毫米(参见GB/T5224及其修改单)；(3)锚索设计计算最大拉力实例：SKP15-1/1860(Dn15.20mm)=0.95X1X140X1860=247380NRu15SKP18-1/1860(Dn17.80mm)RU18=0.95X1X191X1860=337497N SKP19-1/1860(Dn18.90mm)R UU19=0.95X1X220X1860=388740N SKP22-1/1860(Dn21.6mm)Ru22=0.95X1X285X1860=503595N SKP22-1/1860(Dn21.8mm)RU22=0.95X1X313X1860=553071N2.2锚索设计计算承载力:(1)概念：在服务期间锚索容许承受的轴向拉力。

锚索支护设计一、锚索设计锚固力钢绞线直径为φ15.24mm时锚固力不小于200kN 。

二、锚索支护参数校核1、锚索通过悬吊作用，达到支护效果的条件，应满足：L ≥L 1+L 2+L 3 式中：L ——锚索总长度，m ；L 1——锚索外露长度（包括钢带、托板、锁具厚度），m ； L 2——有效长度（锚索取围岩松动圈冒落高度b ），m; L 3——锚入岩（煤）层内深度，m 。

其中 L 1=0.20mL 2=b(锚索取围岩松动圈冒落高度)b=顶f H B ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+︒245tan 2ω式中B ——巷道掘宽（切眼掘宽4.6m ） H ——巷道掘高 (3.6m)顶f ——顶板岩石普氏系数；(取2.5)`ω——两帮围岩的似内摩擦角，ω=()顶f arctan 。

带入公式算的b=1.18m L 2=1.18mL 3=锚固剂体积/锚索眼面积与锚索横截面之差（锚固剂型号；CK2335，使用数量：4根，锚索直径：15.24mm ，锚索眼直径：28mm ）带入公式得L 3=2.6mL 1+L 2+L 3=0.20m+1.18m+2.6m=3.98m2、锚索长度校核，应满足d c b a L L L L L +++= 式中L ——锚索总长度，m ；a L ——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m ； c aa f f d K L 41⨯≥其中：K ——安全系数；(取2)1d ——锚索直径；（15.24mm ）a f ——锚索抗拉强度，N/㎜2；(1426.05) c f ——锚索与锚固剂的粘合强度，N/㎜2；（10）带入公式得La ≥1.1mb L ——需要悬吊的不稳定岩层厚度，m ；(2.2m ，经实际打眼，我矿顶板2m 以上为砂岩)c L ——托板及锚具的厚度，m ；d L ——外露张拉长度，m ；(L C+ L d=0.20m)带入公式d c b a L L L L L +++=≥1.1m+2.2m+0.20m ≥3.50m 以上得出：我矿锚索长度为4.2m 满足设计要求。

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。

锚索的设计值、锁定值与张拉值关系在锚索工程中，有些技术人员或现场管理人员对锚索不同类型的预应力数值存在一定的模糊。

基于此，应朋友们的要求，笔者在此对锚索工程中的设计值、锁定值和张拉值的定义、形成和相互之间的关系进行说明，供大家在工程实践中应用参考。

1、锚索设计值：指依据一定的工程斜坡安全系数计算分析后，要求在锚索预应力作用下所产生的拉力，确保工程斜坡的工后安全系数满足相关规范或设计要求而规定数值。

即要求在工程斜坡安全使用的年限范围内，在考虑岩土层、锚索徐变和蠕变等作用下，在锚索设计拉力作用下，应能确保工程斜坡保持不低于规范安全系数要求。

2、锚索锁定值：指锚索在施工张拉的过程中，千斤顶卸荷后造成组成锚索的钢绞线回缩，带动锚具夹片使钢绞线锁定于锚头锚具后剩余的锚索预应力数值大小。

由于锚索在张拉的过程中，不可避免产生这种锚索预应力降低，因此，锚索的张拉值永远大于锚索的锁定值。

这种由于锚索张拉系统造成的预应力损失，笔者多年施工现场的试验发现可达15~30%，甚至更高。

而如果在锁定过程中出现过大的锚索的锁定偏离设计拉力值，甚至在叠加地层的徐变或蠕变后导致这种情况更加恶化，造成工程斜坡的稳定性不能满足规范或设计要求时，可在初次张拉后的15~30天后进行锚索的补偿张拉，对锚索预应力进行予以补偿。

但需要说明的是，锚索的补偿张拉不宜大于2次，否则极易造成锚头锚具夹片的滑丝，造成锚索预应力在后期应用中出现过快损失。

也就是说一旦超过2次的补偿张拉，就宜更换新的锚具夹片替换受损的原夹片。

3、锚索张拉值：指锚索张拉过程中，千斤顶卸荷前锚索所达到的最大预应施加值。

锚索的张拉值确定与所加固的工程斜坡稳定度、岩土体性质、张拉过程中的预应力损失等密切相关，需要综合考虑后予以确定。

依据工程斜坡中不同的加固防护需求，锚索的张拉值又分为超张拉和欠张拉两种形式。

（1）对于边坡工程，为有效控制坡体开挖后的卸荷松弛，减小坡体物理力学强度的衰减而尽量使其保持在峰值强度，以及减小岩土体高应力作用下发生徐变、蠕变导致锚索预应力随着时间的推移而减小，故工程中多采用超张拉工艺，即锚索在预应力施加时采用超过设计值一定比例进行张拉。

锚杆（锚索）支护设计技术参数一、锚索设计承载力钢绞线直径为φ15.24mm时230kN ，钢绞线直径为φ17.8mm时320kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时454kN 。

二、锚索设计破断力钢绞线直径为φ15.24mm时260kN ，钢绞线直径为φ17.8mm时355kN ，钢绞线直径为φ21.6mm 时504kN 。

三、锚杆（锚索）支护参数校核1、顶锚杆通过悬吊作用，帮锚杆通过加固帮体作用，达到支护效果的条件，应满足：L ≥L 1+L 2+L 3式中L ——锚杆总长度，m ；L 1——锚杆外露长度（包括钢带、托板、螺母厚度），m ；L 2——有效长度（顶锚杆取围岩松动圈冒落高度b ，帮锚杆取帮破碎深度c ），m;L 3——锚入岩（煤）层内深度，m 。

其中围岩松动圈冒落高度b=顶f H B ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+︒245tan 2ω式中B 、H ——巷道掘进荒宽、荒高； 顶f ——顶板岩石普氏系数；ω——两帮围岩的似内摩擦角，ω=()顶f arctan 。

⎪⎭⎫ ⎝⎛-︒=245tan ωH c 2、校核顶锚杆间、排距：应满足γ2kL G a <式中a ——锚杆间、排距，m ；G ——锚杆设计锚固力，kN/根； k ——安全系数，一般取2；（松散系数）L 2——有效长度（顶锚杆取b ）;γ——岩体容重3、加强锚索长度校核，应满足d c b a L L L L L +++= 式中L ——锚索总长度，m ；aL ——锚索深入到较稳定岩层的锚固长度，m ；caa f f d K L 41⨯≥其中：K ——安全系数；1d ——锚索直径； af ——锚索抗拉强度，N/㎜2；c f ——锚索与锚固剂的粘合强度，N/㎜2；（10）？b L ——需要悬吊的不稳定岩层厚度，m ；c L ——托板及锚具的厚度，m ； dL ——外露张拉长度，m ；4、悬吊理论校核锚索排距：L ≤nF 2/[BH γ-（2F 1sin θ）/L 1] 式中 L---锚索排距，m ；B---巷道最大冒落宽度， m ；H---巷道最大帽落高度， m ；（最大取锚杆长度） γ---岩体容重，kN/m 3（包括顶煤+直接顶）L 1---锚杆排距, m,F 1---锚杆锚固力, kN;70F 2---锚索极限承载力, kN;θ---角锚杆与巷道顶板的夹角,75°; n---锚索排数,取1。

锚索框架梁施工方案一、编制说明1、工程概况本段高边坡位于沙湾隧道左线出口端，自然斜坡坡度约38度至46度，收沟谷切割较强烈，地形起伏变化较大，属于碎石土质边坡。

该段高边坡接左线沙湾隧道出口边仰坡，挖方边坡最大高度47m，采用锚索框架梁防护。

边坡平台及及堑顶均设截水沟。

锚索长度30m，自由段长20m，锚固段长10m，（顶部9m范围锚索采用18m，自由段8m，锚固段10m）锚索孔径Φ130mm，设计锚固力800KN，采用C25混凝土现浇。

2、编制原则(1)响应和遵守合同文件中的安全、质量、工期、环保、文明施工等的规定及公路建设工程施工合同条件、合同协议条款及补充协议内容。

(2)突出重点和关键工序，合理安排各工序间的衔接。

(3)质量创优、安全无事故，确保质量第一，保证施工人员人身健康安全。

(4)坚持专业化作业与综合管理相结合。

充分发挥专业人员和专用设备的优势，综合管理，合理调配，采用先进的施工技术，科学的安排各项施工程序，运用网络施工管理技术，组织连续、均衡、紧凑有序地施工。

(5)提高专业化施工水平，建设砼搅拌站，确保工程质量。

(6)加强过程监控，实现快速施工。

(7)文明施工，重视环境保护，珍惜土地，合理利用，严格执行环境管理体系和职业健康安全管理体系。

3、规范、标准交通部：《JTG公路路基设计规范》（JTG D30-2015）交通部：《公路路基施工设计规范》（JTG F10-2006）交通部：《公路工程抗震设计规范》（JTG B02-2013）国标：《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002）国标：《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）工程建设标准化协会：《岩土锚杆（索）技术规范》(CECS22：2005)二、地形、地貌1地质条件地层为第四系中更新冰水堆积碎石土，地表植被较为丰富，多为荒地，灌木丛生，该碎石层较为密实，开挖后稳定性较好。

第四系中更新统冰水堆积层（Q2fgl）碎石层：呈中密～密实状，弱胶结。

锚杆（锚索）支护设计参数验算指导意见矿属各采掘区队：为规范我矿锚杆（锚索）支护设计参数验算，特制定本意见，要求各队对照执行。

一、采用锚杆支护基本体系，辅助锚索加强支护的工作面执行以下参数验算标准。

用锚杆将软弱的直接顶板吊挂于坚固老顶上或采用锚杆将巷道开挖而引起松动的岩块连接在松动区外的完整坚固岩体上,使松动岩块不致冒落。

1.锚杆长度：L≥KH＋L1＋L2式中：L为锚杆长度,m；H为软弱岩层厚度或冒落拱高度,m；K为安全系数,一般取K＝2；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度,一般取0.4m；L2为锚杆外露长度[钢筋网厚度+钢带厚度+托板厚度+螺母厚度+（0.01-0.05m）],m。

冒落拱高度按下式计算H=fB2/式中：B为巷道开挖宽度,m；f为岩石坚固性系数,二煤顶、底板岩石普氏系数f=3～5,取4。

2.锚杆的间排距计算锚杆间排距按以下公式计算：γaQ/KH式中：a为锚杆的间距,m；Q为锚杆的设计锚固力,取50KN；γ为被悬吊岩石的重力密度,二煤顶板重力密度为26.6KN/m3；K为安全系数,取K=2；H 为冒落拱高度,m。

a＞锚杆间排距即符合要求。

3.锚杆材质目前,我矿使用锚杆直径φ22mm、材质BHRB500左旋锚杆,屈服强度500MPa,抗拉强度670MPa,拉断载荷254.7KN 。

锚杆钢材抗拉强度如表1。

表1 锚杆钢材的抗拉强度4.钻孔与锚固参数)/(222d D l d l r r a -= 式中：r d 为锚固剂直径,mm ；D 为钻孔直径,mm ；d 为锚杆直径,mm ；r l 为锚固剂长度,m ，不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数如表2。

表2 不同钻孔直径与锚杆直径的锚固参数5.锚杆预紧力参数预紧力设计原则是控制围岩不出现明显的离、滑动与拉应力区,合理的预紧力值能够实现对离层与滑动的有效控制,选择锚杆预紧力为杆体屈服载荷的30%-60%，具体见附件《锚杆锚固力和预紧力矩计算》。

二、采用全锚索支护基本体系，辅助长锚索加强支护的工作面执行以下参数验算标准。