锚杆设计

3锚杆设计3.1锚杆选择3.1.1锚杆形式与材料选择锚杆的形式应根据锚杆锚固段所处部位的岩土层类型、工程特征、锚杆承载力大小、锚杆材料和长度、施工工艺等条件。按表（）进行选择。表（）锚杆选型锚杆特征锚固型式锚杆类别材料锚杆承载力设计值（kN）锚杆长度（m）应力状况备注土层锚杆钢筋（Ⅰ、Ⅱ级）＜450＜16非预应力锚杆超长时，施工安装难度较大钢绞线高强钢丝450~800＞10预应力锚杆超长时施工方便精轧螺纹钢筋400~800＞10预应力杆体防腐性好，施工安装方便岩层锚杆钢筋（Ⅰ、Ⅱ级）＜450＜16非预应力锚杆超长时，施工安装难度较大钢绞线高强钢丝500~3000＞10预应力锚杆超长时施工方便精轧螺纹钢筋400~1100＞10预应力或非预应力杆体防腐性好，施工安装方便根据边坡设计规范要求选择预应力土层锚杆。材料为钢绞线高强钢丝，锚杆承载力设计值450——800（kN），锚杆长度10（m）。3.1.2钢绞线种类的选择锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚段的长度之和，并应满足下列要求：1锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面的长度计算；预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑裂面；2锚杆锚固长度应按式（）、（）进行计算，并取其中大值。同时，土层锚杆的锚固长度不应小于4m，且不宜大于10m；当计算锚固段长度超过上述数值时，应采取改善锚固段岩体质量、改变锚头构造或扩大锚固段直径等技术措施，提高锚固力。表（）钢绞线抗拉、抗压强度设计值（2/mmN）种类抗拉强度设计值（pyyff或）抗压强度设计值（pyyff或）钢绞线二股ptkf=17201170360三股ptkf=17201170360七股ptkf=18601260360ptkf=18201240（ptkf=1770）（1200）ptkf=17201170（ptkf=1670）（1130）（ptkf=1570）（1070）（ptkf=1470）（1000）3.2锚杆设计计算3.2.1锚杆轴向拉力标准值和设计值的计算costkakHNakQaNN式中akN——锚杆的轴向拉力标准值（kN）；aN——锚杆的轴向拉力设计值（kN）；tkH——锚杆所受水平拉力标准值（kN）；——锚杆倾角（0）。此处取25；Q——荷载分项系数，取1.30，当可变荷载较大时应按现行荷载规范确定。3.2.2锚杆轴向拉力标准值和设计值的计算yasfNA20式中sA——锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积（2m）；2——锚筋抗拉力工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性取0.92。此处取0.69；0——边坡工程重要性系数；pyyff,——锚筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）。3.2.3锚杆锚固体与地层的锚固长度的确定锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求：rbDfNlaka1式中al——锚固段长度（m）；尚应满足构造要求；D——锚固体直径（m）；rbf——地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），应通过试验确定，当无试验资料时可按表（）取值；1——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。此处取1.00。表（）岩石与锚固体粘结强度特征值岩石类别rbf值（kpa）岩石类别rbf值（kpa）极软岩135~180较硬岩550~900软岩180~380坚硬岩900~1300较软岩380~550注：1表中数据适用于灌浆强度等级为M30；2表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验；3岩体结构面发育时，取表中下限值；4表中岩石类别根据天然单轴抗压强度rf划分：ayMpf5为极软岩，ayaMpfMp155为软岩，ayaMpfMp3015为较软岩，ayaMpfMp6030为较硬岩，ayMpf60为坚硬岩。此处取kPafy4003.2.4锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度应满足下式要求：baaDfnNl30式中al——锚杆钢筋与锚固沙浆间的锚固长度（m）；d——锚杆钢筋直径（m）；n——锚筋（钢绞线）根数；0——边坡工程重要性系数；bf——钢筋与锚固沙浆间的粘结强度设计值（MPa），应由试验确定，当缺乏试验资料时可按表（）取值；3——钢筋与沙浆间的粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72。此处取0.60。锚固体长度由式（），（）中较大值确定表（）钢筋钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值bf（aMp）锚杆类型水泥浆或水泥砂浆强度等级M25M30M35水泥砂浆与螺纹钢筋间2.102.402.70水泥砂浆与钢绞线高强钢丝间2.752.953.40注：1当采用两根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.85折减系数；2当采用三根钢筋点焊成束的作法时，粘结强度应乘0.7折减系数；3成束钢筋的根数不应超过三根，钢筋截面总面积不应超过锚孔的20％。当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚杆钢筋用量。3.3锚杆原材料3.3.1锚固工程原材料性能应符合现行有关产品标准的规定，应满足设计要求，方便施工，且材料之间不应产生不良影响。3.3.2灌浆材料性能应符合下列规定：1水泥宜使用普通硅酸盐水泥，必要时可采用抗硫酸盐水泥，其强度不应低于42.5MPa；2砂的含泥量按重量计不得大于3%，砂中云母、有机物、硫化物和硫酸盐等有害物质的含量按重量计不得大于1%；3水中不应含有影响水泥正常凝结和硬化的有害物质，不得使用污水；4外加剂的品种和掺量应由试验确定；5浆体配制的灰砂比宜为0.8-1.5，水灰比宜为0.38-0.5；6浆体材料28d的无侧限抗压强度，用于全粘结型锚杆时不应低于25MPa，用于锚索时不应低于30MPa。3.3.3锚杆杆体材料的选用应符合规范要求，不宜采用镀锌钢材。3.3.4锚具及其使用应满足下列要求：1锚具应由锚环、夹片和承压板组成，应具有补偿张拉和松弛的功能；2预应力筋用锚具和连接锚杆的部件，其承载能力不应低于锚杆杆体极限承载力的95%；3预应力筋用锚具、夹具及连接器必须符合现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85的规定。3.3.5套管材料应满足下列要求：1具有足够的强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏；2具有抗水性和化学稳定性；3与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。3.3.6防腐材料应满足下列要求：1在锚杆使用年限内，应保持耐久性；2在规定的工作温度内或张拉过程中不得开裂、变脆或成为流体；3应具有化学稳定性和防水性，不得与相邻材料发生不良反应。3.3.7隔离架、导向帽和架线环应由钢、塑料或其他对杆体无害的材料组成，不得使用木质隔离架。3.4计算过程3.4.1BK112+137-177路段锚杆依照BK112+157断面设计：锚杆所受水平拉力标准值：)(80.37416cos90.389cos1kNPHtk锚杆轴向拉力的标准值：)(54.41325cos80.374coskNHNtkak锚杆轴向拉力的设计值：)(6.53754.4133.1kNNNakQa锚杆预应力钢绞线的最小截面积：)(1066.610117069.06.53700.124320mfNAyas锚杆预应力钢绞线的根数：77.34015.01066.64242dAns取n=4锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：)(53.240013.0154.4131mDfNlrbaka地锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：)(61.12950015.046.06.537130mdfnNlbaa砂根据规范要求，锚杆锚固段长度应取地al与砂al中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于m3，因此锚杆锚固段长度mla33.4.2BK112+177-227路段锚杆依照BK112+197断面设计：锚杆所受水平拉力标准值：)(79.33328cos04.378cos2kNPHtk锚杆轴向拉力的标准值：)(30.36825cos79.333coskNHNtkak锚杆轴向拉力的设计值：)(78.47830.3683.1kNNNakQa锚杆预应力钢绞线的最小截面积：)(1093.510117069.078.47800.124320mfNAyas锚杆预应力钢绞线的根数：36.34015.01093.54242dAns取n=4锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：)(25.240013.0130.3681mDfNlrbaka地锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：)(44.12950015.046.078.478130mdfnNlbaa砂根据规范要求，锚杆锚固段长度应取地al与砂al中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于m3，因此锚杆锚固段长度mla33.4.3BK112+227-277路段锚杆依照BK112+257断面设计：锚杆所受水平拉力标准值：)(07.67123cos02.729cos3kNPHtk锚杆轴向拉力的标准值：)(44.74025cos07.671coskNHNtkak锚杆轴向拉力的设计值：)(57.96244.7403.1kNNNakQa锚杆预应力钢绞线的最小截面积：)(1092.1110117069.057.96200.124320mfNAyas锚杆预应力钢绞线的根数：75.64015.01092.114242dAns取7n锚杆锚固体与地层的最小锚固长度：)(53.440013.0144.7401mDfNlrbaka地锚杆预应力钢绞线与锚固砂浆的最小锚固长度：)(65.12950015.046.057.962130mdfnNlbaa砂根据规范要求，锚杆锚固段长度应取地al与砂al中的最大值；同时，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于m3，且不宜大于D45和m5.6，因此锚杆锚固段长度mmllaa53.453.4地3.5锚杆的张拉3.5.1预应力锚杆的张拉与索定应符合的规定1锚杆张拉宜在锚固强度大于20MPa并达到设计强度的80%后进行体2锚杆张拉顺序应避免相近锚杆相互影响；3锚杆张拉控制应力不已超过0.65倍钢筋或钢绞线的强度标准值；4宜进行超过锚杆设计预应力值1.05-1.10倍的超张拉，预应力保留值应满足设计要求。3.5.2锚杆张拉力Nc的确定按3.5.1的规定确定的锚杆超张拉力为：）（）取（kNNkNNNcac60036.59110.1111）（）取（kNNkNNNcac53066.52610.1222）（）取（kNNkNNNcac106083.105810.1333锚杆张拉控制应力保留值不宜超过0.65倍钢筋或钢绞线的强度标准值。即：)/(1118172065.065.02mmNfptkconconcccNNN321,,，所以锚杆的张拉力均满足要求。3.6锚头的设计