錨桿與錨索

1.錨桿（索）的種類與結(jié)構(gòu)錨桿是將拉力傳至穩(wěn)定巖土層的構(gòu)件，當(dāng)采用鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲束作桿件材料時，也可稱為錨索。錨固于土層中的錨桿稱為土層錨桿；錨固于巖層中的錨桿稱為巖層錨桿。施加了預(yù)應(yīng)力的錨桿稱為預(yù)應(yīng)力錨桿；未施加預(yù)應(yīng)力的錨桿稱為非預(yù)應(yīng)力錨桿。此外，錨桿的分類還有以下幾種主要方法。1）按拉桿材料分為：木錨桿和金屬錨桿；2）按錨頭類型分為：機(jī)械型（鍥縫式、內(nèi)脹式）、膠結(jié)型（灌漿式、樹脂式）；3）按照控制變形的施工方法分為：普通錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿；4）按使用年限分為：臨時性錨桿和永久性錨桿。在邊坡崩塌或危巖體的錨固施工中，使用最多的是摩擦型灌漿錨桿。灌漿錨桿是指用水泥砂漿將一組鋼拉桿錨固在伸向地層內(nèi)部的鉆孔中，并承受拉力的柱狀錨體。灌漿錨桿的鉆孔方向一般沿水平向下傾斜10°～45°，施工時鉆孔的深度必須超過滑動面的埋深，并在穩(wěn)定的巖土層中達(dá)到足夠的有效錨固長度。習(xí)慣稱錨桿末端錨入巖土層內(nèi)的有效錨固段所能承受的最大拉力為錨固段的極限抗拔力。影響灌漿錨桿抗拔能力的主要因素是砂漿的握裹能力。因此為了保證灌漿錨桿的可靠性，必須調(diào)查清楚邊坡巖土體的基本特征，依據(jù)巖土性質(zhì)設(shè)計錨桿的參數(shù)。灌漿錨桿的組成如圖2－14所示。2.錨固作用的原理錨桿是由錨固體、拉桿和錨頭3部分組成。構(gòu)筑物或其他作用力傳給錨桿頭部后，由拉桿將來自錨桿頭部的拉力傳遞給錨固體，錨固體再通過摩擦阻力傳給巖土層。錨桿的受力分析如圖2－15所示。錨桿所受的力主要有：①拉力（T）；②砂漿的握裹力（μ）；③地層摩擦阻力（τ）。其中，Ti＝PiA（Pi為鋼筋單位截面上的應(yīng)力；A為鋼筋的截面積）。圖2－14 灌漿錨桿組成示意圖圖2－15 灌漿錨桿受力狀態(tài)示意圖錨桿的抗拔作用需要滿足的條件為：①錨固段的砂漿對于鋼拉桿的握裹力需能承受極限拉力；②錨固段巖土層對于砂漿的摩擦力需能承受極限拉力；③錨固巖土體在最壞的條件下仍能保持整體的穩(wěn)定性。（1）砂漿對于鋼拉桿的握裹力錨桿的抗拔能力除與有效錨固長度有關(guān)外，還與錨桿直徑、砂漿對于鋼筋的平均握裹應(yīng)力等因素有關(guān)。需滿足以下關(guān)系式：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：Tu為錨桿的極限抗拔力或砂漿對鋼拉桿的握裹力（kN）；d為鋼拉桿的直徑（m）；Le為錨桿的有效錨固長度（m）；μ為砂漿對于鋼筋的平均握裹應(yīng)力（kN/m2）。鋼筋的單位面積握裹力，由下式計算：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：Ti、Ti＋1分別為第i、i＋1截面處的拉應(yīng)力（kN）；μi為第i錨固段砂漿對于鋼筋的平均握裹應(yīng)力（kN/m2）；Li為第i錨固段的長度；其他符號意義同前。由于錨固受力復(fù)雜，實(shí)際工作中，一般在計算值的基礎(chǔ)上提高10％～20％。設(shè)錨桿鋼筋的極限拉應(yīng)力為Ns，則可按下式計算出錨桿所需的最小錨固長度：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：Lemin為最小錨固長度；其他符號意義同前。（2）錨固段巖土層對于砂漿的摩擦力錨桿的極限抗拔能力取決于錨固段巖土層對于砂漿所產(chǎn)生的最大摩擦力。計算公式為地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：Tu為柱狀錨體的極限抗拔力（kN）；D為錨桿鉆孔的直徑（m）；Le為錨桿的有效錨固長度（m）；τ為錨固段周邊的抗剪強(qiáng)度（kPa）。錨固段孔壁的抗剪強(qiáng)度就是孔壁的破壞強(qiáng)度。造成破壞的原因有3種：①砂漿接觸面外圍的巖層剪切破壞；②沿著砂漿與孔壁的接觸面剪切破壞；③接觸面內(nèi)砂漿的剪切破壞。對于土層錨桿來說，土層的強(qiáng)度一般低于混凝土砂漿的強(qiáng)度，因此土層抗剪強(qiáng)度的計算公式為地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)或地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：γ為錨固區(qū)土層的重度（kN/m3）；c為錨固區(qū)土層的粘聚力（kPa）；為土的內(nèi)摩擦角（°）；σ為孔壁周邊法向應(yīng)力（kPa）；h為錨固段以上的地層覆蓋厚度（m）；K0為錨固段孔壁的土壓力系數(shù)，一般取為1；其他符號意義同前。3.錨桿（索）設(shè)計（1）錨桿（索）材料類型錨桿（索）常用的材料類型為普通鋼筋（HRB335、HRB400（Ⅱ級、Ⅲ級））、精軋螺紋鋼筋、高強(qiáng)鋼絲或鋼絞線。我國常用的錨拉材料為精軋螺紋粗鋼筋，直徑為Φ22～32mm。近年來，也采用45SiMnV高強(qiáng)度鋼材，直徑為Φ25mm，另外不少也使用鋼絞線、鋼絲束。各種材料類型錨桿的選取見表2－12。表2－12 錨桿（索）選型鋼絞線或精軋螺紋鋼筋的力學(xué)性能見《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2002）附錄E。邊坡變形控制嚴(yán)格或邊坡施工期穩(wěn)定性很差時宜采用預(yù)應(yīng)力錨桿。（2）錨桿（索）計算錨桿（索）軸向拉力設(shè)計值按下式計算：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：Na為錨桿（索）軸向拉力設(shè)計值（kN）；NaK為錨桿（索）軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；γα為荷載分項系數(shù)，取1.3，當(dāng)可變荷載較大時，按荷載規(guī)范確定。錨桿（索）軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：NaK為錨桿（索）軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Htk為錨桿（索）所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；α為錨桿（索）傾角（°）。錨桿鋼筋截面積應(yīng)滿足下式要求：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：As為錨桿鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面積（m2）；ξ2為錨桿鋼筋抗拉工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.69，臨時性錨桿取0.92；γ0為邊坡工程重要性系數(shù)；fy為錨桿鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強(qiáng)度設(shè)計值（kPa）；其他符號意義同前。錨桿錨固段長度除應(yīng)同時滿足地層對砂漿的粘結(jié)力和砂漿對鋼筋的握裹力要求外，還應(yīng)滿足構(gòu)造設(shè)計規(guī)定的最小錨桿錨固長度的要求。錨桿錨固體與地層的錨固長度應(yīng)滿足下式要求：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：La為錨固段長度（m）；D為錨固體直徑（m）；frb為地層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值（kPa），宜通過試驗(yàn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無試驗(yàn)資料時，可按表2－13和表2－14選??；ξ1為地層與錨固體粘結(jié)工作條件系數(shù)，永久性錨桿取1.00，臨時性錨桿取1.33；其他符號意義同前。表2－13 巖石與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值注：表中數(shù)據(jù)適用于注漿強(qiáng)度等級為M30；表中數(shù)據(jù)僅適用于初步設(shè)計，施工時應(yīng)通過試驗(yàn)檢驗(yàn)；巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育時，取表中下限值；表中巖石類別根據(jù)天然單軸抗壓強(qiáng)度（fr）劃分：fr<5MPa為極軟巖，5MPa≤fr<15MPa為軟巖，15MPa≤fr<30MPa為較軟巖，30MPa≤fr<60MPa為較硬巖，fr≥60MPa為硬巖。表2－14 土體與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值注：表中數(shù)據(jù)適用于注漿強(qiáng)度等級為M30；表中數(shù)據(jù)僅適用于初步設(shè)計，施工時應(yīng)通過試驗(yàn)檢驗(yàn)。錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度應(yīng)滿足下式要求：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：La為錨固段長度（m）；D為錨筋直徑（m）；n為錨筋根數(shù)（根）；fb為錨筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值（kPa），宜通過試驗(yàn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，當(dāng)無試驗(yàn)資料時，可按表2－15選??；ξ3為錨筋與錨固砂漿粘結(jié)強(qiáng)度工作條件系數(shù)，永久性錨桿取0.60，臨時性錨桿取0.72；其他符號意義同前。表2－15 錨筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計值（單位：MPa）注：當(dāng)采用兩根鋼筋點(diǎn)焊成束方法時，粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)乘以0.85折減系數(shù)；當(dāng)采用3根鋼筋點(diǎn)焊成束方法時，粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)乘以0.7折減系數(shù)；成束鋼筋的根數(shù)不應(yīng)超過3根，鋼筋截面總面積不應(yīng)超過錨孔面積的20％。當(dāng)錨固段鋼筋和注漿材料采用特殊設(shè)計，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證錨固效果良好時，可適當(dāng)增加錨筋用量。自由段無粘結(jié)的非預(yù)應(yīng)力巖石錨桿的受拉變形基本上是自由段鋼筋的彈性變形，其水平變形值由下式計算：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：δb為錨桿水平變形值（m）；Htk為錨桿所受水平拉力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；Kb為錨桿水平剛度系數(shù)（kN/m）。錨桿水平剛度系數(shù)宜由錨桿試驗(yàn)確定。當(dāng)無試驗(yàn)資料時，自由段無粘結(jié)的非預(yù)應(yīng)力巖石錨桿的水平剛度系數(shù)可由下式計算：地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)式中：A為錨桿截面面積（m2）；Lf為錨桿自由段長度（m）；Es為桿體彈性模量（kPa）；其他符號意義同前。預(yù)應(yīng)力巖石錨桿和全粘結(jié)巖石錨桿的受拉變形可忽略不計。4.錨桿構(gòu)造要求1）錨桿總長度為錨固段、自由段和外錨段的長度之和。錨桿自由段長度按外錨頭到潛在滑動面的長度計算，預(yù)應(yīng)力錨桿自由段長度應(yīng)不小于5m，且應(yīng)超過潛在滑動面。2）土層錨桿錨固段長度不應(yīng)小于4m，且不宜大于10m；巖石錨桿錨固段長度不應(yīng)小于3m，且不宜大于45D和6.5m（對拉力型錨桿），或55D和8m（對預(yù)應(yīng)力錨索）。當(dāng)計算錨桿錨固段長度超過上述數(shù)值時，應(yīng)采取擴(kuò)大錨固段直徑等技術(shù)措施，以提高錨固力。3）錨桿隔離架（或稱對中支架）應(yīng)沿錨桿軸線方向每隔1～3m設(shè)置一個，對土層應(yīng)取小值，對巖層可取大值。4）當(dāng)錨固段巖體破碎、滲水量大時，宜在錨桿施工前對巖體作固結(jié)灌漿處理。5）錨桿外錨頭、臺座、腰梁和輔助件等的設(shè)計，應(yīng)符合現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。6）永久性錨桿的防腐處理可采取以下做法：①非預(yù)應(yīng)力錨桿的自由段位于土層中時，可采取除銹、刷瀝青船底漆、瀝青玻纖布纏裹（層數(shù)不少于2層）；②對采用鋼絞線、精軋螺紋鋼制作的預(yù)應(yīng)力錨桿（索），其自由段可按上述處理后裝入套管中；自由段套管兩端100～200mm長度范圍內(nèi)用黃油充填，外繞扎工程膠布固定；③對位于無腐蝕性巖土層內(nèi)的錨固段應(yīng)除銹，砂漿保護(hù)層厚度不應(yīng)小于25mm；④位于具腐蝕性巖土層內(nèi)錨桿的錨固段及非錨固段，均應(yīng)采取特殊防腐處理；⑤經(jīng)過防腐處理后，非預(yù)應(yīng)力錨桿的自由段外端應(yīng)埋入鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)50mm以上；對預(yù)應(yīng)力錨桿，其錨頭的錨具經(jīng)除銹、涂防腐漆三度后應(yīng)用鋼筋網(wǎng)罩，現(xiàn)澆混凝土封閉，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30，厚度不應(yīng)小于100mm，混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm。7）臨時性錨桿的防腐蝕可采取以下做法：①非預(yù)應(yīng)力錨桿的自由段，可采取除銹后刷瀝青防銹漆處理；②預(yù)應(yīng)力錨桿的自由段，可采取除銹后刷瀝青防銹漆或加套管處理；③外錨頭可采用外涂防腐材料或外包混凝土處理。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。