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本章概述
本章中我们首先介绍了岩土锚固技术的发展与应用、锚杆（索）的结构与分类和锚杆（索）在边坡处治中的应用，接着重点介绍了锚杆（索）的设计与计算以及锚杆（索）的构造设计，最后介绍了锚杆（索）的施工及其试验与观测。在锚杆（索）的设计与计算中分别介绍了锚杆（索）设计的基本原则、锚杆（索）的设计程序、锚杆（索）锚固设计荷载的确定、锚杆（索）锚筋的设计、锚杆（索）的锚固力计算与锚固体设计、锚杆弹性变形计算、锚杆（索）的锁定荷载和锚头设计以及锚杆（索）的防腐设计。在锚杆（索）的构造设计中分别介绍了锚杆的一般构造要求、锚杆挡墙的构造和锚板支护结构的构造。
本章重点、难点
第一节 概 述
一、岩土锚固技术的发展与应用
岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术；由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。岩土锚固的基本原理就是利用锚杆（索）周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以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。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。
最早使用锚杆的是1911年美国矿山巷道支护中利用的岩石锚杆，1918年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934年舍尔法坝采用了预应力锚杆（索），目前各类岩石锚杆已达数百种之多，并且许多国家和地区先后都制定了锚杆规范或推荐性标准。我国在20世纪50年代开始应用岩石锚杆，60年代开始大量采用锚固技术，特别是在我国矿山巷道、铁路隧道、公路隧道、排水遂洞等地下工程中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。近年来随着高速公路的迅猛发展，在公路边坡、大型滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。岩土锚固技术几乎遍及土木工程的各个领域，如边坡、基坑、隧道、坝体、码头、船闸、桥梁等。
二、锚杆（索）的结构与分类
锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成。
锚杆的分类方法较多，通常可以按应用对象、按是否预先施加应力、按锚固机理以及按固形态进行分类。按应用对象可分为岩石锚杆（索）和土层锚杆（索）；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）。除此之外，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。
三、锚杆（索）在边坡处治中的应用
在边坡工程中，当潜在的滑体沿剪切滑动面的下滑力超过抗滑力时，将会出现沿剪切面的滑移和破坏。在坚硬的岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。在土层中，砂性土的滑面多为平面，粘性土的滑面一般为圆弧状。有时也会出现沿上覆土层和下卧基岩间的界面滑动。为了保持边坡的稳定，一种办法是采用大量削坡直至达到稳定的边坡角；另一种办法是设置支挡结构。在许多情况下单纯采用削坡或挡墙往往是不经济的或难以实现的。这时可采用锚杆（索）加固边坡。
锚杆在边坡加固中通常与其他支挡结构联合使用，例如：
（1）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；（2）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；（3）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；（4）锚杆与钢筋混凝土板肋、锚定板联合使用形成锚定板挡墙；（5）锚杆与钢筋混凝土面板联合使用形成锚板支护结构；（6）锚钉加固边坡。
第二节 锚杆（索）的设计与计算
一、锚杆（索）设计的基本原则
在计划使用锚杆的边坡工程中，应充分研究锚固工程的安全性、经济性和施工的可行性。设计前认真调查边坡工程的地质条件，并进行工程地质勘察及有关的岩土物理力学性能实验，以提供锚固工程范围类的岩土性状、抗剪强度、地下水、地震等资料。对于土质边坡还应提供土体的物理性质和物理状态指标。
设计锚杆的使用寿命应不小于公路或被服务建筑物的正常使用年限，一般使用期限在两年以内的工程锚杆应按临时锚杆设计，使用期限在两年以上的锚杆应按永久性锚杆进行设计。对于永久性锚杆的锚固段不应设在有机质土、液限大于50％或相对密度小于0．3的土层中；因有机质土会引起锚杆的腐蚀破坏；液限大于50％的土层由于其高塑性会引起明显的徐变而导致锚固力不能长期保持恒定；相对密度小于0．3的土层松散不能提供足够的锚固力。
当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层边坡施工期稳定性较差、或土层锚固性能较差、或采用了钢绞线和精轧钢时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影响应控制在安全范围之内。
设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家标准，特别是预应力钢绞线，除了满足G13／T5224—95标准外，还必须获得IS09002国际质量认证；同时必须保障钢筋或钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。
非预应力锚杆长度一般不要超过16m，单锚设计吨位一般为100～400kN，最大设计荷载一般不超过450kN。预应力锚杆（索）长度一般不要超过50m，单束锚索设计吨位一般为500～2500kN，最大设计荷载一般不超过3000kN，预应力锚索的间距一般为4～10m。
进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。
二、锚杆（索）的设计程序
对边坡锚杆（索）加固设计首先必须对边坡工程地质调查，在掌握地质情况的基础上，对边坡的破坏方式进行判断，并分析采用锚杆方案的可行性和经济性，如果采用锚杆方案可行，开始计算边坡作用在支挡结构物上的侧压力，根据侧压力的大小和边坡实际情况选择合理的锚杆型式，并确定锚杆数量、布置形式、承载力设计值，计算锚筋截面、选择锚筋材料和数量。在确定锚筋后，按照锚筋承载力设计值进行锚固体设计（包括锚固段长度、锚固体直径、注浆材料和工艺等）。如果采用预应力锚杆还要确定预应力张拉值和锁定值，并给出张拉程序。最后是进行外锚头和防腐构造设计并给出施工建议、试验、验收和监测要求。
三、锚杆（索）锚固设计荷载的确定
锚杆（索）锚杆锚固设计荷载的确定应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。首先应当计算边坡的推力或侧压力，然后根据支挡结构的形式计算该边坡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。
四、锚杆（索）锚筋的设计
按照设计程序，在确定出锚杆轴向设计荷载后，需要对锚杆进行结构设计，结构设计的第一步就是根据锚杆轴向设计荷载计算锚杆的锚筋截面，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。
（1）锚杆锚筋的截面积计算：
假设锚杆轴向设计荷载为N，则可由下式初步计算出锚杆要达到设计荷载N所需的锚筋截面：
式中：Ag——由N计算出的锚筋截面；
k——安全系数，对于临时锚杆取1．6～1．8对于永久性锚杆取2．2～2．4；
fpkt——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Ag，对锚杆进行锚筋的配置，要求实际的锚筋配置截面。配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆承载力、锚杆的长度、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。
五、锚杆（索）的锚固力计算与锚固体设计
锚杆（索）的锚固力也可称为锚杆（索）承载力。锚杆极限锚固力（极限承载力）是指锚杆锚筋沿握裹砂浆或砂浆沿孔壁产生滑移破坏时所能承受的最大临界拉拔力，它可以通过破坏性拉拔试验确定。锚杆容许锚固力（容许承载力）是极限锚固力（极限承载力）除以适当的安全系数（通常为2．0～2．5），这种锚固力在《公路钢筋混凝土规范》中称为容许承载力，而在《工民建钢筋混凝土结构规范》中又称为锚杆锚固力（承载力）标准值；这种标准值为设计锚固力提供参考，通常锚杆容许锚固力是锚杆设计锚固力（或称为锚固力设计值）的1．2～1．5倍。在设计时，锚杆的设计荷载必须小于锚固力设计值。
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；而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。
（1）圆柱型锚杆锚固力与锚固长度计算
对于圆柱型锚杆，根据锚固机理，锚杆的极限锚固力可按下式计算：
式中：L——锚固体长度；
d——锚固体长度；
qs——锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度。
式（6．4）给出了锚杆承载力设计值Ng（≥锚杆设计荷载），由式（6．5）可得锚杆要达到锚固力设计值Ng所需的最小锚固体长度：
（6．6）
式中：Lm——锚固体长度；
k——安全系数，对于临时锚杆取1．6～1．8对于永久性锚杆取2．2～2．4；
Ng——锚杆锚固力设计值；
qs——锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值（表6．5）。
（2）端部扩大头型锚杆的锚固力和锚固长度计算
端部扩大头型锚杆的极限锚固力由三部分组成：直孔段圆柱型锚固体摩阻力、扩孔段圆柱型锚固体摩阻力以及扩大头端面承载力。前两项摩阻力可由式（6．5）计算，而扩大头端面承载力目前主要运用锚定板抗拔力计算公式近似计算。
砂土中锚杆的极限锚固力计算：
（6．7）
粘性土中锚杆的极限锚固力计算：
（6．8）
式中：Pa——锚杆极限锚固力；
L1，L2，D，d——锚固体结构尺寸；
qs——锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值（表6．5）；
h，——扩大头上覆土层的厚度和土体容重；
cu——土体不排水抗剪强度；
βc——锚固力因数，与h／D呈正比例增加，当h／D>10时，Bc保持恒定不再随h／D的增加而改变。
图6．12 端部扩大头型锚杆的锚固力的计算模式
已知锚杆的承载力设计值为Ng，则满足该承载力设计值所需的最小锚固长度可由公式（6．7）和（6．8）求得，为：
砂性土： （6．9）
粘性土： （6．10）
式中：k——安全系数；
Ng——锚杆锚固力设计值。
在实际工程设计中，为了便于计算，通常对式（6．9）和（6．10）根据经验进行简化，简化后的计算公式为：
式中：Ng——锚杆锚固力设计值；
k——安全系数，对于临时锚杆取1．6～1．8对于永久性锚杆取2．2～2．4；
Bc——扩大头承载力修正系数，对于临时锚杆取4．5～6．5对于永久性锚杆取3．0～5．0；
qs——锚固体表面与周围岩土体之间的极限粘结强度标准值（表6．5）。
锚固体与周围岩土体间的粘结强度标准值 表6．5
岩 土 类 别
岩 土 状 态
标准qs（kPa）
淤泥质土
20～50
粘性土
坚 硬
硬 塑
可 塑
软 塑
60～75
50～60
40～50
30～40
粉土
中 密
80～120
砂性土
松 散
稍 密
中 密
密 实
50～80
90～140
150～210
220～300
岩石
极软岩（泥岩、砂质泥岩、石膏岩）
300～500
软质岩（泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩）
500～2000
硬质岩（沙眼、石灰岩）
2000～3500
注：（1）表中qs系一次常压灌浆工艺确定，适用于注浆标号M25～M30；当采用高压灌浆时，可适当提高。
（2）极软岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≤5MPa；软质岩：岩石单轴饱和抗压强度5MPa≤fp≤30MPa硬质岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≥30MPa。
（3）表中数据用作初步设计时计算，施工时宜通过试验检验。
（4）岩体结构面发育时，取表中下限值。
（3）锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度计算
前面对于圆柱型锚杆和端头扩大型锚杆的极限锚固力计算公式是基于锚固段锚杆体与周围岩土问的极限摩阻力给出的，这种公式的应用条件是锚杆破坏首先从锚固体与周围岩土之间的界面剪切滑移，一般来讲对于土层或较软的岩石满足这种条件。对于坚硬的岩层，如果锚固体与岩层问的极限摩阻力大于锚筋与锚固砂浆之间的极限握裹力，锚杆将首先从锚筋与锚固砂浆之间开始剪切破坏，此时应根据锚筋与锚固砂浆之间的粘结强度来计算锚杆的锚固长度。极限锚固力计算公式为：
（6．11）
式中：L——锚固体长度；
dg——锚筋直径；
n——锚筋数量；
qg——锚筋与锚固砂浆之间的极限粘结强度。
锚杆锚固力设计值为Ng，锚杆要达到锚固力设计值所需的锚筋与锚固砂浆问的最小握裹长度：
（6．12）
式中：Lg——锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度；
k——安全系数，对于临时锚杆取1．5～1．8对于永久性锚杆取2．0～2．3；
qg——锚筋与锚固砂浆间的极限粘结强度标准值（表6．6）。
钢筋与砂浆之间的粘结强度标准值 表6．6
螺纹钢筋与砂浆面
水泥吵浆强度等级
M15
M20
M25
M30
M35
qg（kPa）
1600
2200
2400
2700
3000
注：（1）当采用两根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0．85折减系数。
（2）当采用三根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0．7折减系数。
（3）成束钢筋不应超过三根，钢筋总截面积不应超过孔径面积的20％，以保证钢筋在砂浆中的锚固效果，除非采用特殊的锚固段钢筋和注浆体设计，并通过实验可适当增加钢筋数量。
六、锚杆弹性变形计算
锚杆的变形是由锚杆本身在外荷作用下变形和由于地层徐变引起的变形组成，由地层徐变引起的锚杆变形计算可以通过徐变系数计算锚杆在不同时期的徐变位移。锚杆本身在外荷载作用下变形以弹性变形为主，下面是锚杆弹性变形的计算方法。
（1）非预应力土层锚杆弹性变形的计算
对于土层锚杆在外荷载作用下，除了锚杆自由段产生弹性变形外，锚固段也存在一部分变形，一般需要通过试验确定，在初步设计时可以近似估算：
（6．13）
式中：Sc——锚杆弹性变形；
Lf，La——锚杆自由段和锚固段长度；
A，Ac——杆体截面面积和锚固体截面面积；
Es，Ec——杆体弹性模量和锚固体组合弹性模量，锚固体组合弹性模量可有下式确定：
（6．14）
Am，Em——锚固体中砂浆体的截面积和弹性模量。
（2）非预应力岩石锚杆弹性变形的计算
非预应力岩石锚杆的弹性变形主要为锚杆自由段的弹性变形，估算公式为：
（6．15）
（3）预应力锚杆（索）弹性变形的计算
预应力锚杆在受到的轴向拉力小于预应力实际保留值时，可按刚性拉杆考虑；如果承受的轴向拉力大于预应力实际保留值，预应力锚杆将再次产生拉伸变形，此时锚杆的变形量可根据拉力超出预应力保留值的增量代入公式（6．13）和（6．15）中的Ng计算变形量。
如果计算的变形量增量值较小时，预应力锚杆也可近似按刚性拉杆考虑。
七、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。
1）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。
2）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50％～80％。
3）当边坡具有崩滑性时，锁定荷载可取为设计锚固力的30％～70％。
4）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50％～70％。
5）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1．2～1．3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。
锚杆头部的传力台座（张拉台座）的尺寸和结果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，表6．7为推荐尺寸表。
外锚墩尺寸推荐表 表6．7
设计荷载级别
底面积（m2）
顶面积（m2）
高（m2）
备 注
1000kN
0．8×0．8
0．4×0．4
0．4
加两层钢筋网8@50
2000kN
1．0×1．0
0．5×0．5
0．5
加三层钢筋网8@50
3000kN
1．2×1．2
0．6×0．6
0．6
加四层钢筋网8@50
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。
OVM锚具的基本参数 表6．8
OVM锚具
钢绞线
直径（mm）
钢绞线根数
锚垫板（mm）
边长×厚度×内径
锚板（mm）
直径×厚度
波纹管（mm）
外径×内径
OVM15－6、7
15．2～15．7
6根、7根
200×180×140
135×60
77×70
OVM15－12
15．2～15．7
12根
270×250×190
175×70
97×90
OVM15－19
15．2～15．7
19根
320×310×240
217×90
107×100
八、锚杆（索）的防腐设计
对锚杆进行防腐设计时，应充分调查腐蚀环境，并选择适宜的防腐方法。防腐方法应适应岩土锚固的使用目的，即不能影响锚杆各部件（包锚固体、自由段和锚头）的功能，因此对锚杆的不同部位要作不同的防腐结构设汁。永久住锚杆应采用双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐，但当腐蚀环境严重时，也必须采用双层防腐。
第三节 锚杆（索）的构造设计
一、锚杆的一般构造要求
1）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；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2．0～3．0m。
2）锚杆对中支架（架线环）应沿锚杆轴钱方向每隔1．0～2．0m设置一个，对于岩石锚杆支架间距可适当增大至2．0～2．5m。
3）在无特殊要求的条件下，锚杆浆体一般采用水泥砂浆，其强度设计值不宜低于M20。
4）锚杆外锚头、台座、腰梁及辅助件应按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《钢结构设计规范》进行设计。
二、锚杆挡墙的构造
1）板肋式和桩排式锚杆挡墙中的肋柱和排桩的间距一般为2．0～6．0m，肋柱间距较小，排桩间距较大。它们的截面尺寸除应满足强度和刚度要求外，其宽度还应满足挡土板（挡土拱板）的支座、锚杆穿孔和锚固要求，一般肋柱宽度不小于300mm，肋高不小于300mm；钻孔桩的直径不小于500mm，挖孔桩的直径不小于800mm。
2）肋柱和排桩截面一般采用对称配筋作法，但如果顶端设单锚的桩锚结构可根据立柱的内力包络图采用不对称配筋作法。
3）锚杆布置上下排垂直问距不宜小于2．5m，水平间距不宜小于2．0m。锚杆锚固体上覆土层不宜小于4．0m，上覆岩层不宜小于2．0m。倾斜锚杆的倾角为宜，不宜大。对于直立边坡，第一锚点位置应设于坡顶下1．5～2．0m。
4）桩和肋柱顶应没置钢筋混凝土联系梁，以保证支挡结构整体共同工作；如果支护结构在施工期变形较大时，连系梁宜后浇或设置后浇段。
5）现浇挡土板和拱板厚度不宜小于20cm，并应保证其满足支座长度构造要求。
6）锚杆挡墙混凝土构件强度等级均不应小于C20，肋柱宜采用碎石混凝土。同时锚杆挡墙现浇混凝土构件温度伸缩缝的间距不宜大于25～30m。
7）外锚头的防腐设计作重点考虑时，应有可靠的防腐构造处理，保证其永久防腐的可靠性。
三、锚板支护结构的构造
1）系统锚杆布置要求：锚杆倾角宜与水平线成夹角；锚杆布置宜采用菱形排列，或采用行列式排列；锚杆间距宜在1．5～2．5m，不应大于锚杆长度的一半，I、Il类岩体最大间距为3m，Ⅲ类岩体最大间距为2．5m，Ⅳ类岩体最大间距为1．5m；锚杆长度设计应遵循一般规定。
2）局部锚杆布置要求：受拉破坏时，锚杆方向应按有利于锚杆受拉布置；受剪破坏时，宜逆着不稳定块体滑动方向布置。
3）面板可采用喷射混凝土和现浇混凝土板；喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20，喷射混凝土l天龄期的抗压强度不应低于5MPa，不同强度等级的喷射混凝土的设计强度可按表6．9采用。
喷射混土强设计值和弹性模量（MPa） 表6．9
喷射混凝土
强度等级
C20
C25
C30
抗拉强度
设计值
1．1
1．3
1．5
轴心抗强度
设计值
10
12．5
15
弹性模量
2．1×104
2．3×104
2．5×104
弯曲抗压强度
设计值
11
13．5
16．5
4）喷射混凝土的重度可取22kN／m3，弹性模量按表6．9采用，喷射混凝土与岩面的粘结力：整体状与块体状岩体不应低于0．7MPa，碎裂状岩体不低于0．4MPa。喷射混凝土与岩体的粘结强度试验方法应遵循《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的规定。
5）喷射混凝土面层厚度不应低于50mm，一般为80～120mm；含水岩层的喷射混凝土支护厚度应不低于80mm；钢筋网喷射混凝土支护厚度不应小于100mm，钢筋直径宜为6～12，钢筋间距为200～300mm，钢筋保护层厚度不应低于30mm。
6）现浇板厚度宜为150～200mm，混凝土强度等级标号不应小于C20。根据设计需要可采用双层或单层配筋，钢筋直径宜为8～14，钢筋间距为200～300mm。面板与锚杆应有可靠连结。面板应沿纵向按15～20m的长度分段设置竖向伸缩缝。
四、锚钉边坡的构造
1）锚钉孔直径为70～120mm，锚钉中的钢筋应采用Ⅱ级螺纹钢，钢筋直径16～32。
2）锚钉布置方式可采用行列式或梅花式，间距1～2m，锚钉与水平面的倾角为，一般不大于。锚钉的长度在岩质边坡中最短不应小于3m，在土质边坡中最短不应小于3m且不小于0．4倍坡高。
3）现浇面板的厚度为150～200mm，混凝土强度等级不低于C20，板内设l级钢筋，钢筋网间距一般为200mm。
4）锚钉边坡护面板必须与锚钉有可靠的连接。连数方式可采用螺帽加垫板或简易弯钩锚头，简易弯钩应与面板中的附加构造钢筋焊接。
5）锚钉边坡的护面板应沿纵向按20～30m的长度分段设置竖向伸缩缝。同时必须在护面板背面或坡脚前等适当部位设置排水带（沟），坡顶应采取隔水封闭措施。
第四节 锚杆（索）的施工
锚杆施工质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力和边坡稳定安全，一般在施工前应根据工程施工条件和地质条件选择适宜的施工方法，认真组织施工。在施工过程中如遇与设计不符的地层，应及时报告设计人员，以作变更处理。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。
一、前的准备工作
施工前的准备工作包括施工前的调查和施工组织设计两部分。施工前的调查是为施工组织设计提供必要资料，其内容有：
1）锚固工程计划、设计图、边坡岩土性状等资料是否齐全；
2）施工场地调查，施工对交通的影响情况，对于新建中的公路可不考虑；
3）施工用水、用电条件调查；
4）边坡工程周边可能对施工造成影响的各种状态调查；
5）对于城区公路边坡，考虑施工噪音、排污的影响；
6）掌握作业限制、环保法规或地方法令对施工造成的影响；
7）其他条件的调查，如施工用便道、气象、安全等条件。
在对上述内容作调查、并掌握详细资料后，应制定施工组织设计，确定施工方法、施工程序、使用机械、工程进度、质量管理和安全管理等事项。施工组织设计书包括工程目的、工程概要、设计锚杆规格和锚固力要求、工程进度、组织编制表、使用机械、临时设施、使用材料、作业程序及人员配备、施工管理与质量控制计划、安全管理计划、应交付工程验收的各种技术资料、施工管理程序图表等13个方面的内容。
二、造孔
锚杆（索）施工的第一步就是按照施工图的要求钻孔，钻孔是锚固工程费用最高、控制工期的作业，因而是影响锚固工程经济效益的主要因数。锚杆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。
三、锚杆制作与安装
在锚杆制作上，棒式锚杆的制作十分简单，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2～3m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，这样棒式锚杆的制作便完成。而对于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。
四、注浆施工
锚固的注浆是锚杆施工过程中的一个重要环节，注浆质量的好坏将直接影响锚杆的承载能力。锚孔一般采用水泥浆或水泥沙浆灌注，浆液的拌合成分、质量和关注方式在很大程度上决定了锚杆的粘结强度和防腐效果。因此在锚杆注浆施工应当严格把握浆材质量、浆液性能、注浆工艺和注浆质量。
五、锚杆的张拉与锁定
锚杆的张拉，其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。
第五节 锚杆（索）的试验与观测
一、锚杆（索）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，其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。
二、锚杆（索）的验收试验
锚杆验收试验是在锚固工程完工后为了检验所施工的锚杆是否达到设计的要求而进行的检验性抗拔试验，该试验起到鉴别工程是否符合要求的目的。通常验收试验检验的锚杆的数量应不少于锚杆总数的5％，且一个边坡不得少于3根。
三、锚杆（索）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蠕变试验作了相应的规定。我国有关锚杆标准规定，凡塑性指数大于20的土层中的锚杆，均应进行蠕变试验，且试验的根数不应少于3根。
四、锚杆（索）的长期观测
锚杆施工完毕后，为了了解锚杆预应力损失情况和锚杆的位移变化规律，以便确认锚杆的工作能力，需要对锚杆进行长期观测，一般连续观测时间超过24小时就可看作是长期观测。在观测结果过程，如果发现锚杆的工作性能较差或不能完全承担锚固力，可以根据观测结果，采用二次张拉锚杆或增设锚杆数量等措施，以保证边坡锚固工程的可靠性。
锚杆预应力变化的可采用测力计，测力计按照机械、振动、电气和光弹原理制作成不同类型，锚杆长期观测中应当选择精度高、准确可靠的测力计，测力计一般安装在传力板和锚具之间并始终保持中心受荷。由于锚杆张拉锁定后头几个月预应力损失较大，一年后逐渐递减，两年后预应力损失基本终止，趋于稳定状态。故张拉锁定后的长期监控时间一般不得少于1年，但如遇自然环境恶劣并对边坡稳定性有较严重影响时，监控时间应适当延长。且每个工点不得少于3～5个观测点。同时在混凝土浇筑过程中应有专人对观测设施进行监护。
锚杆张拉锁定后第一个月内每日观测l次；2～3个月内每周观测1次；4～6个月内每月观测3次；7个月～1年内每月观测2次；l年以后每月观测1次。在观测过程中，如出现异常，应立即进行检查，处理完毕后，方能继续观测。观测成果及时整理，第一年内的观测成果将作为工程验收的资料。
第六章 锚杆（索）设计与施工
第一节 概 述
一、岩土锚固技术的发展与应用
岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中，以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术；由于这种技术大大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和社会效益，因而目前在工程中得到极其广泛的应用。岩土锚固的基本原理就是利用锚杆（索）周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力；可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用；可以增强地层的强度，改善地层的力学性能；可以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。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。
最早使用锚杆的是1911年美国矿山巷道支护中利用的岩石锚杆，1918年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934年舍尔法坝采用了预应力锚杆（索），目前各类岩石锚杆已达数百种之多，并且许多国家和地区先后都制定了锚杆规范或推荐性标准。我国在20世纪50年代开始应用岩石锚杆，60年代开始大量采用锚固技术，特别是在我国矿山巷道、铁路隧道、公路隧道、排水遂洞等地下工程中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。近年来随着高速公路的迅猛发展，在公路边坡、大型滑坡治理中更多采用预应力锚索加固技术。岩土锚固技术几乎遍及土木工程的各个领域，如边坡、基坑、隧道、坝体、码头、船闸、桥梁等。
二、锚杆（索）的结构与分类
锚杆是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，主要由锚头、自由段和锚固段组成，如图6．1所示。
（1）锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、保护帽和外端锚筋组成。
（2）锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分锚固深度和长度应按照实际情况计算获取，要求能够承受最大设计拉力。
（3）自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区段，由锚拉筋、防腐构造和注浆体组成。
（4）锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、导向帽、架线环、束线环、注浆塞等（图6．2）。
锚杆的分类方法较多，通常可以按应用对象、按是否预先施加应力、按锚固机理以及按固形态进行分类。按应用对象可分为岩石锚杆（索）和土层锚杆（索）：岩石锚杆是指内锚段锚固于各类岩层中的锚杆，而自由段可以位于岩层或土层中。土层锚杆是指锚固于各类土层中的锚杆，其构造、设计、施工与岩石锚杆有共同点也有其特殊性。
图6．1 锚杆结构示意图
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
图6．2 锚索结构示意图
1－台坐；2－锚具；3－承压板；4－支档结构；5－自由隔离层；6－钻孔；7－对中支架；8－隔离架；
9－钢绞线；10－架线环；11－注桨体；12－导向帽；Lf－自由段；La－锚固段
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）：非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；非预应力锚杆通常采用Ⅱ、Ⅲ级螺纹钢筋，锚头较简单，如板肋式锚杆挡墙、锚板护坡等结构中通常采用非预应力锚杆，锚头最简单的作法就是将锚筋作成直角弯钩并浇注于面板或肋梁中。预应力锚杆是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态；预应力锚杆在锚固工程中占有重要地位，图6．1和图6．2是典型的预应力锚杆（索）结构示意图，预应力锚杆的设计与施工比非预应力锚杆复杂，其锚筋一般采用精轧螺纹钢筋（25～32）或钢绞线，目前在公路滑坡处治中广泛采用预应力锚索加固技术。
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）：圆柱型锚杆是国内外早期开发的一种锚杆形式，这种锚杆可以预先施加预应力而成为预应力锚杆，也可以是非预应力锚杆；锚杆的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度提供，这种锚杆适用于各类岩石和较坚硬的土层，一般不在软弱粘土层中应用，因软粘土中的粘结摩阻强度较低，往往很难满足设计抗拔力的要求，图6．1所示即为圆柱型锚杆。端部扩大头型锚杆（如图6．3所示）是为了提高锚杆的承载力而在锚固段最底端设置扩大头的锚杆，锚杆的承载力由锚固体与土体间的摩阻强度和扩大头处的端承强度共同提供，因此在相同的锚固长度和锚固地层条件下端部扩大头型锚杆的承载力远比圆柱型锚杆为大；这种锚杆较适用于粘土等软弱土层以及比邻地界限制土锚长度不宜过长的土层和一般圆柱型锚杆无法满足要求的情况；端部扩大头型锚杆可采用爆破或叶片切削方法进行施工。连续球型锚杆（如图6．4所示）是利用设于自由段与锚固段交界处的密封袋和带许多环圈的套管（可以进行高压灌浆，其压力足以破坏具有一定强度5．0MPa的灌浆体），对锚固段进行二次或多次灌浆处理，使锚固段形成一连串球状体，从而提高锚固体与周围土体之间的锚固强度；这种锚杆一般适用于淤泥、淤泥质粘土等极软土层或对锚固力有较高要求的土层锚杆。
图6．3 端部扩大头型锚杆
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；9－端部扩头体；Lf－自由段长度；La－锚固段长度
图6．4 连续球体型锚杆
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－止浆密封装置；
8－预应力筋；9－注浆管；10－锚固体；Lf－自由段长度；la－锚固段长度；
除此之外，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。目前在边坡加固工程中广泛采用锚钉也是一种较短的粘结型锚杆，它是通过在边坡中埋入段而密的粘结型锚杆使锚杆与坡体形成复合体系，增强边坡的稳定性；这种锚杆一般适用于土质地层和松散的岩石地层。
三、锚杆（索）在边坡处治中的应用
在边坡工程中，当潜在的滑体沿剪切滑动面的下滑力超过抗滑力时，将会出现沿剪切面的滑移和破坏。在坚硬的岩体中，剪切面多发生在断层、节理、裂隙等软弱结构面上。在土层中，砂性土的滑面多为平面，粘性土的滑面一般为圆弧状。有时也会出现沿上覆土层和下卧基岩间的界面滑动。为了保持边坡的稳定，一种办法是采用大量削坡直至达到稳定的边坡角；另一种办法是设置支挡结构。在许多情况下单纯采用
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