锚杆(索)设计与施工课件

1、佛山办：王 志 红2008年11月锚（杆）索设计与施工第1页，共50页。提 纲 锚（杆）索概述 锚（杆）索设计 锚（杆）索施工 锚（杆）索试验与检测第2页，共50页。锚（杆）索概述第3页，共50页。锚（杆）索概述一、什么是锚（杆）索 由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索。第4页，共50页。锚（杆）索概述二、锚索和锚杆的区别 在国内，一般情况下，锚索是需要施加预应力的，因此它是主动受力，多应用于已出现变形或对变形要求严格的工程部位； 锚杆则一般不施加

2、预应力（有时也会施加很小的预应力），因此它是被动受力，只有当被锚固岩土体发生一定变形时它才发挥锚固力。 第5页，共50页。锚（杆）索概述二、锚索和锚杆的区别 锚索长度一般在2050米，锚杆则不到20米。 在国际上，锚索只是锚杆的一种类型。 本质上桩、锚杆、锚索、土钉都是利用土层的摩擦力（端承力），但习惯上将直径大、竖直向的锚固体称为桩；将小直径、水平向、倾斜向的锚固体称为锚杆、土钉，其中以钢绞线作为配筋的又称为锚索。 第6页，共50页。锚（杆）索概述第7页，共50页。锚（杆）索概述三、预应力锚索的应用煤矿中的巷道支护：将巷道的围岩束缚在一起,使围岩自身支护自身。加固边坡：能够提供足够的抗滑力，

3、并能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体位移。现在锚杆不仅用于矿山、边坡支护，也用于工程技术中，对隧道、基坑、坝体等进行主动加固。第8页，共50页。锚（杆）索概述锚杆与钢筋混凝土桩联合使用，构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙。锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙第9页，共50页。锚（杆）索概述锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙。锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙第10页，共50页。锚（杆）索概述四、预应力锚索的组成 锚索结构一般由内锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供预应力的根基，按其结构形

4、式分为机械式和胶结式两大类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类，砂浆式又分二次灌浆和一次灌浆式。 第11页，共50页。锚（杆）索概述 外锚头又称外锚固段，是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等； 锚索体，是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度钢筋、钢纹线或螺纹钢筋构成。 第12页，共50页。锚（杆）索概述1-台座；2-锚具；3-承压板；4-支挡结构；5-钻孔；6-自由隔离层；7-钢筋；8-注浆体；Lf-自由段长度；La-锚固段长度第13页，共50页。锚（杆）索概述五、预应力锚索的

5、作用提供作用于结构物上以承受外荷的抗力（桩锚和墙锚）使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；增强地层的强度，改善地层的力学性能；（边坡）使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作的符合体，使其能有效地承受拉力和剪力第14页，共50页。锚（杆）索概述六、锚索和锚杆的分类根据其使用的材料可以分为：木锚杆、管缝锚杆、螺纹锚杆等。按是否预先施加应力分为：预应力锚杆(索)和非预应力锚杆(索)。按锚固形态分为：圆柱形锚杆、端部扩大型锚杆(索)和连续球型锚杆(索) 。按锚固机理还可分为：有粘结锚杆、摩擦型锚杆、端头锚固型锚杆和混合型锚杆。 第15页，共50页。锚（杆）索概述七、岩土工程预应力锚索类型

6、第16页，共50页。锚（杆）索设计第17页，共50页。锚（杆）索设计一、锚(杆)索 设计流程 第18页，共50页。锚（杆）索设计二、锚杆(索)锚固设计荷载的确定 根据边坡的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定首先计算支护结构外侧土的推力或侧压力，及地面附加荷载 。然后根据支挡结构的形式计算该支护结构要达到稳定需要锚固提供的支撑力。根据这个支撑力和锚杆数量、布置便可确定出锚杆(索)锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。 第19页，共50页。锚（杆）索设计三、锚杆(索)锚固的设计在确定出锚杆轴向设计荷载后，需要对锚杆进行结构设计。根据锚杆轴向设计荷载计算锚杆的锚筋

7、截面，并选择合理的钢筋或钢绞线配置锚筋；在配置锚筋后可由锚筋的实际面积和锚筋的抗拉强度标准值计算出锚杆承载力设计值。然后方能进行锚杆体和锚固体的设计计算。 第20页，共50页。锚（杆）索设计锚杆锚固力的计算方法随锚固体形式不同而异，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层的摩擦力提供。 第21页，共50页。锚（杆）索设计四、锚杆(索)的锁定荷载和锚头设计对于锚杆，原则上可按锚杆设计轴向力(工作荷载)作为预应力值加以锁定，但锁定荷载应视锚杆的使用目的和地层性状而加以调整。边坡坡体结构完整性较好时，可将设计锚固力的100作为锁定荷载

8、。 第22页，共50页。锚（杆）索设计 边坡坡体有明显蠕变且预应力锚杆与抗滑桩相结合，或因坡体地层松散引起的变形过大时，应由张拉试验确定锁定荷载。通常这种情况下将锁定荷载取为设计锚固力的5080 第23页，共50页。锚（杆）索设计 当边坡具有崩滑性时，锁定荷载可取为设计锚固力的3070； 如果设计的支挡结构容许变位时，锁定荷载应根据设计条件确定，有时按容许变形的大小可取设计锚固力的5070。 当锚固地层有明显的徐变时，可将锚杆张拉到设计拉力值的l.21.3倍，然后再退到设计锚固力进行锁定，这样可以减少地层的徐变量引起的预应力损失。 第24页，共50页。锚（杆）索设计 锚杆头部的传力台座(张拉台

9、座)的尺寸和结构构造应具有足够的强度和刚度，不得产生有害的变形；可采用C25以上的现浇钢筋混凝土结构，一般为梯形断面。 第25页，共50页。锚（杆）索设计 预应力锚杆的锚具品种较多，锚具型号、尺寸的选取应保持锚杆预应力值的恒定，设计中必须在工程设计施工图上注明锚具的型号、标记和锚固性能参数。表6.8为OVM锚具的基本参数。 第26页，共50页。锚（杆）索设计五、锚杆(索)的防腐设计 锚固体防腐 锚固于无腐蚀条件地层内的锚固段，经除锈后，直接由水泥砂浆密封防腐，但钢杆(索)必须居中，一般使用定位器，使水泥砂浆保护层厚度不小于20mm。 锚固于具有腐蚀条件地层内的锚固段应作特殊仿佛处理，一般可用环

10、氧树脂涂刷钢筋的方法。 第27页，共50页。锚（杆）索设计 自由段防腐 采用、级钢筋制作锚杆的非锚固段(位于土层区段) 可采用出锈、刷沥青船底漆二度，沥青玻纤布缠裹二层。第28页，共50页。锚（杆）索设计 自由段防腐 对于预应力锚杆自由段防腐：采用钢绞线、精轧螺纹钢筋制作的予应力锚杆(索)非锚固段防腐宜采用杆体表面出锈、刷沥青船底漆二度后绕扎塑料布，在塑料布上再涂润滑油，最后装入塑料套管中，形成双层防腐，自由段套管两端l00200mm范围内用黄油充填，外绑扎工程胶布固定。 第29页，共50页。锚（杆）索设计 锚头防腐 对于永久性锚杆的承压板一般应刷沥青。一次灌浆硬化后承压板下部残留空隙，应再次

11、充填水泥浆和润滑油。 如锚杆不须再次张拉，则锚头的锚具涂以润滑油、沥青后用内配钢筋网的混凝土罩封闭。 如锚杆需要重新张拉，则可采用盒具密封，但盒具的空腔内必须有润滑油充填。 第30页，共50页。锚（杆）索设计 临时性锚杆的防腐 对于临时性锚杆重点对外锚头和自由段作防腐处理，锚固段一般可依靠注浆材料达到防腐效果。 非预应力锚杆非锚固段可用除锈后刷沥青防锈漆处理。预应力锚杆自由段可采用除锈后刷沥青防锈漆或加套管方案。 外锚头防腐可采用外涂防腐材料或外包混凝土方案解决。 第31页，共50页。锚（杆）索设计六、锚杆(索)的一般构造要求锚杆总长度为锚固段长、自由段长和外锚段之和。锚杆自由段长度按外锚头到

12、潜在滑裂面的长度计算，但予应力锚杆自由段长度不小于5.0m；第32页，共50页。锚（杆）索设计六、锚杆(索)的一般构造要求锚杆锚固段长度按计算确定，同时土层锚杆锚固段长度宜大于4.0m、小于14.0m，岩石锚杆锚固段长度宜大于3.0m、小于10.0m；如果岩石锚杆承载力设计值250kN，且锚固区段为结构完整无明显裂隙的硬质岩石时，锚固段长度可用2.03.0m。第33页，共50页。锚（杆）索的施工第34页，共50页。锚（杆）索施工 锚杆施工包括施工准备、造孔、锚杆制作与安装、注浆、锚杆锁定与张拉等五个环节。第35页，共50页。锚（杆）索施工一、施工准备施工前的准备工作包括施工前的调查和施工组织设

13、计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资料。 锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料 施工场地调查； 施工用水、用电条件调查等；第36页，共50页。锚（杆）索施工二、造孔钻孔应满足设计要求的孔径、长度和倾角，采用适宜的钻孔方法确保精度，要使后续的杆体插入和注浆作业能顺利地进行。一般要求：经纬仪或手工进行测量放线确定孔位选取适当的钻孔机具并确定机座水平定位和立轴倾角(即锚孔倾角)第37页，共50页。锚（杆）索施工钻孔深度应超过设计长度0.51.Om，同时锚孔锚固段必须进入中风化或更坚硬的岩层，深度一般不得小于5m。钻孔过程中应注意岩芯的拾取，以求不断地准确地划分地层、确定不稳定岩土体厚

14、度，判断断裂破碎带、滑移面、软弱结构面的位置和厚度，从而验证设计所依据的地勘资料，必要时修改设计。第38页，共50页。锚（杆）索施工三、锚杆制作与安装棒式锚杆的制作，一般首先按要求的长度切割钢筋，并在外露端加工成螺纹以便安放螺母，然后在杆体上每隔23m安放隔离件以使杆体在孔中居中，最后对杆体按要求进行防腐处理。第39页，共50页。锚（杆）索施工多股钢绞线的锚杆制作较复杂，其锚固段的钢绞线呈波浪形，自由段的钢绞线必须进行严格的防护处理。第40页，共50页。锚（杆）索施工锚索安装：严格按照设计进行钢筋(或钢绞线)选材对进场的钢筋或钢绞线必须验明其产地、生日期、出厂日期、型号，并核实生产厂家的资质证

15、书及其各项力学性能指标。同时须进行抽样检验。严格按照设计长度进行下料第41页，共50页。锚（杆）索施工锚束放入钻孔之前，应检查孔道是否阻塞，查看孔道是否清理干净，并检查锚索体的质量，确保锚束组装满足设计要求。安放锚束时，应防止锚束扭压、弯曲，注浆管宜随锚体一同放人钻孔，注浆管端部距管底宜为50100mm，锚束插入孔内深度不应小于锚束长度的95。第42页，共50页。锚（杆）索施工四、注浆施工锚孔一般采用水泥浆或水泥沙浆灌注一般要求：按规定选择水泥浆体材料。选用水泥标号应为灌浆浆液标号的1.52倍，且不宜低于42.5级的普通硅酸盐水泥锚束浆液在28天龄期后要求抗压强度达到设计标号强度。按试验配置合

16、适的水灰比第43页，共50页。锚（杆）索施工五、张拉与锁定张拉目的就是要通过张拉设备使锚杆杆体自由段产生弹性变形，从而对锚固结构施加所需求的预应力值。在张拉过程中应注重张拉设备选择、标定、安装、张拉荷载分级、锁定荷载以及量测精度等方面的质量控制。第44页，共50页。锚（杆）索施工张拉设备要根据锚杆体的材料和锁定力的大小进行选择张拉前对张拉设备进行标定，对于1000kN以下的千斤顶，可用2000kN的压力机标定，标定的数据与理论出力误差应小于2。安装锚夹具前，要对锚具进行逐个严格检查。张拉前，必须待锚固段、承压台(或粱)等构件的混凝土强度达到设计强度方能进行张拉。第45页，共50页。锚（杆）索施

17、工张拉应按一定程序和设计张拉速度(一般为40kNmin)进行。正式张拉前进行二次预张拉，张拉力为设计拉力的l020。正式张拉荷载要分级逐步施加，不能一次加至锁定荷载。注：Nt为锚索设计拉力，即最终锁定荷载。第46页，共50页。锚（杆）索的试验与检测第47页，共50页。锚（杆）索试验与检测一、锚杆的性能试验锚杆的性能试验(又称为破坏性试验或基本试验)是在锚固工程开工前为了检验设计锚杆性能所进行的锚杆破坏性抗拔试验。目的是为了确定锚杆的极限承载力，检验锚杆在超过设计拉力并接近极限拉力条件下的工作性能和安全程度，及时发现锚索设计施工中的缺陷，以便在正式使用锚杆前调整锚杆结构参数或改进锚杆制作工艺。第48页，共50页。锚（杆）索试验与检测二、锚杆的蠕变试验在软粘土中设置的锚杆，在较大荷载作用下会产生很大的蠕变变形，为了掌握软粘土中的锚杆的工作特性，国内外的有关标准都对锚杆的