岩土锚杆(rock soil anchor)

使用粘结材料将其一端锚固在地层中，外端(锚头)则固定于工程结构物上的受拉杆件。岩石锚杆通过锚头锚固在工程结构物上。钢拉杆承受的拉力首先通过拉杆周边握裹力传递到粘结材料中，然后通过锚固段周边地层的摩阻力传递到锚固区稳定地层中。岩土锚杆具有可以充分利用地层自身强度和自稳能力，简化基础结构和支挡结构，减轻结构自重，受力合理，少占场地，缩短工期，降低工程造价等优点。

锚杆类型 按制作方法划分，有简易锚杆和预应力锚杆。按使用期限划分，有临时性锚杆(使用年限小于2年)和永久性锚杆(使用年限大于2年)。按锚固体形状划分，有圆柱型，端部扩大头型和连续球体型锚杆。按锚固体传力方式划分，有拉力型、压力型和剪力型锚杆。

锚杆构造 简易锚杆由锚杆和杆体组成。预应力锚杆由锚头、杆体自由段和杆体锚固段组成(图1)。锚头由螺纹端杆、螺帽和垫板组成，其作用是将锚杆固定在工程结构物上；杆体自由段是杆体不与地层相粘结的区段，其作用是对杆体施加预应力；杆体锚固段是使用粘结材料将杆体与地层相粘结的区段，其作用是将锚杆承受的力传递给地层。

锚杆设计 主要设计内容包括：确定锚杆设计承载力、锚杆布置、锚杆参数以及锚杆和工程结构物的整体稳定性验算等。

设计承载力 锚杆的极限承载力宜通过现场试验确定，没有试验条件时可以用计算方法确定。在较完整的硬质岩层中，锚杆极限承载力Tu可按公式Tu=πdLeu计算；在风化岩和土层中，锚杆极限承载力Tu可按公式Tu=πDLeτ计算；式中d为钢拉杆直径，D为锚杆钻孔直径，Le为有效锚固长度，u为水泥砂浆对钢拉杆的平均握裹力，τ为锚固段周边土层抗剪强度。极限承载力Tu除以安全系数K就求得设计承载力。

锚杆参数 锚杆的钻孔直径D根据钢拉杆的断面尺寸和灌浆管断面尺寸决定。钢拉杆断面根据锚杆设计承载力通过计算确定。锚固段长度根据锚固段地层抗拔力(或抗拉力)的需要决定，一般为3～10m；锚固段在稳定地层中应达到足够长度。自由段长度根据工程结构物与稳定地层之间的实际距离决定，但不宜小于4～5m。

锚杆布置 根据锚杆用途决定布置方式：承受拔力时，锚杆是垂直布置；承受侧向土压力(拉力)时，锚杆是倾斜布置。例如，沿挡墙面或基坑壁设置锚杆抵抗侧向土压力时，锚杆钻孔是向下倾斜，以利灌浆；根据地层条件，钻孔倾角可在10^。～45^。范围内选定。大直径锚杆间距不宜小于2m，小直径锚杆间距不宜小于1m，锚杆布置过密时，应考虑锚杆承载力折减问题。

锚杆和结构物的整体稳定性验算 以基坑锚杆护壁为例，整体稳定性验算可以采用图解法分析挡墙面与锚固段之间的土体稳定性。分析时，抗滑安全系数应采用不小于1．5。当计算出的抗滑安全系数小于1．5时，则应加长锚杆，重新验算。

锚杆施工 锚杆施工程序是：在地层中成孔；插入钢拉杆；灌浆；安装锚头或张拉锚定。

成孔  根据场地地质条件、设计要求等选择适宜的成孔方法和钻孔机具。常用的成孔机械有：风枪、冲击式钻机、旋转式钻机和旋转冲击式钻机。(1)风枪。适用于在较完整的岩层中钻直径较小、深度较浅的钻孔。(2)冲击式钻机。靠气动冲凿成孔，适用于砂卵石、砾石地层。(3)旋转式钻机。靠钻具旋转切削钻进成孔，适用于各种地层。有地下水时，可用泥浆护壁或加套管成孔；无地下水时，可用螺旋钻杆直接排土成孔。(4)旋转冲击式钻机。靠旋转切削和冲击粉碎成孔，配上套管和各种钻头，可适用于各种软硬地层。锚体的锚固段需要局部扩大孔径时，根据地质条件可以采用机械扩孔法、射水扩孔法和爆炸扩孔法。

插入钢拉杆 使用强度高，延伸率大，疲劳强度高，稳定性好的拉杆材料。如高强钢丝、钢绞线、螺纹钢筋等。钢拉杆防腐问题对永久性锚杆十分重要。钢拉杆经过除锈才能插入钻孔内。自由段钢拉杆应预先涂一层防锈漆并用两层沥青玻璃布包扎做好防锈层。灌浆管与钢拉杆同时放至钻孔底部。用2根以上钢筋作为钢拉杆时，插入钻孔前应将钢筋点焊成束，点焊间距2～3m，并在其一端焊上支架，用风枪钻成小直径钻孔，灌浆后插入钢拉杆。

灌浆 灌浆管插入钻孔到规定位置后，进行灌注粘结材料(水泥浆、水泥砂浆等)。水泥浆和水泥砂浆宜使用普通硅酸盐水泥，不应使用于缩性大的火山灰水泥和泌水性高的矿渣水泥。为提高浆液的早期强度，浆液中可掺入一定数量具有化学稳定性的外加剂(如三乙醇胺等)。灌浆方法有不加压灌浆法或将孔口堵塞使用轻微压力灌浆法和在自由段与锚固段之间加设止浆塞压力灌浆法等。灌浆作业使用压浆泵完成，初次灌浆和封孔灌浆压力一般不大于0．5MPa；扩大锚固段直径的二次高压灌浆压力为3～4MPa。浆液凝固后，钢拉杆、浆液和地层三者就紧密粘结成一个整体。

安装锚头或张拉锚定 杆体灌浆达到设计强度后，安装锚头锚定锚杆。使用预应力锚杆时，张拉后锚定锚杆。张拉机具主要是千斤顶和锚具。锚具采用抗拉拔试验合格的螺帽或楔形锚具。张拉方法同预应力钢筋混凝土后张法相似。张拉应力不应大于钢筋(钢拉杆)强度标准值的0．7倍。

发展简史 1911年，美国首先用岩石锚杆支护矿山巷道，1918年西利西安矿山开采使用锚索支护，1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆(索)，1957年德国Bauer公司在深基坑中使用土层锚杆。目前国外各类岩石锚杆已达600余种，每年使用量达2．5亿根。我国应用岩石锚杆起始于50年代后期，进入60年代，我国矿山巷道、铁路隧道和各类地下工程中大量采用普通粘结型锚杆与喷射混凝土支护。1964年，梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索。近10年来，北京、天津、广州、深圳、厦门、武汉等地的一大批深基坑工程、长江三峡、黄河小浪底等水利枢纽工程的边坡、隧洞工程和上海龙华污水处理厂沉淀池抗浮工程相继大规模采用预应力锚杆。

现在，岩土锚固几乎应用于土木建筑领域的各个方面，如边坡、基坑、隧洞、地下工程、坝体、码头、海岸、干船坞、桥梁、高耸结构及悬索建筑的拉力型基础(图2)等。