邊坡工程第十章說課材料

邊坡工程第十章§10.2錨桿的結(jié)構(gòu)與分類錨桿是一種將拉力傳至穩(wěn)定巖層或土層的結(jié)構(gòu)體系，主要由錨頭、自由段和錨固段組成。1臺座；2錨具；3承壓板；4支擋結(jié)構(gòu)；5鉆孔；6自由隔離層；7鋼筋；8注漿體；Lr

自由段；La錨固段1臺座；2錨具；3承壓板；4支擋結(jié)構(gòu)；5自由隔離層；6鉆孔；7對中支架；8隔離架；9鋼絞線；10架線環(huán)；11注漿體；12導(dǎo)向帽；Lr自由段；La錨固段錨索結(jié)構(gòu)示意圖（1）錨頭：錨桿外端用于錨固或鎖定錨桿拉力的部件，由墊墩、墊板、錨具、保護帽和外端錨筋組成。（2）錨固段：錨桿遠端將拉力傳遞給穩(wěn)定地層的部分，錨固深度和長度應(yīng)按照實際情況計算獲取，要求能夠承受最大設(shè)計拉力。（3）自由段：將錨頭拉力傳至錨固段的中間區(qū)段，由錨拉筋、防腐構(gòu)造和注漿體組成。（4）錨桿配件：為了保證錨桿受力合理、施工方便而設(shè)置的部件，如定位支架、導(dǎo)向帽、架線環(huán)、束線環(huán)、注漿塞等。錨桿的分類按應(yīng)用對象劃分：巖石錨桿、土層錨桿巖石錨桿是指內(nèi)錨段錨固于各類巖層中的錨桿，而自由段可以位于巖層或土層中。土層錨桿是指錨固于各類土層中的錨桿，其構(gòu)造、設(shè)計、施工與巖石錨桿有共同點也有其特殊性。

按是否預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力劃分錨桿類型

非預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿非預(yù)應(yīng)力錨桿是指錨桿錨固后不施加外力，錨桿處于被動受載狀態(tài)；非預(yù)應(yīng)力錨桿通常采用Ⅱ、Ⅲ級螺紋鋼筋，錨頭較簡單。預(yù)應(yīng)力錨桿是指錨桿錨固后施加一定的外力，使錨桿處于主動受載狀態(tài)。按錨固形態(tài)的錨桿分類

圓柱型錨桿、端部擴大型錨桿、連續(xù)球型錨桿圓柱形錨桿適用于各類巖石和較堅硬的土層，一般不在軟弱粘土層中應(yīng)用。端部擴大型錨桿較適用于粘土等軟弱土層以及比鄰地界限制土錨長度不宜過長的土層和一般圓柱型錨桿無法滿足要求的情況。連續(xù)球型錨桿一般適用于淤泥、淤泥質(zhì)粘土等極軟土層或?qū)﹀^固力有較高要求的土層錨桿。端部擴大頭型錨桿1臺座；2錨具；3承壓板；4支擋結(jié)構(gòu)；5鉆孔；6自由隔離層；7鋼筋；8注漿體；9端部擴頭體；

Lr自由段長度；La錨固段長度連續(xù)球體型錨桿l臺座；2錨具；3承壓板；4支擋結(jié)構(gòu)；5鉆孔；6自由隔離層；7止?jié){密封裝置；8預(yù)應(yīng)力筋；9注漿導(dǎo)管；10錨固體；Lr自由段長度；La錨固段長度§10.3預(yù)應(yīng)力錨索

預(yù)應(yīng)力錨索是一種可承受拉力的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。核心受拉體是高強預(yù)應(yīng)力筋；安裝后，可立即向被加固體主動施加壓應(yīng)力，限制其發(fā)生有害變形和位移。

10.3.1預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展簡況世界上大規(guī)模應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索并獲得成功的典型實例為20世紀(jì)30年代阿爾及利亞舍爾法大壩的加高加固工程。該壩在改擴建時把壩體加高3m，用37根預(yù)應(yīng)力錨索進行加固。每根錨索由630根直徑為5mm的高強鋼絲組成，單孔施加荷載達到10MN,錨索間距6m，鋼筋混凝土錨頭設(shè)置在加高后的壩頂上。20年后預(yù)應(yīng)力損失僅為9％。10.3.1預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展簡況巖體預(yù)應(yīng)力錨索單根預(yù)應(yīng)力承載力已達到16MN（德國）。單根錨索長度114m。土層錨索單孔安裝荷載已達到1MN。我國的預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代。國內(nèi)單孔安裝荷載最大已達10MN（李家峽水電站），單項工程應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索數(shù)量已達4540余根（三峽）。10.3.2預(yù)應(yīng)力錨索基本特征預(yù)應(yīng)力錨索以群組形式出現(xiàn)；預(yù)應(yīng)力錨索具有很強的主動調(diào)控性；預(yù)應(yīng)力錨索屬高效預(yù)應(yīng)力范疇，只要利用較小材料截面，即可獲得較高的預(yù)應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力錨索將結(jié)構(gòu)與地層緊密地聯(lián)結(jié)在一起，形成共同工作的體系；預(yù)應(yīng)力錨索能夠在盡可能少地擾動被錨固體的狀況下，達到加固、增穩(wěn)的目的，所以預(yù)應(yīng)力錨索是一種高效、經(jīng)濟的加固技術(shù)。10.3.3預(yù)應(yīng)力錨索基本組成構(gòu)件預(yù)應(yīng)力錨索基本組成：錨索束體（簡稱束體）、外錨頭和錨固孔（簡稱錨孔）。束體——它可用各種預(yù)應(yīng)力材料，按一定方式編制而成，其下端與錨孔底部固結(jié)，上端與外錨頭相連，中間部分起到產(chǎn)生并傳遞預(yù)應(yīng)力的作用。為了防止腐蝕，在束體上還要設(shè)置一些附件和防腐材料。外錨頭——保持預(yù)應(yīng)力并向被加固體傳遞預(yù)壓力，一般由錨具、墩座（常用鋼筋混凝土或鋼制做），以及部分束體等組成。錨孔——起安放、固定束體，控制施力方向的作用，可用機械鉆鑿等方法在被加固體中制作成型。預(yù)應(yīng)力錨索束體，依照它的不同部位實際所發(fā)揮的功能，可將其劃分成三大段：內(nèi)錨段（錨固段）、自由段和外錨段（外錨固段）。內(nèi)錨段——是指束體下端最先與孔壁固結(jié)在一起的部分。也稱為錨固體，擔(dān)負著對錨索所承受的集中荷載，擴散傳入穩(wěn)定介質(zhì)中的關(guān)鍵作用。自由段——是產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的源頭。指束體中能自由伸長并產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的部分；預(yù)錨鎖定后一般是指內(nèi)錨段上端至工作錨具間的這一段束體。外錨段——是指伸出工作錨板外，可供千斤頂張拉、建立預(yù)應(yīng)力的那部分束體。建立預(yù)應(yīng)力后，此段束體大部分將被切除，只有很小的一段將與工作錨板、錨墩等共同組成預(yù)應(yīng)力錨索的外持力端。10.3.4預(yù)應(yīng)力錨索分類按單孔施加預(yù)應(yīng)力的大小，可將錨索分為四類：巨型錨索（單孔加力＞8MN)；大型錨索(3—8MN)；中型錨索（1－3MN)；小型錨索（<1MN）。目前應(yīng)用最多的是大、中型預(yù)應(yīng)力錨索。10.3.4預(yù)應(yīng)力錨索分類按預(yù)應(yīng)力錨索束體使用的預(yù)應(yīng)力材料的種類，可將其分為兩類：

預(yù)應(yīng)力錨索（用高強鋼絲、鋼絞線等柔性材料制作

）

預(yù)應(yīng)力錨桿（用各類鋼筋制作）。按束體內(nèi)錨段與周圍介質(zhì)固結(jié)方法，可分為兩類：

粘結(jié)式、

機械式。粘結(jié)式內(nèi)錨段工作可靠、耐久性好、價格適當(dāng)、施工方便，應(yīng)用廣泛。10.3.4預(yù)應(yīng)力錨索分類按束體內(nèi)錨段是集中固定在一處還是分散固定在多處，可將錨索分為：

目前應(yīng)用最多的是拉力集中型，而具廣闊應(yīng)用前景的將是荷載分散型錨索。10.3.4預(yù)應(yīng)力錨索分類按錨索束體在加固任務(wù)結(jié)束后能否被拆除，又可將其分為兩類：

可拆除錨索不可拆除式錨索按內(nèi)錨段基本受力形態(tài)，可分為三類：

壓力型錨索

拉力型錨索

拉壓復(fù)合型錨索10.3.5典型錨索結(jié)構(gòu)及其工程特性10.3.5.1荷載集中型錨索1．拉力集中型錨索拉力集中型錨索按束體在錨固孔中固定方式又可分為粘結(jié)式錨索和機械固定式錨索。1——注漿管；2——工作錨；3——承壓板；4——鋼絞線；5——對中支架；6——導(dǎo)向帽；7——鉆孔2．壓力集中型錨索壓力型錨索的束體用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（鋼絞線、鋼筋等）使之與內(nèi)錨段漿體隔開，束體直接和安放在孔底的特制承載體相連。張拉時，荷載直接傳至底部的承載體，再由承載體從錨固段底部向上推壓灌漿體。1—注漿管；2—無粘結(jié)筋；3—外支撐；4—內(nèi)支撐；5—孔壁；6—對中架；7—承壓板；8—P錨；9—導(dǎo)向帽；10—注漿管；11—M30水泥砂漿壓力型和拉力型錨的荷載分布圖10.3.5.2荷載分散型錨索1．拉力分散型錨索拉力分散型錨索在工程實踐中，曾出現(xiàn)過兩種制作方法：一種稱為多次成型法；一種稱為分層固結(jié)法。內(nèi)錨段多次成型法錨索結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)錨段分層固結(jié)式錨索2．壓力分散型錨索壓力分散型錨索結(jié)構(gòu)形式多樣，有些結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。國內(nèi)經(jīng)常使用的有兩種形式：多級承載板式和多級環(huán)繞式。壓力分散型錨索也稱為單孔復(fù)合錨固體系。(l)多級承載板式錨索

兩級承載板式錨索結(jié)構(gòu)示意圖1—注漿管；2—外支撐；3—內(nèi)支撐；4—孔壁；5—承壓板；6—P錨；7—對中支架；8—承壓板；9—M30水泥砂漿；10—導(dǎo)向帽(2）多級環(huán)繞式錨索特點：束體采用無粘結(jié)鋼絞線，每根鋼絞線繞過承載體并被彎曲成U型，每根U型筋對應(yīng)一個承載體。當(dāng)孔內(nèi)注漿固結(jié)后，承載體及U型筋就被固定在孔內(nèi)不同深度處。使用功能完成后，U型筋還能從地層中抽出，因此此類錨索也被稱為可拆芯式錨索。壓力型與壓力分散型錨桿的軸力曲線分布圖壓力型與壓力分散型錨桿的粘結(jié)應(yīng)力分布曲線3．?dāng)D壓分散型錨索柳州建筑機械廠（OVM建筑機械股份有限公司）開發(fā)研制錨索：拉壓分散型防護錨桿結(jié)構(gòu)圖1—夾片；2—鋼筋混凝土；3—螺旋筋；4—鋼筋；5—孔壁；6—外支撐；7—鋼絞線；8—內(nèi)支撐；9—擠壓套；10—牽引套自由式拉壓復(fù)合防腐型預(yù)應(yīng)力錨索自由式拉壓復(fù)合防腐型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖1—導(dǎo)向帽；2—托板；3—錨板；4—鋼紋線；5—約束圈；6—隔離架；7—鋼筋混凝土錨墩；8—墊板；9—錨具；10—鋼絞線；11—鋼護套4.多重防護錨索結(jié)構(gòu)最大特點：1）預(yù)應(yīng)力筋采用無粘結(jié)鋼絞線或為環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線；2）預(yù)應(yīng)力筋全長被大直徑波紋套管封閉，阻斷有害離子、地下水侵人鋼絞線的通道；3）在大直徑波紋管內(nèi)外用優(yōu)質(zhì)水泥漿固灌，在外錨頭處注人專用防腐油脂，對預(yù)應(yīng)力筋加以防護。多重防護型錨索結(jié)構(gòu)示意圖多重防護壓力分散型錨索多重防護拉壓分散型錨索§10.4錨桿在邊坡處治中的應(yīng)用采用錨桿加固邊坡，能夠提供足夠的抗滑力，并能提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體位移，這是一般支擋結(jié)構(gòu)所不具備的力學(xué)作用。a）錨桿平衡滑動力；b）錨桿抵抗轉(zhuǎn)動破壞；c）錨桿抵抗傾倒（l）錨桿與鋼筋混凝土樁聯(lián)合使用①在抗滑樁難以支擋邊坡推力荷載時，宜采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)。②邊坡切坡后，由于外傾軟弱結(jié)構(gòu)面形成臨空狀楔體塌滑可能性較大，造成危害性較大的邊坡。③高度大于12m、穩(wěn)定性較差的土層邊坡，為了防止抗滑樁破壞，可采用單錨點或多錨點作法。④坡頂0.5m內(nèi)有重要建筑物或較大荷載的巖石邊坡和土層邊坡。

（2）鋼筋混凝土格架式錨桿支護錨桿與鋼筋混凝土格架聯(lián)合使用形成鋼筋混凝土格架式錨桿擋墻。主要用于高陡巖石邊坡或直立巖石切坡，以阻止巖石邊坡因卸荷而失穩(wěn)。（3）鋼筋混凝土板肋式錨桿擋墻這種結(jié)構(gòu)主要用于直立開挖的巖石邊坡或土質(zhì)邊坡支護，一般采用自上而下的逆作法施工。（4）錨定板擋墻這種結(jié)構(gòu)主要用于填方形成的直立土質(zhì)邊坡?！?0.5邊坡錨固工程設(shè)計計算設(shè)計錨桿的使用壽命>被服務(wù)建筑物的正常使用年限;臨時錨桿——設(shè)計使用年限兩年以內(nèi);永久性錨桿——設(shè)計使用年限兩年以上；永久性錨桿的錨固段不應(yīng)設(shè)在有機質(zhì)土、液限大于50％或相對密度小于0.3的土層中；當(dāng)允許變形量小，或邊坡穩(wěn)定性較差、或土層錨固性能較差、或采用了鋼絞線和精軋鋼時，宜采用預(yù)應(yīng)力錨桿；§10.5.1錨桿設(shè)計的基本原則防腐措施；非預(yù)應(yīng)力錨桿長度<16m，單錨設(shè)計噸位一般為100～400kN，最大設(shè)計荷載一般不超過450kN；預(yù)應(yīng)力錨桿長度<50m;單束錨索設(shè)計噸位一般為500～2500kN，最大設(shè)計荷載一般不超過3000kN，預(yù)應(yīng)力錨索的間距一般為4～10m?！?0.5.1錨桿設(shè)計的基本原則§10.5.2錨桿的設(shè)計程序錨桿布置原則（l）錨桿上覆地層厚度應(yīng)不小于4.0m，以避開車輛反復(fù)荷載的影響，也避免由于采用高壓注漿使上覆土層隆起。（2）錨桿水平與垂直間距宜大于2.0m，以避免應(yīng)力集中，同時不得小于1.5m，以免群錨效應(yīng)發(fā)生而降低錨固力。（3）錨固段與相鄰基礎(chǔ)或地下設(shè)施的距離應(yīng)小于3m。（4）在施工中應(yīng)考慮施工偏差而造成錨索的相互影響。（5）錨桿的安設(shè)角度：l5°～45°錨索的安設(shè)角度：根據(jù)經(jīng)驗，注漿錨索錨固角度應(yīng)大于11°，否則須增設(shè)止?jié){環(huán)進行壓力注漿?！?0.5.3錨桿錨固設(shè)計荷載的確定

錨桿錨固設(shè)計荷載的確定應(yīng)根據(jù)邊坡的推力大小和支護結(jié)構(gòu)的類型綜合考慮進行確定。計算邊坡的不平衡推力或側(cè)壓力；根據(jù)錨桿的布置形式計算邊坡要達到穩(wěn)定需要錨桿提供的加固力；根據(jù)邊坡大小確定需要的錨桿數(shù)量；根據(jù)加固力和錨桿數(shù)量確定出單根錨桿錨固荷載的大小?！?0.5.3.1平面破壞邊坡的加固力計算1單一滑面破壞邊坡2.雙滑面破壞邊坡邊坡達到許用安全系數(shù)值時所需加固力為：錨固力可以近似地按照邊坡的平衡條件用下式確定：E——滑坡推力；——錨索與滑動面相交處滑動面傾角（°）；——錨索與水平面的夾角（°）。3.多滑面破壞邊坡注意：計算滑坡推力時，應(yīng)考慮1.05～1.25的安全系數(shù)?！?0.5.3.2圓弧型破壞邊坡加固力計算當(dāng)施加一加固力后，邊坡的安全系數(shù)變?yōu)椋核杓庸塘τ嬎愎綖椋簡胃^桿所需提供的設(shè)計錨固力N

式中N——單根錨桿的軸向設(shè)計錨固力（或荷載）；

L——邊坡的長度；

nb

——錨桿的總根數(shù)。設(shè)計錨固力N應(yīng)小于容許錨固力，即§10.5.4錨桿錨筋的設(shè)計

錨桿結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟：1）第一步是根據(jù)錨桿軸向設(shè)計荷載計算錨桿的錨筋截面，并選擇合理的鋼筋或鋼絞線配置錨筋；2）由錨筋的實際面積和錨筋的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值計算出錨桿承載力設(shè)計值；3）進行錨桿體和錨固體的設(shè)計計算?！?0.5.4.1錨桿錨筋的截面積計算假設(shè)錨桿軸向設(shè)計荷載為N，則可由下式初步計算出錨桿要達到設(shè)計荷載N所需的錨筋截面。

——錨桿的計算錨筋截面積；

k——安全系數(shù)，臨時錨桿取1.6～1.8，永久錨桿取2.2～2.4；——錨筋（鋼絲、鋼絞線、鋼筋）抗拉強度設(shè)計值?！?0.4.4.2錨筋的選用根據(jù)錨筋截面計算值，對錨桿進行錨筋的配置，要求

配筋的選材應(yīng)根據(jù)錨固工程的作用、承載力、錨桿長度、數(shù)量以及施加應(yīng)力和鎖定設(shè)備等因素綜合考慮。若采用圓柱式錨桿，應(yīng)使用鋼筋做錨筋。若是非預(yù)應(yīng)力錨桿，設(shè)計軸向力一般小于450kN，長度最長不超過20m，因此錨筋一般選用普通Ⅱ、Ⅲ級熱軋鋼筋；若是預(yù)應(yīng)力錨桿可選用Ⅱ、Ⅲ級冷拉熱軋鋼筋或其他等級的高強精軋螺紋鋼筋。鋼筋的直徑一般選用。對于長度較長、錨固力較大的預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)優(yōu)先選用鋼絞線、高強鋼絲。預(yù)應(yīng)力材料金屬材料是目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的材料，包括高強鋼絲、鋼絞線、精軋螺紋鋼筋等，以高強度低松馳鋼絞線應(yīng)用量最多、最廣泛，且呈上升趨勢。復(fù)合型材料是金屬高強材料經(jīng)深加工后的產(chǎn)品，包括無粘結(jié)筋、環(huán)氧涂層鋼絞線、鋼絲等，其中無粘結(jié)筋應(yīng)用量逐年增加，環(huán)氧涂層鋼絞線正處在試用階段。非金屬材料指玻璃纖維預(yù)應(yīng)力筋（GFRP)，碳纖維預(yù)應(yīng)力筋（CFRP）和聚酚纖維預(yù)應(yīng)力筋（AFRP）。金屬材料、復(fù)合型材料、非金屬材料

預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絞線是將多根冷拉鋼絲在絞線機上絞合成螺旋形后，經(jīng)消除應(yīng)力回火處理制成。預(yù)應(yīng)力鋼絞線按捻制結(jié)構(gòu)可分為：1×2鋼絞線、1×3鋼絞線和1×7鋼絞線等；整根破斷力大、柔性好、低松弛、施工方便。1×7鋼絞線結(jié)構(gòu)l×7模拔鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絞線§10.5.4.3錨桿承載力設(shè)計值的確定實際錨桿承載力設(shè)計值：——實際錨筋配置情況下錨桿的承載力設(shè)計值；

k——錨桿的安全系數(shù)；——所配錨筋的抗拉強度設(shè)計值；

Ag——所選用錨筋截面面積（）。§10.5.4.4錨固力計算及錨固體長度設(shè)計錨桿極限錨固力（極限承載力）是指錨桿錨筋沿握裹砂漿或砂漿沿孔壁產(chǎn)生滑移破壞時所能承受的最大臨界拉拔力，它可以通過破壞性拉拔試驗確定。

圓柱型錨桿的錨固力和錨固體長度的計算圓柱型錨桿的極限錨固力可表示為P——錨桿極限錨固力；La

——錨桿錨固段長度；D——錨桿錨固體直徑；qs

——錨固體表面與周圍巖土體間的粘結(jié)強度。錨桿要達到錨固力設(shè)計值所需的最小錨固體長度：

La——錨固體長度；k——安全系數(shù)，對于臨時性錨桿取1.6～1.8，對于永久性錨桿取2.2～2.4；(2)端部擴大頭型錨桿的錨固力和錨固體長度計算極限錨固力由三部分組成：直孔段圓柱型錨固體摩阻力；擴孔段圓柱型錨固體摩阻力；擴大頭端面承載力。砂土中錨桿的極限錨固力：粘性土中錨桿的極限錨固力：

P——砂土中錨桿極限錨固力；D、d——鋪固體擴大部分和非擴大部分直徑；L1、L2——錨固體非擴大部分和擴大部分長度；

γ——土體重度；h——擴大頭上覆土層厚度；

cu——土體不排水抗剪強度；——錨固力因素。砂土中錨桿錨固力因素與h/D關(guān)系曲線滿足承載力設(shè)計值所需的最小錨固長度：砂性土粘性土實際設(shè)計中，采用簡化公式：

Bc——擴大頭承載力修正系數(shù)，對于臨時性錨桿取4.5～6.5，對于永久性錨桿取3.0～5.0；（3）錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度計算

鋼拉桿與砂漿間極限錨固力：

Ps——鋼桿與水泥砂漿的極限錨固力；

ds

——錨筋直徑；

Lsa——錨桿的有效錨固長度；

n——錨筋根數(shù)；——砂漿對于錨筋之間的極限粘結(jié)強度。達到錨固力設(shè)計值所需的錨筋與錨固砂漿間的最小握裹長度：§10.5.4.5錨桿彈性變形的計算

（l）非預(yù)應(yīng)力土層錨桿彈性變形的計算