锚杆的锚固长度设计计算

锚杆的锚固长度设计计算

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锚杆（索)

1.锚杆(索)的作用机理

立柱在荷载的作用下,有绕着基地转动的趋势，此时可以利用灌浆锚杆(索）的抗拔作用力来进行抵抗。灌浆锚杆（索）指用水泥砂浆（或水泥浆、化学浆液等)将一组钢拉杆(粗钢筋或钢丝束、钢轨、小钢筋笼等)锚固在伸向地层内部的钻孔中，并承受拉力的柱状锚固体。它的中心受拉部分是拉杆。其受拉杆件有粗钢筋,高强钢丝束，和钢绞线等三种不同类型。而且施工工艺有简易灌浆、预压灌浆以及化学灌浆。锚固的形式应根据锚固段所处的岩土层类型、工程特征、锚杆（索）承载力大小、锚杆（索）材料和长度、施工工艺等条件,按表1-1进行具体选择。

同时，为了更好地对锚杆(索）进行设计,以下将对锚杆(索）的抗拔作用力机理进行介绍。

锚杆(索）的抗拔作用力又称锚杆（索)的锚固力，是指锚杆(索）的锚固体与岩土体紧密结合后抵抗外力的能力，或称抗拔力，它除了跟锚固体与孔壁的粘结力、摩擦角、挤压力等因素有关外，还与地层岩土的结构、强度、应力状态和含水情况以及锚固体的强度、外形、补偿能力和耐腐蚀能力有关。

许多资料表明，锚杆（索）孔壁周边的抗剪强度由于地层土质不同,埋深不同以及灌桨方法不同而有很大的变化和差异。对于锚杆（索)抗拔的作用机理可从其受力状态进行分析，由图1－1表示一个灌浆锚杆（索）中的砂浆锚固段,如将锚固段的砂浆作为自由体,其作用力受力机理为:

锚杆选型表

１-1

当锚固段受力时，拉力T 。首先通过钢拉杆周边的握固力(u)传递到砂浆中，然后再通过锚固段钻孔周边的地层摩阻力(τ）传递到锚固的地层中。因此,钢拉杆如受到拉力作用,除了钢筋本身需要有足够的截面积(A)承受拉力外,锚杆（索)的抗拔作用还必须同时满足以下三个条件:

①锚固段的砂浆对于钢拉杆的握固力需能承受极限拉力; ②锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力； ③锚固土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。

以上第①、②个条件是影响灌浆锚杆(索)抗拔力的主要因素。

i

i

i+1

i

地层

砂浆

钢筋直径

T i

i+1

T u

u 地层砂浆

i

i+1

孔壁摩阻力τ

i i i+1i+1T =P ·A

T =P·A

握裹应力u

图1-１ 灌浆锚杆(索）锚固段的受力状态

2.锚杆（索）的设计计算

锚杆（索)的设计原则:

(１)锚杆（索）设计前应进行充分调查,综合分析其安全性、经济性与可操作性,避免其对路堤周围构筑物和埋设物产生不利影响。

（２）设计锚杆(索)时应考虑竣工后荷载作用对路堤的影响，要保证它们在载荷作用下不产生有害变形。

(３)设计锚杆（索）时，应对各种设计条件和参数进行充分的计算和试验来确定,只有少数有成熟的试验资料及工程经验的可以借用。

锚杆（索)的设计要素:

锚杆（索）的设计要素包括:锚杆（索)长度、锚固长度、相邻结构物的影响、锚杆(索)的倾角和锚固体设置间距、锚杆(索)的抗拔力计算等等。这些都是通过计算和试验得来的。

进行锚杆(索）设计时,选择的材料必须进行材性试验，锚杆(索）施工完毕后必须对锚杆（索)进行抗拔试验,验证锚杆(索）是否达到设计承载力的要求。锚杆(索）型式选择应根据锚固段所处的地层类型、工程特征、锚杆（索）承载力的大小、锚杆（索）材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。表2－1给出了土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆（索）类型的有关参数。

表２－1 常用锚杆（索)型式

锚杆(索)类别锚筋选料承载力

(kN)

锚杆

长

度

应力

状态

注浆

方

式

锚固

体

形式

适用条件

土层锚杆

钢筋

（Ⅱ、Ⅲ

级)

<４50 <16ｍ非预应力常压灌浆

压力灌浆

圆柱型

扩孔型

锚固性较好

的土层

精轧

螺纹钢筋

Ф25～3２

4０0~11

０0

>10ｍ预应力

压力灌浆

二次高压

灌浆

连续球

型、扩孔

型

土层锚固性

较差;边坡

允许变形值

较小。

钢绞线600～

16０0

＞１

0m

预应力同上同上同上

岩层锚杆

钢筋

(Ⅱ、Ⅲ级)

<4５0 ＜１

6m

非预应力常压灌浆圆柱型边坡稳定性

较好

精轧

螺纹钢筋

Ф２5~32

400~1１

00

>１０

m

预应力常压灌浆

压力灌浆

圆柱型边坡稳定性

较差

钢绞线60０～

２00０

>1０m 预应力常压灌浆

压力灌浆

圆柱型同上

2.1锚杆(索)锚筋的截面设计

假设锚杆(索)轴向设计荷载为N ，则可由下式初步计算出锚杆（索)

要达到设计荷载N 所需的锚筋截面：

ptk

g f kN

A =

' 式中,'

g A 为由N 计算出的锚筋截面;k 为安全系数，对于临时锚杆（索）取

1.6～1.８ 对于永久性锚杆（索）取

2.2～2.４;ptk f 为锚筋(钢丝、钢绞线、钢筋）抗拉强度设计值。

（2)锚筋的选用:

根据锚筋截面计算值'g A ，对锚杆（索）进行锚筋的配置,要求实际的锚筋配

置截面

'

g

g A A ≥。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆(索）承载力、锚杆（索）

的长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因数综合考虑。

对于采用棒式锚杆（索）,都采用钢筋做锚筋。如果是普通非预应力锚杆（索)，由于设计轴向力一般小于4５０kN ，长度最长不超过20米,因此锚筋一般选用普通Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋；如果是预应力锚杆(索）可选用Ⅱ、Ⅲ级冷拉热轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用Φ22～Φ32。

对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆(索）应优先选用钢绞线、高强钢丝，这样不但可以降低锚杆（索）的用钢量,最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且可以减少预应力的损失。因为钢绞线的屈服应力一般是普通钢筋的近７倍，如果假定钢材的弹性模量相同(１.9×105Mpa)，它们达到屈服点的延伸率钢绞线是钢筋的7倍，反过来讲，在同等地层徐变量的条件下，采用钢绞线的锚杆（索)的预应力损失仅为普通钢筋的1/7。在选用钢绞线时应当符合国标(GB/T5２2３-95、GB/T5２24－95）要求,7丝标准型钢绞线参数如表２-3所示。除此之外,也可选用美国标准（ASTM Ａ4１６-９0ａ）、英国标准（ＢS5896：8