预应力锚杆支护技术与工程应用

4）预计岩体有明显蠕变的情况下，可先将锚杆张拉到设计拉力值的1.2-1.3倍，然后再退到设计拉力值加以锁定，这样可减少岩体的蠕变量。

5）考虑锚杆预应力变化因素影响，为保持锚杆预应力达到设计工作荷载的要求，防止边坡岩体的变形，可适当提高初始张拉值，一般可取设计预应力值的5%-10%。张拉完成后48小时内，若发现预应力损失大于设计预应力的10%时，应进行补偿张拉。

2.5 影响锚固预应力的因素

锚杆加固后保持稳定的边坡，一般锚杆预应力保持基本稳定，但在实施边坡锚杆加固达到稳定后，锚杆预应力出现一定程度的变化是正常的。这种影响锚固预应力的因素可以归结为以下几个方面。

（1）锚固时机

锚固时间系指边坡开挖后与加锚时的时间间隔，由于边坡工程通常采用自上而下的分不开挖措施，加锚过程需要与之对应地采用边挖边锚，边坡开挖改变了岩体原有的应力状态，在临空面产生的同时，岩体产生卸荷松动，不稳定岩体即可能产生滑动，而岩体一旦产生滑动则会明显降低岩体的完整性和滑面的强度，所需的锚固力必然因此而增加。因此，选择合适的施锚时机对锚固效果作用甚大。

（2）岩体类型及其结构

岩体蠕变是引起预应力损失的祖耀原因之一，不同岩体类型造成的预应力损失不同，如坚硬完整的岩体，结构面分不少，由结构面引起的蠕变小，岩体本身的蠕变也小，锚杆锁定后，预应力损失较小且趋于稳定预应力的速率较快；在软弱岩体中，因预应力压缩岩体产生的变形量大，变形减小的速度比较缓慢，岩体蠕变引起的预应力损失值较大，而且使锚杆预应力趋于稳定的时间较长。

（3）锚杆体材料松弛对预应力损失的影响

在选择锚杆材料时，一般选用高强度、低松弛的钢绞线，但由于钢丝在长度不变时，随时间增加将引起内部应力的损失。根据有关预应力锚杆的试验，有：

1）钢绞线松弛值的大小与张拉应力大小有关，张拉荷载越大、应力松弛损失也越大。

2）钢绞线松弛损失一般在张拉后短时间内完成，尤其是锁定损失约占总松弛损失的80%左右。

3）超张拉对改善预应力损失有一定的作用。

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（4）外锚头段封孔灌浆对预应力的影响

在外锚头段封孔灌浆过程中，锚杆预应力会有一定程度的下降，在相同的地质环境条件下，减小的幅度与锚杆吨位有关，锚杆预应力愈大则封孔灌浆过程引起的预应力损失值愈大。同时锚杆预应力还与岩体的裂隙率有关，若岩体裂隙发育，灌浆充填了岩体裂隙，使岩体结构产生相对膨胀变形，此时，预应力增加；若岩体裂隙不发育，则封孔灌浆对锚固预应力的影响较小。

（5）环境因素对预应力的影响

振动、降雨、温度等变化对锚杆预应力损失均有影响。降雨对锚固预应力的影响主要表现为锚固力的增加，这主要是由于岩体中的裂隙被渗水充填后产生湿胀，从而使钢索拉伸，锚固预应力增加，但降雨对预应力的影响总是与降水过程有一定的滞后现象，且随着裂隙水的消散，增加的锚固力也会消失。自然环境温度的变化导致岩体温度的变化而影响锚固预应力的变化，夏季温度升高会导致预应力增加，而降温则使预应力减小，在温度和锚杆预应力变化之间有一定的时间间隔。

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第3章 预应力锚杆设计

3.1 锚杆设计基本内容

锚杆设计的基本内容为： （1）锚固范围和锚固深度

锚固的范围是指被加固地质体的表面范围，对于开挖边坡指边坡的开挖面，对于地下洞室指开挖的顶拱、边墙、端墙等。锚杆深度应根据结构面的位置、潜在滑动面的位置、卸荷松动区的范围等因素确定。

对于预应力锚杆的长度应根据不稳定结构面的位置和在稳定的介质中有一定安全储备的胶结长度等确定。

（2）锚固方式

根据加固的目的不同选择不同的锚固方式：

1）加固地下工程顶拱位置的不稳定体，一般采用树脂药卷锚杆。

2）加固地下工程边墙和端墙位置的可能滑动块体，通常用预应力砂浆锚杆。 3）加固因开挖使开挖面内的岩土发生卸荷回弹而形成的松动区，常采用全长黏结式砂浆锚杆。

（3）锚固力大小

锚固力的大小应根据地质分析或力学结果确定，详见“2、预应力锚杆支护的应用与研究”。在确定了整体锚固力后，则根据加固体的范围确定锚杆数量和单根锚杆需提供的锚固力。

单根预应力锚杆的设计张拉力，有总锚固力的大小、锚固介质和胶结材料的力学指标、预应力锚杆材料特性及锚具的类型、张拉设备出力和施工场地条件确定。

（4）预应力锚杆数量选择布置方式

锚杆数量等于锚固总量除以每一根锚杆的设计锚固力。岩石预应力锚杆则根据锚杆数量、工艺，采用正方形、矩形、梅花形或菱形布置，相邻两行的锚杆错开布置。

（5）锚杆的结构型式和各项参数

除上述参数外，还应确定和选择的参数有：锚杆孔孔径、锚杆杆体直径、锚固段长度等。

（6）其他设计

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设计参数基本确定后，根据工程不同的情况，编制施工技术要求和特殊情况的处理措施，制定锚固效果监测及锚固后的安全评价指标。

3.2 材料及质量要求

（1）杆体材料

杆体材料和规格要根据锚杆锚固力的大小进行计算，或则查相关的规范确定。锚杆体材料一般使用各种型号的精轧螺纹钢筋、热轧钢筋、HRB400或HRB335级普通钢筋等。预应力锚杆常采用精轧螺纹钢筋、HRB400或HRB335级普通钢筋，且锚杆长度小于20m。

（2）黏结材料

黏结材料主要是水泥类黏结材料和合成树脂类黏结材料。 1）水泥类黏结材料

水泥类黏结材料是指水泥砂浆或纯水泥浆。水泥一般为普通硅酸水泥，强度大于32.5MPa，压力型锚杆的强度不低于42.5MPa。水泥砂浆的细骨料最大粒径小于2.0mm，砂的含泥量不超过3%（重量比），有机质和有害物不超过1%（重量比）。其配合比和特殊材料的使用要通过试验确定。

当锚杆孔孔深小于5m时，水泥类黏结材料可选用水泥药卷。 2）合成树脂类黏结材料

合成树脂类黏结材料适合地下工程顶拱加固，常用的有76型树脂药卷锚固剂，其主要材料是不饱和聚酯树脂。

（2）锚杆垫板和螺母

锚杆垫板是提高锚固了重要措施，也是减少预应力锚杆预应力损失的重要途径，锚杆预应力通过垫板将力传递岩面上，减少集中荷载对岩石表面的压强。一般有高强度的钢板或铸铁材料制成，其形式有：平板式、斗形、钟形、三角形、环形等。平板式垫板的厚度不小于6mm，面积不小于150mm×150mm；其他形式的垫板一般采用性能较好的钢板在模具上冷压而成，厚度不小于4mm。

预应力锚杆的预应力是通过外锚固段的螺母作用于垫板，再有垫板传递到开挖面岩体上，螺母则是提供预应力的主要构件。

3.3 预应力锚杆结构设计

（1）锚杆体结构设计

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