预应力锚杆支护技术与工程应用

锚杆钢筋的横截面是由锚杆材料的抗拉强度及每根锚杆的设计张拉值来确定，在实际应用中，按下式计算。

As≥KtNt/fyk

式中：As——锚杆钢筋截面积，mm2；

Kt——锚杆杆体的抗拉安全系数，根据工程重要性和锚固等级取值；

Nt——锚杆的轴向拉力设计值，kN； fyk——钢筋抗拉强度标准值，kPa。 （2）锚固段注浆体的承压面积设计

对于压力分散型锚杆的锚固段注浆体，为保证在压力作用下注浆不被破坏，注浆体的承压面积应满足下式。

KpNt≤1.35Ap(Am/Ap)0.5ηfc

式中：Kp——单元锚杆锚固段注浆体的局部抗压安全系数，一般取2.0； Nt——单元锚杆轴向抗力设计值，N；

Ap——单元锚杆承载体与锚固段注浆体横截面的净接触面积，即毛受压面积

扣除孔道面积，mm2；

Am——锚杆锚固段注浆体的横截面面积，mm2；

η——有裂隙锚固段注浆体的强度增大系数，由裂隙的张开度确定； fc——锚固段注浆体的轴心抗压强度标准值，N/mm2。 （3）锚固段长度设计

1）按锚杆锚固体与地层的黏结力计算锚固段长度 la1≥KNt/(φπDfrb)

式中：lal——锚固段长度，m； D——锚固段钻孔直径，mm；

frb——地层与锚固体黏结强度标准值，MPa；

φ——锚固长度对黏结强度的影响系数仅考虑软岩或极限软岩，对应长度

2-4m、4-6m、6m、6m-9m、9-12m时，分别取1.3-1.6、1.0-1.3、1.0、0.8-1.0、0.6-0.8； Nt——为锚杆轴向拉力设计值，kN； k——锚杆锚固体的抗拔安全系数。

2）按锚杆钢筋与锚固段砂浆间黏结力计算锚固段长度：

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预应力锚杆支护技术与工程应用

la2≥KNt/(ξπdfb·φ) 式中：la2——锚固段长度，m； d——锚杆钢筋直径，mm；

fb——钢筋与锚固注浆体间的黏结强度标准值，取2.0-3.0 MPa，MPa；

ξ——采用2根或2根以上钢筋时，界面的黏结强度降低系数，取0.6-0.85。 Nt——为锚杆轴向拉力设计值，kN； k——锚杆锚固体的抗拔安全系数。 （4）自由段长度设计

为保证锚杆加固效果，锚杆自由段的长度应满足以下条件：

1）对用于加固具有潜在滑动面的滑动块体时，自由段长度最少应穿过滑动面1.5m，通常取2.0m。

2）内锚式锚杆的自由段长度应不小于5.0m。 （5）预应力锚杆张拉程序设计

预应力锚杆张拉程序设计，应遵循下列规定：

1）锚杆的张拉力应分级施加，逐级增加至超张拉荷载。

2）每级张拉荷载下，应持荷5min，锚杆锁定后，当预应力损失超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉。补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至超张拉荷载。补偿最多进行两次。

3）对于群锚工程，为避免锚杆张拉时，使邻近已锁定锚杆产生应力松弛，应优化张拉程序设计。若邻近锚杆产生应力松弛的幅度超过设计张拉力的10%时，应进行补偿张拉。

为了保证预应力锚杆锁定时的预应力效果，应根据锚夹具的性能和造孔质量，确定超张拉力的数值。一般情况下超张拉力不宜超过设计张拉力的115%。

3.4锚杆腐蚀与防腐设计

（1）锚杆腐蚀

腐蚀引起锚筋断裂部位多半位于锚头附近和自由段。锚杆的腐蚀是从筋体表面开始，首先腐蚀金属表面的纯化层，继而腐蚀杆体本身。腐蚀杆体材料的速度取决于注浆的质量、透水性、注浆体是否开裂、裂缝宽度、地球化学环境和预应力状态。

（2）锚杆的防腐

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预应力锚杆支护技术与工程应用

锚杆防腐主要有碱性环境防护和物理防护两类。碱性环境防护是依靠水泥质注浆体对锚杆提供的碱性环境，达到对锚杆保护的作用；物理防护是在锚杆材料上直接覆盖塑料等材料，阻止外部腐蚀性物质与杆体的接触。

根据锚杆的服务年限和所处岩体有无腐蚀性来确定锚杆的防护等级，可分为两级。Ⅰ级防护：即采用双层防腐蚀保护，预应力筋全长均有套管；Ⅱ级防护：即采用单层防腐蚀保护，锚固段内的预应力筋仅用灌浆防腐。

1）锚头防护

大多数锚杆的腐蚀破坏都出现在锚具附近未予保护的预应力筋，暴露在空气中的所有预应力锚头均应防护，采用设置防腐钢罩充填防腐油膏或采用水泥浆封闭。

将过渡管与支撑板密封，并使过渡管与自由张拉段的防腐保护部位搭接至少100mm。过渡管应足够长，以便在试验和张拉时能适应结构和预应力筋的位移。在过渡管内完全充满防腐油膏或水泥浆。

2）自由张拉段防护

自由段塑料套管宜选用聚氯乙烯和聚丙烯软塑料管，套管内所有空间用油脂充填。自由段选用有接头时，接头处的搭接长度应大于50mm，并用胶带密封。

3）锚固段的防护

Ⅰ级防护：对于侵蚀性地层或其侵蚀性未知的地带，采用Ⅰ级防护。可采用压力分散型锚杆，也可采用套管作为拉力型锚杆锚固段的附加及可控制性的防腐保护层，具体方式为采用注浆的波纹塑料管或波纹钢管，并对中支架及灌浆工艺应保证锚固段水泥浆保护层厚在2mm以上。

Ⅱ级防护：当预应力筋的安装方法能保证水泥浆完全裹住预应力筋时，在无侵蚀性的地层中可采用水泥浆来保护预应力筋的锚固段，但水泥浆与自由张拉段的护套搭接至少大于0.3m。同时对中支架及灌浆工艺应保证锚固段水泥浆保护层厚在2mm以上。

（3）预应力锚杆的防腐、防锈标准

表3-1 预应力锚杆的防腐、防锈标准

工作环境 无侵蚀性 中等侵蚀性 预应力锚杆的工作时间 临时性预应力锚杆 按A级进行防护 张拉前按A级或B级防护 永久性预应力锚杆 张拉后15天内，按C级进行耐久性防护 张拉前按A级或B级防护，张拉后按C级进行耐久性防护 - 22 -

预应力锚杆支护技术与工程应用

工作环境 强侵蚀性 预应力锚杆的工作时间 临时性预应力锚杆 张拉前按B级进行防护，张拉后按C级进行耐久性防护 永久性预应力锚杆 张拉前按B级进行防护，张拉后按C级进行耐久性防护 注：A级防护材料：液态防护，如石灰水、防腐油。

B级防护材料：塑态防护，如凝胶、树脂、防锈油脂等。 C级防护材料：刚性防护，如水泥浆或水泥砂浆。

3.5 施工图及说明文件编制

锚杆施工说明应包括的基本内容有：锚杆孔的施工要求、锚杆安装前应做好的检查工作、水泥砂浆锚杆的原材料及砂浆配合比要求、锚杆注浆作业要求、锚杆安装作业要求、锚杆施工前应进行的抗拔试验要求、施工顺序以及其他说明和注意事项。

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