锚杆与锚索
1.锚杆（索）的种类与结构
锚杆是将拉力传至稳定岩土层的构件，当采用钢绞线或高强钢丝束作杆件材料时，也可称为锚索。锚固于土层中的锚杆称为土层锚杆；锚固于岩层中的锚杆称为岩层锚杆。施加了预应力的锚杆称为预应力锚杆；未施加预应力的锚杆称为非预应力锚杆。此外，锚杆的分类还有以下几种主要方法。
1）按拉杆材料分为：木锚杆和金属锚杆；
2）按锚头类型分为：机械型（锲缝式、内胀式）、胶结型（灌浆式、树脂式）；
3）按照控制变形的施工方法分为：普通锚杆和预应力锚杆；
4）按使用年限分为：临时性锚杆和永久性锚杆。
在边坡崩塌或危岩体的锚固施工中，使用最多的是摩擦型灌浆锚杆。灌浆锚杆是指用水泥砂浆将一组钢拉杆锚固在伸向地层内部的钻孔中，并承受拉力的柱状锚体。灌浆锚杆的钻孔方向一般沿水平向下倾斜10°～45°，施工时钻孔的深度必须超过滑动面的埋深，并在稳定的岩土层中达到足够的有效锚固长度。习惯称锚杆末端锚入岩土层内的有效锚固段所能承受的最大拉力为锚固段的极限抗拔力。影响灌浆锚杆抗拔能力的主要因素是砂浆的握裹能力。因此为了保证灌浆锚杆的可靠性，必须调查清楚边坡岩土体的基本特征，依据岩土性质设计锚杆的参数。灌浆锚杆的组成如图2－14所示。
2.锚固作用的原理
锚杆是由锚固体、拉杆和锚头3部分组成。构筑物或其他作用力传给锚杆头部后，由拉杆将来自锚杆头部的拉力传递给锚固体，锚固体再通过摩擦阻力传给岩土层。
锚杆的受力分析如图2－15所示。锚杆所受的力主要有：①拉力（T）；②砂浆的握裹力（μ）；③地层摩擦阻力（τ）。其中，Ti＝PiA（Pi为钢筋单位截面上的应力；A为钢筋的截面积）。
图2－14 灌浆锚杆组成示意图
图2－15 灌浆锚杆受力状态示意图
锚杆的抗拔作用需要满足的条件为：①锚固段的砂浆对于钢拉杆的握裹力需能承受极限拉力；②锚固段岩土层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力；③锚固岩土体在最坏的条件下仍能保持整体的稳定性。
（1）砂浆对于钢拉杆的握裹力
锚杆的抗拔能力除与有效锚固长度有关外，还与锚杆直径、砂浆对于钢筋的平均握裹应力等因素有关。需满足以下关系式：
地质灾害防治技术
式中：Tu为锚杆的极限抗拔力或砂浆对钢拉杆的握裹力（kN）；d为钢拉杆的直径（m）；Le为锚杆的有效锚固长度（m）；μ为砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kN/m2）。
钢筋的单位面积握裹力，由下式计算：
地质灾害防治技术
式中：Ti、Ti＋1分别为第i、i＋1截面处的拉应力（kN）；μi为第i锚固段砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kN/m2）；Li为第i锚固段的长度；其他符号意义同前。
由于锚固受力复杂，实际工作中，一般在计算值的基础上提高10％～20％。设锚杆钢筋的极限拉应力为Ns，则可按下式计算出锚杆所需的最小锚固长度：
地质灾害防治技术
式中：Lemin为最小锚固长度；其他符号意义同前。
（2）锚固段岩土层对于砂浆的摩擦力
锚杆的极限抗拔能力取决于锚固段岩土层对于砂浆所产生的最大摩擦力。计算公式为
地质灾害防治技术
式中：Tu为柱状锚体的极限抗拔力（kN）；D为锚杆钻孔的直径（m）；Le为锚杆的有效锚固长度（m）；τ为锚固段周边的抗剪强度（kPa）。
锚固段孔壁的抗剪强度就是孔壁的破坏强度。造成破坏的原因有3种：①砂浆接触面外围的岩层剪切破坏；②沿着砂浆与孔壁的接触面剪切破坏；③接触面内砂浆的剪切破坏。
对于土层锚杆来说，土层的强度一般低于混凝土砂浆的强度，因此土层抗剪强度的计算公式为
地质灾害防治技术
或
地质灾害防治技术
式中：γ为锚固区土层的重度（kN/m3）；c为锚固区土层的粘聚力（kPa）；为土的内摩擦角（°）；σ为孔壁周边法向应力（kPa）；h为锚固段以上的地层覆盖厚度（m）；K0为锚固段孔壁的土压力系数，一般取为1；其他符号意义同前。
3.锚杆（索）设计
（1）锚杆（索）材料类型
锚杆（索）常用的材料类型为普通钢筋（HRB335、HRB400（Ⅱ级、Ⅲ级））、精轧螺纹钢筋、高强钢丝或钢绞线。我国常用的锚拉材料为精轧螺纹粗钢筋，直径为Φ22～32mm。近年来，也采用45SiMnV高强度钢材，直径为Φ25mm，另外不少也使用钢绞线、钢丝束。各种材料类型锚杆的选取见表2－12。
表2－12 锚杆（索）选型
钢绞线或精轧螺纹钢筋的力学性能见《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2002）附录E。边坡变形控制严格或边坡施工期稳定性很差时宜采用预应力锚杆。
（2）锚杆（索）计算
锚杆（索）轴向拉力设计值按下式计算：
地质灾害防治技术
式中：Na为锚杆（索）轴向拉力设计值（kN）；NaK为锚杆（索）轴向拉力标准值（kN）；γα为荷载分项系数，取1.3，当可变荷载较大时，按荷载规范确定。
锚杆（索）轴向拉力标准值按下式计算：
地质灾害防治技术
式中：NaK为锚杆（索）轴向拉力标准值（kN）；Htk为锚杆（索）所受水平拉力标准值（kN）；α为锚杆（索）倾角（°）。
锚杆钢筋截面积应满足下式要求：
地质灾害防治技术
式中：As为锚杆钢筋或预应力钢绞线截面积（m2）；ξ2为锚杆钢筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性锚杆取0.92；γ0为边坡工程重要性系数；fy为锚杆钢筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）；其他符号意义同前。
锚杆锚固段长度除应同时满足地层对砂浆的粘结力和砂浆对钢筋的握裹力要求外，还应满足构造设计规定的最小锚杆锚固长度的要求。
锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求：
地质灾害防治技术
式中：La为锚固段长度（m）；D为锚固体直径（m）；frb为地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），宜通过试验或当地经验确定，当无试验资料时，可按表2－13和表2－14选取；ξ1为地层与锚固体粘结工作条件系数，永久性锚杆取1.00，临时性锚杆取1.33；其他符号意义同前。
表2－13 岩石与锚固体粘结强度特征值
注：表中数据适用于注浆强度等级为M30；表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验；岩体结构面发育时，取表中下限值；表中岩石类别根据天然单轴抗压强度（fr）划分：fr<5MPa为极软岩，5MPa≤fr<15MPa为软岩，15MPa≤fr<30MPa为较软岩，30MPa≤fr<60MPa为较硬岩，fr≥60MPa为硬岩。
表2－14 土体与锚固体粘结强度特征值
注：表中数据适用于注浆强度等级为M30；表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验。
锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度应满足下式要求：
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式中：La为锚固段长度（m）；D为锚筋直径（m）；n为锚筋根数（根）；fb为锚筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa），宜通过试验或当地经验确定，当无试验资料时，可按表2－15选取；ξ3为锚筋与锚固砂浆粘结强度工作条件系数，永久性锚杆取0.60，临时性锚杆取0.72；其他符号意义同前。
表2－15 锚筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（单位：MPa）
注：当采用两根钢筋点焊成束方法时，粘结强度应乘以0.85折减系数；当采用3根钢筋点焊成束方法时，粘结强度应乘以0.7折减系数；成束钢筋的根数不应超过3根，钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20％。当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚筋用量。
自由段无粘结的非预应力岩石锚杆的受拉变形基本上是自由段钢筋的弹性变形，其水平变形值由下式计算：
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式中：δb为锚杆水平变形值（m）；Htk为锚杆所受水平拉力标准值（kN）；Kb为锚杆水平刚度系数（kN/m）。
锚杆水平刚度系数宜由锚杆试验确定。当无试验资料时，自由段无粘结的非预应力岩石锚杆的水平刚度系数可由下式计算：
地质灾害防治技术
式中：A为锚杆截面面积（m2）；Lf为锚杆自由段长度（m）；Es为杆体弹性模量（kPa）；其他符号意义同前。
预应力岩石锚杆和全粘结岩石锚杆的受拉变形可忽略不计。
4.锚杆构造要求
1）锚杆总长度为锚固段、自由段和外锚段的长度之和。锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑动面的长度计算，预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑动面。
2）土层锚杆锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D和6.5m（对拉力型锚杆），或55D和8m（对预应力锚索）。当计算锚杆锚固段长度超过上述数值时，应采取扩大锚固段直径等技术措施，以提高锚固力。
3）锚杆隔离架（或称对中支架）应沿锚杆轴线方向每隔1～3m设置一个，对土层应取小值，对岩层可取大值。
4）当锚固段岩体破碎、渗水量大时，宜在锚杆施工前对岩体作固结灌浆处理。
5）锚杆外锚头、台座、腰梁和辅助件等的设计，应符合现行有关标准的规定。
6）永久性锚杆的防腐处理可采取以下做法：①非预应力锚杆的自由段位于土层中时，可采取除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹（层数不少于2层）；②对采用钢绞线、精轧螺纹钢制作的预应力锚杆（索），其自由段可按上述处理后装入套管中；自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；③对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段应除锈，砂浆保护层厚度不应小于25mm；④位于具腐蚀性岩土层内锚杆的锚固段及非锚固段，均应采取特殊防腐处理；⑤经过防腐处理后，非预应力锚杆的自由段外端应埋入钢筋混凝土构件内50mm以上；对预应力锚杆，其锚头的锚具经除锈、涂防腐漆三度后应用钢筋网罩，现浇混凝土封闭，混凝土强度等级不应低于C30，厚度不应小于100mm，混凝土保护层厚度不应小于50mm。
7）临时性锚杆的防腐蚀可采取以下做法：①非预应力锚杆的自由段，可采取除锈后刷沥青防锈漆处理；②预应力锚杆的自由段，可采取除锈后刷沥青防锈漆或加套管处理；③外锚头可采用外涂防腐材料或外包混凝土处理。
1、定义不同
锚索：锚索是指在吊桥中在边孔将主缆进行锚固时，要将主缆分为许多股钢束分别锚于锚锭内，这些钢束便称之为锚索。
锚杆：锚杆是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。
2、作用不同
锚索：锚索是通过外端固定于坡面，另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线，直接在滑面上产生抗滑阻力，增大抗滑摩擦阻力，使结构面处于压紧状态，
以提高边坡岩体的整体性，从而从根本上改善岩体的力学性能，有效地控制岩体的位移，促使其稳定，达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。
锚杆：现在锚杆不仅用于矿山，也用于工程技术中，对边坡，隧道，坝体进行主体加固。锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆施加预应力。
3、组成不同
锚索：钻孔、锚索、注浆同时进行。连接钻杆接手、钻头，采用泥浆护壁方法，注浆钻进同步进行，自由端完成后采用稠水泥浆进行旋进。
上腰粱，采用工字钢连接锚索。
张拉，待泥浆凝固，两天后进行张拉。
外部保护，封孔注浆后，从锚具量起留50 mm钢绞线，其余的部分截去，在其外部包覆厚度不小于50 mm的水泥砂浆保护层。
锚杆：一个抗拉强度高于岩土体的杆体。 杆体一端可以和岩土体紧密接触形成摩擦（或粘结）阻力。杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体的径向阻力。
参考资料来源：百度百科-锚索
参考资料来源：百度百科-锚杆
17.8,
18.9,
21.6，使用时需要有锚索张拉机具张拉，锚杆分为树脂锚杆和钢制锚杆，外表如建筑用螺纹钢，和螺纹钢区别是两侧不带筋，规格有16,18,20,22,24，使用时需要有锚杆拉力计张拉。
一、 施工工艺及流程图如下：
1． 钻孔
钻孔是锚索施工中控制工期的关键工序。为确保钻孔效率和保证钻孔质量，采用潜孔冲击式钻机。钻机钻井时，按锚索设计长度将钻孔所需钻杆摆放整齐，钻杆用完，孔深也恰好到位。钻孔深度要超出锚索设计长度0.5m左右。
钻孔结束，逐根拔出钻杆和钻具，将冲击器清洗好备用。用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，塞好孔口。
两种特殊情况的处理：
渗水的处理。在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，从孔中吹出的都是一些小石粒和灰色或黄色团粒而无粉尘，说明孔内有渗水，岩粉多贴附于孔壁，这时，若孔深已够，则注入清水，以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，虽冲击器工作，仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后再继续钻进，如此循环，直至结束。有时孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，就可继续钻。如果渗水量太大，以至淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，应拔出钻具进行压力注浆。
塌孔、卡钻的处理。当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎带时，往往发生塌孔。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状的（非钻头碎的、非新鲜的、无光泽的）石块，这时，不管钻进深度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆，注浆压力采用0.4 MPa，浆液为水泥砂浆和水玻璃的混合液，24小时后重新钻孔。雨季，常常顺岩体破碎带向孔内渗流泥浆，固壁注浆前，必须用水和风把泥浆洗出（塌入钻孔的石块不必清除），否则，不仅固壁注浆效果差，还容易造成假象。
2． 锚索制作
锚索在钻孔的同时于现场进行编制，内锚固段采用波纹形状，张拉段采用直线形状。钢纹线下料长度为锚索设计长度、锚头高度、千斤顶长度、工具锚和工作锚的厚度以及张拉操作余量的总和。正常情况下，钢绞线截断余量取50mm。将截好的钢绞线平顺地放在作业台架上，量出内锚固段和锚索设计长度，分别作出标记；在内锚固段的范围内穿对中隔离支架，间距60--100cm，两对中支架之间扎紧固环一道；张拉段每米也扎一道紧固环，并用塑料管穿套，内涂黄油；最后，在锚索端头套上导向帽。
3． 锚索安装
向锚索孔装索前，要核对锚索编号是否与孔号一致，确认无误后，再以高压风清孔一次，即可着手安装锚索。
安装下倾锚索比较简单，没有更多的技术问题。安装上倾和水平锚索时要注意以下四点：检查定位止浆环和限浆环的位置，损坏的，按技术要求更换；检查排气管的位置和畅通情况；锚索送入孔内，当定位止浆环到达孔口时，停止推送，安装注浆管和单向阀门；锚索到位后，再检查一遍排气管是否畅通，若不畅通，拔出锚索，排除故障后重新送索。
4． 锚固法注浆
锚固法注浆采用排气注浆发施工。下倾的孔，注浆管插至孔底，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出；上倾和水平孔，砂浆由孔口注入，空气压向孔底，由孔底进入排气管排出孔外（水平锚索，空气经限浆环进入排气管）。
上倾和水平锚索孔注浆过程中，当排气管不再排气，且有稀水泥浆从排气管压出时，说明注浆已满；对于下倾锚索注浆，采用砂浆位置指示器控制注浆位置。
锚索孔注浆采用注浆机，注浆压力保持在0.3--0.6 MPa。
5 ．立锚墩
锚墩的作用是把锚具的集中荷载传递到岩面和调整岩面受力方向。为了使锚墩上表面与锚索轴线垂直，预先将一根外径与钻头直径相同的薄壁钢管和垫板正交焊牢，浇筑锚墩前将钢管的另一端插入钻孔即可。
6．锚索的张拉
张拉锚索前需对张拉设备进行标定。标定时，将千斤顶、油管、压力表和高压油泵联好，在压力机上用千斤顶主动出力的方法反复试验三次，取平均值，绘出千斤顶出力（KN）和压力表指示的压强（MPa）曲线，作为锚索张拉时的依据。因国产压力表初始起动压强不完全相同，所以，标定曲线上必须注明标定时的压力表号，使用中不得调换。压力表损坏或拆装千斤顶后，要重新标定。
若锚索是由少数钢纹线组成，可采用整体分级张拉的程序，每级稳定时间2~3min；若锚索是由多根钢纹线组成，组装长度不会完全相同，为了提高锚索各钢绞线受力的均匀度，采用先单根张拉，3天后再整体补偿张拉的程序。
7．封孔注浆
补偿张拉后，立即进行封孔注浆。对于下倾锚索，注浆管从预留孔插入，直至管口进到锚固段顶面约50cm；对于上倾和水平锚索，通过预留注浆管注浆。孔中的空气经由设在定位止浆环处的排气管排出。
8．外部保护
封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余的部分截去，在其外部包覆厚度不小于50mm的水泥砂浆保护层。
为保质保量地按期完成施工任务，工地必须成立QC小时，自始至终每个阶段坚持采用科学的工作方法，制定一系列对策和实施办法，及时改善锚索体结构，积极改进施工工艺，采用先进的网络技术组织施工，尽量做到均衡生产，使钻孔、注浆、张拉、封锚等工序互不延误，交叉进行，并按统一表格做好施工记录。
二、质量控制
1. 锚位点放线，各方向允许误差均为±1cm。
2．脚手架的搭设必须稳定，对紧固件的紧固必须有人复核。
3．按设计孔口座标在脚手架上安装钻机专用钢管，将钻机放在专用钢管上，用经纬仪按边坡方向放出基线，然后用方向架放出锚索方位角，测角仪调整倾角，到满足设计要求为止。将紧固件紧牢后，再核查一遍钻机孔位座标、方位及倾角，确认无误后，将所有紧固件再紧一遍使其误差不超过：倾角±0.5°，方位角±1°。
4．锚索孔径允许误差±2mm。
5．若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁注浆处理，注浆24小时后重新扫孔钻进。
6．洗孔要干净彻底，孔中不得留有岩粉和水。
7．锚索的编制要确保每一根钢绞线始终均匀排列、平直、不扭不叉，锈、油污要除净，对有死弯、机械损伤及锈坑者应剔出。
8．锚索的长度要根据钻孔的实际深度确定，允许误差±2cm，并对锚索按孔号相应编号。
9．锚固段的定位导向花架、船形托架（两者统一），应严格按设计要求安装在锚索上，绑扎铁口既要能承受一定的拉力，又要保证锚索的自由拉伸。
10．安放锚索要保证锚索孔壁有不少于1cm的注浆厚度，锚索安放要平直，张拉段要放在锚孔中央。
11．内锚固段注浆，水泥选用525号普通硅酸盐水泥，搅拌水泥砂浆应均匀，使用时不得有沉淀，为保证浆液性能可加入不同用途的外加剂，注浆充盈系数为1.1--1.3。
12．严格控制加水量和水灰比，灰砂比允许误差为±0.03。
13．锚墩制作允许偏差各方向均为±3cm，安装时应先安放好孔口定位钢管，以保证锚墩与锚孔垂直。
14．锚索的张拉要在锚固段砂浆及锚墩混凝土达到设计强度后，方可进行。
15．张拉前张拉设备要标定，重复三次取平均值。各根钢纹线拉力不均匀系数在0.95--1.05之间，各根钢纹线的拉力差为±5%。
16．补张拉在张拉完成后6--10天进行，张拉力取设计预拉力的20%。
17．张拉段注浆必须待浆液溢出孔口稳定1--2分钟，方可停止注浆，24小时后还需进行补浆，以确保注浆饱满。
三、安全措施
1、施工前进行技术安全交底，施工中应明确分工，统一指挥。
2、各种机械机具应处于完好可靠状态。
3．上岗前要做好安全检查工作，由班组长负责，责任到人，互相监督，施工人员进入现场应戴好安全帽，操作人员应精力集中，遵守有关安全操作规程。
4．机械、电器设备应专人操作。
5.电（气）焊操作工应有操作证。
6．边坡加固工程钻孔通常是在脚手架上作业的，为确保脚手架绝对安全稳定，采用双排方式，间距1.2--1.3m，重力集中处增加斜向及横向支撑，并设置短锚桩，将脚手架锚固在稳定的岩壁上。
7．高空作业应设安全防护设施，在既有线附近作业，应设行车安全防护。
8．风动钻机管路连接应牢靠，避免脱开甩出伤人。
9．切割钢绞线使用的砂轮切割机要设安全护罩，以免断片伤人。
10．注浆管路应畅通，不得有堵塞现象，避免浆液突然喷出伤人，注浆管路不使用时要及时注压清水冲洗干净。
1、锚索的受拉件是钢绞线制作，锚杆是高强度精轧螺纹钢筋为主钢，通常锚索应用在大吨位锚固工程。
2、锚索的受拉筋是用钢绞线制作，锚杆是用钢筋或钢管。通常锚索受力较大，还要加予应力，受力形式分锚固段和自由段，可以用作永久性锚固工程。锚索是锚杆的一种，土丁也是。3、在国内，一般情况下，锚索是需要施加预应力的，因此它是主动受力，多应用于已出现变形或对变形要求严格的工程部位；锚杆则一般不施加预应力（有时也会施加很小的预应力），因此它是被动受力，只有当被锚固岩土体发生一定变形时它才发挥锚固力。
4、此外，锚索长度一般在20－50米，锚杆则不到20米。在国际上，锚索只是锚杆的一种类型。
