第六節(jié) 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法

預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體原則是：錨束采用的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線材質(zhì)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)張拉力作用下鋼材強(qiáng)度的利用系數(shù)宜為0.60～0.65，錨束中各股鋼絲或鋼絞線的長度應(yīng)一致。沿錨束的長度方向應(yīng)安設(shè)隔離架，對于陡傾角方向布置的錨桿，隔離架間距不宜大于4.0m。對于緩傾角方向布置的錨桿，隔離架間距不宜大于2.0m，隔離架中應(yīng)預(yù)留灌漿管和排氣管的通道。有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，封孔灌漿后錨束的保護(hù)層厚度應(yīng)大于20mm。機(jī)械式內(nèi)錨固段同鋼絲或鋼絞線的連接必須牢固，連接部件的強(qiáng)度應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)的規(guī)定。

一、預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)應(yīng)具備的資料

（1）預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下基本資料。

1）建筑物級別及工程布置圖。

2）建筑物基本參數(shù)、荷載組合和運(yùn)行特性。

3）錨固區(qū)域地形地質(zhì)條件。

4）施工條件。

5）建筑材料的物理力學(xué)指標(biāo)。

（2）巖體錨固設(shè)計(jì)應(yīng)具備下列地質(zhì)資料。

1）錨固工程部位的地質(zhì)平面、剖面圖。

2）不穩(wěn)定巖體的范圍和邊界條件。

3）圍巖質(zhì)量、主要構(gòu)造的產(chǎn)狀、各種結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系及地下水的資料。

4）錨固工程所涉及部位巖體的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、變形模量、巖體重度、聲波速度、巖體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、可能失穩(wěn)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、膠結(jié)材料與被錨固介質(zhì)的黏結(jié)強(qiáng)度，對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖，還應(yīng)提供圍巖的流變特性資料。

5）重要部位的錨固工程，應(yīng)具有試驗(yàn)資料和原位監(jiān)測資料。

二、錨索錨固設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

（1）錨固設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容。

1）確定錨固范圍和錨固深度。

2）選擇錨固方式。

3）計(jì)算錨固力大小。

4）確定預(yù)應(yīng)力錨索數(shù)量及選擇布置方式。

5）確定錨索結(jié)構(gòu)型式及各項(xiàng)參數(shù)。

6）編制施工技術(shù)要求和特殊情況的技術(shù)處理措施。

7）錨固效果監(jiān)測及錨固后的工程安全評價(jià)。

錨固范圍和施加的錨固力，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料、軟弱結(jié)構(gòu)面的位置、產(chǎn)狀和力學(xué)性質(zhì)或結(jié)構(gòu)物的力學(xué)要求等，按照穩(wěn)定分析或應(yīng)力分析結(jié)果確定。

單根預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)張拉力，應(yīng)根據(jù)下列因素確定。

1）保證被加固結(jié)構(gòu)物安全運(yùn)行需要的總錨固力大小。

2）錨固介質(zhì)和膠結(jié)材料力學(xué)指標(biāo)。

3）預(yù)應(yīng)力錨索材料力學(xué)指標(biāo)。

4）錨夾具的類型、張拉設(shè)備出力和施工場地條件。

（2）一般要求。

1）在錨固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮相互作用的影響，錨索的間距應(yīng)大于錨固段最大直徑的4倍，相鄰錨固段間距應(yīng)大于1.5m。

2）在施工中應(yīng)考慮施工偏差而造成錨索的相互影響。

3）錨固段與相鄰基礎(chǔ)或地下設(shè)施的距離應(yīng)大于3m。

4）錨固段埋深不宜小于5m。

（3）巖質(zhì)滑坡錨固力計(jì)算公式。

根據(jù)極限平衡法進(jìn)行計(jì)算，須考慮預(yù)應(yīng)力沿滑面施加的抗滑力和垂直滑面施加的法向阻滑力。穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式推薦見式（2-1）（圖2-33）:

其中：后緣裂縫靜水壓力V為

沿滑面揚(yáng)壓力U為

式中：H為后緣裂縫的深度，m；γ_W為水的重度，kN/m³；L為滑面長度，m；θ為錨索（桿）傾角，（°）；β為錨索（桿）與滑坡面的夾角，（°），β與滑面傾角α、錨索傾角θ之間的關(guān)系為β=α+θ； T為預(yù)應(yīng)力錨索錨固力，kN；φ為滑面內(nèi)滑角，（°）；C為滑面的黏聚力，kPa；其余符號含義同前。

相應(yīng)地，預(yù)應(yīng)力錨固力為

其中

如果鎖定錨固力低于設(shè)計(jì)錨固力的50%時(shí)，可不考慮預(yù)應(yīng)力錨索產(chǎn)生的法向阻滑力，穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式簡化如下：

相應(yīng)地，預(yù)應(yīng)力錨索錨固力為

式中：K_s為設(shè)計(jì)安全系數(shù)；A為地震加速度；其余各符號含義同前。

三、錨索錨固力應(yīng)滿足的條件

式中：T_a為錨索容許錨固力，kN；T_u為錨索極限錨固力，kN；S_f為安全系數(shù)；T_W為錨索工作錨固力，kN； T_d為錨索設(shè)計(jì)錨固力，kN。

四、錨索體材料的選擇

錨索材料選用高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為270級，直徑φ=15.24mm，長度為相應(yīng)的錨索設(shè)計(jì)長度加1.5m，極限強(qiáng)度為1860MPa。

采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲作錨索材料時(shí)，其力學(xué)性質(zhì)應(yīng)符合GB/T 5223—2014的規(guī)定。

采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線作錨索材料時(shí)，其力學(xué)性能應(yīng)符合GB/T 5223—2014的相關(guān)規(guī)定。

有關(guān)鋼絞線的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表2-3和表2-4。

五、注漿材料

一般情況下，內(nèi)錨固段應(yīng)優(yōu)先選擇膠結(jié)式，當(dāng)難以采用膠結(jié)式時(shí)也可選用機(jī)械式。膠結(jié)式內(nèi)錨固段的膠結(jié)材料，應(yīng)優(yōu)先選擇水泥砂漿或水泥漿，有特殊要求時(shí)也可選擇樹脂材料。

預(yù)應(yīng)力錨索的注漿材料通常采用水泥漿或水泥砂漿材料，通稱為水泥質(zhì)材料。在一般情況下，水泥質(zhì)黏結(jié)材料所使用的水泥是普通硅酸鹽水泥；對于要求及時(shí)提供錨固力的錨索，可以使用硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥。這種水泥的主要礦物組成是無水硫鋁酸鈣和鋁酸二鈣，通過調(diào)整二水石膏的摻入比例可獲得早強(qiáng)，其性能及化學(xué)成分見表1-13和表2-5。

為了改進(jìn)砂漿性能，在配制時(shí)可摻入適量的NNO型水劑和LiCl，因?yàn)長iCl易溶于水，能促進(jìn)硫鋁酸鹽水泥漿的早期強(qiáng)度，灰砂比為1∶1、水灰比為0.6時(shí)的硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥砂漿的性能見表2-6。

為了獲得更快的凝結(jié)速度，可使用目前生產(chǎn)的D、H、R三種型號的硫鋁酸鹽超早強(qiáng)水泥，其性能見表2-7。

灌漿料常采用的水灰比為0.45～0.50 （純水泥漿），對于水泥砂漿，常采用的灰砂比為1∶1，水灰比為0.45～0.50。

六、錨索體長度設(shè)計(jì)

（一）內(nèi)錨固段長度

錨索在注漿體與地層界面的錨固力受諸多因素的制約，巖石的強(qiáng)度、錨索類型、錨固段形式及施工工藝等對注漿體與地層界面的錨固力都會產(chǎn)生影響，除此之外，還存在許多尚未了解的因素也對此產(chǎn)生影響。這些因素涉及注漿體與地層界面結(jié)合的力學(xué)問題和錨索與地層相互作用問題。所有計(jì)算錨固力的公式都是在一定的假設(shè)條件下得到的，然而這些假設(shè)條件很難和現(xiàn)實(shí)條件相一致。所以，確定錨索錨固力最可靠的方法是在特定的地層條件下進(jìn)行嚴(yán)格的錨索試驗(yàn)。具體錨索體的長度包括內(nèi)錨固段、張拉段及外錨固段3部分，但最關(guān)鍵的是內(nèi)錨固段長度的設(shè)計(jì)。

內(nèi)錨固長度設(shè)計(jì)基本假設(shè)：

（1）錨固段傳遞給巖體的應(yīng)力沿錨固段全長均勻分布。

（2）鉆孔直徑和錨固段注漿體直徑相同、即在注漿時(shí)地層無被壓縮現(xiàn)象。

（3）巖石與注漿體界面產(chǎn)生滑移（硬巖、孔壁光滑）或剪切（軟巖、孔壁粗糙）破壞。

根據(jù)錨固設(shè)計(jì)需要并考慮一定安全余度和由于巖體流變混凝土徐變及鋼材松弛可能引起的預(yù)應(yīng)力損失后確定的每根錨桿應(yīng)施加的張拉荷載稱為設(shè)計(jì)張拉力。設(shè)計(jì)張拉力是進(jìn)行錨索設(shè)計(jì)的前提。

1.《水電工程預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5176—2003）規(guī)定

膠結(jié)式內(nèi)錨固段所提供的錨固力，必須大于預(yù)應(yīng)力錨索的超張拉力，內(nèi)錨固段長度可按式（2-12）確定，對于重要工程內(nèi)錨固段長度還應(yīng)通過現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

式中：L₁為內(nèi)錨固段長度，m；r₀為結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，Ⅰ級錨固工程采用1.1，Ⅱ級錨固工程采用1.0，Ⅲ級錨固工程采用0.9；ψ為設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，持久狀況采用1.0，短暫狀況采用0.95，偶然狀況采用0.85；r_d為結(jié)構(gòu)系數(shù)，仰孔采用1.3，俯孔采用1.0；r_c為黏結(jié)強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)，采用1.2；r_p為單根預(yù)應(yīng)力錨張拉力分項(xiàng)系數(shù)，采用1.15； P_m為單根預(yù)應(yīng)力錨桿超張拉力，kN；D為錨索孔直徑，mm；c為膠結(jié)材料與孔壁的黏結(jié)強(qiáng)度，MPa，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可按表2-8和表2-9選取。

2.《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22:2005）推薦

錨索巖體中錨索內(nèi)錨固段長度的計(jì)算式從式（2-13）及式（2-14）從中取一大值:

式中：K為錨固體抗拔安全系數(shù)，可參照表1-6確定；N_t為錨索軸向拉力設(shè)計(jì)值，kN；L_a為考慮注漿體與圍巖黏結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)錨固段長度，m；L_b為考慮注漿體與鋼絞線黏結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)錨固段長度，m；f_mg為錨固段注漿體與圍巖黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，也可按表1-17或表2-10取值；f_ms為錨固段注漿體與鋼絞線黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，也可按表1-18取值；D為錨固段鉆孔直徑，mm；d為一股鋼絞線的直徑，mm；ξ為采用2股或2股以上鋼絞線時(shí)的界面黏結(jié)強(qiáng)度折減系數(shù)，一般取0.6～0.85；n為鋼絞線的股數(shù)；ψ為錨固長度對黏結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，見表2-11。

3.工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方法

工程實(shí)踐表明，錨索的破壞主要是在注漿體與錨固體的黏結(jié)強(qiáng)度不夠，因此，內(nèi)錨固段長度的確定也可按式（2-15）簡單計(jì)算:

式中:T_w為錨索工作錨固力，kN； D為鉆孔直徑，m； L為錨固段長度，m；S_f為安全系數(shù)，見表2-2；τ_s為孔壁與注漿體之間的極限黏結(jié)強(qiáng)度，kPa。

由于巖體強(qiáng)度、所使用錨索的類型和施工方法都控制著黏結(jié)強(qiáng)度的發(fā)揮，而巖體的類型千差萬別，所以現(xiàn)有資料所提供的數(shù)據(jù)和實(shí)際的黏結(jié)強(qiáng)度可能有較大的出入。在一般情況下，巖體與注漿體之間黏結(jié)強(qiáng)度應(yīng)在進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定。在無試驗(yàn)條件的情況下，工程實(shí)踐總結(jié)出了一些極限黏結(jié)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)值，見表2-12，可作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考。

英國小約翰根據(jù)某些代表性巖體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，提出了巖體—錨固體黏結(jié)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值（表2-13）。表中數(shù)值假定拉錨荷載傳到孔周圍的應(yīng)力為均勻分布。在缺乏巖體剪切試驗(yàn)資料時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度c可取巖芯獲得率為100%時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度R_c的1/10。

根據(jù)我國巖體分布特征，國內(nèi)工程地質(zhì)手冊中，提出了巖體—錨固體黏結(jié)強(qiáng)度的建議設(shè)計(jì)值（表2-14）。

我國也有人根據(jù)鉆探過程中的巖芯獲得率RQD確定巖體與錨固體間黏結(jié)強(qiáng)度，其基本依據(jù)為巖體的完整程度。長江科學(xué)院韓軍等根據(jù)國內(nèi)三峽、葛洲壩和隔河巖3個(gè)大型水利工程現(xiàn)場基巖與混凝土界面的黏結(jié)強(qiáng)度實(shí)測值，提出了按巖石強(qiáng)度等級確定的錨固體與巖體間黏結(jié)強(qiáng)度建議值（表2-15）。

4.根據(jù)錨索體與注漿體界面的實(shí)際錨固力分布計(jì)算內(nèi)錨固段長度

目前國內(nèi)外對錨索體與注漿體之間剪應(yīng)力的分布與傳遞機(jī)理的研究，尚不成熟，很多資料所提供的數(shù)據(jù)都是在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土研究中得到的，所以對于這一問題，仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作。

在巖體中的錨索，錨固力主要受注漿體與錨索體界面的剪應(yīng)力的控制和影響，在該界面上剪應(yīng)力包括以下3個(gè)因素。

（1）黏著力：錨索體表面與注漿體之間的物理黏著力，當(dāng)該界面上由于剪力作用而產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，黏著力就成為發(fā)生作用的基本抗力；當(dāng)錨索錨固段產(chǎn)生位移時(shí)，這種力就會消失。

（2）機(jī)械嵌固力：由于錨索體材料表面的肋節(jié)、螺紋和溝槽等的存在，注漿體與錨索之間形成機(jī)械聯(lián)鎖，這種力與黏著力一起發(fā)生作用。

（3）表面摩擦力：棗核狀錨固段在受力時(shí)，注漿體有一部分被錨索夾緊，表面摩擦力的產(chǎn)生與夾緊力以及材料表面粗糙度相關(guān)。

目前在許多資料中給出的錨索體與注漿體界面的剪應(yīng)力值，通常是指以上這3個(gè)力的合力。

對于拉力型錨索，其表面剪應(yīng)力沿錨固段長度上的分布呈指數(shù)關(guān)系，Phillips（1970）將其表述為式（2-16）：

式中:τ_x為距錨固段近端x處剪應(yīng)力；τ₀為錨固段近端的剪應(yīng)力； d為錨索直徑；A_x為錨索中結(jié)合應(yīng)力與主應(yīng)力相關(guān)的常數(shù)。

沿錨固段長度L積分，可得到極限錨固力的理論表達(dá)式

但該公式在實(shí)際使用中有所不便，一般來說，隨著施加應(yīng)力的增加，剪應(yīng)力的最大值τ₀將以漸近方式向錨固段遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移并改變剪應(yīng)力的分布。在設(shè)計(jì)中，確定錨索體在注漿體中錨固長度的計(jì)算公式（2-18）是根據(jù)剪應(yīng)力均勻分布的假定而得到的。

式中：n為鋼絞線根數(shù)；d為鋼絞線直徑，m；L為錨固段長度，m；τ_u為極限剪應(yīng)力，kPa；S_f為安全系數(shù)；T_w為工作錨固力。

極限剪應(yīng)力的大小與錨索體材料表面粗糙度和注漿體強(qiáng)度有關(guān)，建議注漿體抗壓強(qiáng)度不小于30MPa，但過高的強(qiáng)度對剪應(yīng)力的增加并無明顯作用。對于任何情況，剪應(yīng)力不應(yīng)大于注漿抗壓強(qiáng)度的1/10，且不大于4MPa。對于不同的界面，剪應(yīng)力的取值可按以下不同情況選取：

（1）對于干凈的光面鋼筋或鋼絲τ_u≤1.0MPa；

（2）刻痕鋼絲τ_u≤1.5MPa；

（3）鋼絞線τ_u≤2.0MPa；

（4）有棗核狀的鋼絞線τ_u≤3.0MPa；

（5）波紋套管τ_u≤3.0MPa。

錨索體與砂漿間的黏結(jié)強(qiáng)度按表2-16取值。

【例題2-1】 使用預(yù)應(yīng)力錨索加固巖石邊坡，內(nèi)錨固段采用棗核狀結(jié)構(gòu)，已知單根錨索的工作錨固力T_w=1500kN，注漿體抗壓強(qiáng)度為30MPa，經(jīng)計(jì)算決定使用9根7φ5鋼絞線（公稱直徑為15mm），試計(jì)算錨固長度。

解：

（1）根據(jù)邊坡的加固目的，取S_f=2.5；

（2）取巖體與注漿體的黏結(jié)強(qiáng)度τ=2.5MPa=2500kN/m²；

（3）由式（2-10）計(jì)算其錨固長度：

由計(jì)算可知，該錨索的錨固段長度為3.5m。

簡要說明：錨固段最佳長度與黏結(jié)力的分布范圍、地層類型以及錨索預(yù)應(yīng)力的大小有關(guān)。目前對于這一問題的研究尚在繼續(xù)，有限的研究成果可以作為參考。對于巖體中的錨索，在某些條件下，即使采用較大的安全系數(shù)，遠(yuǎn)小于3m的錨固段長度也已足夠，例如現(xiàn)場試驗(yàn)表明，對于鋼絞線，每厘米錨固長度可承載約10kN的抗拔力。但對于應(yīng)力較大的錨索，若是錨固長度過短，錨固段巖體質(zhì)量的突然下降或施工質(zhì)量的原因可能會嚴(yán)重降低錨索的錨固力。建議錨固段的實(shí)際長度不宜小于2m，對于錨固力較大的錨索，錨固段的實(shí)際長度不宜小于3m。

（二）錨固段在穩(wěn)定地層中的長度計(jì)算

錨索能否成功地錨固于地層之中，能否達(dá)到預(yù)計(jì)的錨固力，除了取決于錨索體材料強(qiáng)度、注漿體與地層界面的黏結(jié)力和注漿體與錨索體界面的握固力外，也取決于地層抵抗錨索被拉出的抗力，特別是承受錨索錨固段壓力的那部分地層和不受這部分壓力的那部分地層之間的抗剪強(qiáng)度。這種抗力只有在大于或等于錨索的錨固力時(shí)才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，否則將出現(xiàn)地層的破壞。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對地層的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，采用錨固深度的概念來評價(jià)穩(wěn)定性，所謂的錨固深度，是指穩(wěn)定地層表面到錨固段中點(diǎn)的地層厚度。

1.錨固段在巖體中的錨固深度

（1）對于良好的均質(zhì)巖體，單根錨索的錨固深度可按式（2-19）進(jìn)行計(jì)算；錨索群的錨固深度可按式（2-20）進(jìn)行計(jì)算：

（2）對于不規(guī)則的斷裂巖體，單根錨索的錨固深度可按式（2-21）進(jìn)行計(jì)算；錨索群的錨固深度可按式（2-22）進(jìn)行計(jì)算：

（3）對于侵入性的不規(guī)則斷裂巖體，單根錨索的錨固深度可按式（2-23）進(jìn)行計(jì)算；錨索群的錨固深度可按式（2-24）進(jìn)行計(jì)算:

式中:τ為巖體的抗剪強(qiáng)度，kPa；S_f為錨索抗破壞安全系數(shù)，見表2-2；a為錨索間距，m；φ′為巖體有效內(nèi)摩擦角，（°）；T_w為錨索工作錨固力，kN；γ為巖石容重，kN/m³；γ_w為水的容重，kN/m³。

2.錨固段在非黏性土中的錨固深度

對于松散干燥的非黏性土，其錨固深度應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

（1）當(dāng)錨索軸向間距a≥時(shí)，其錨固深度按式（2-25）進(jìn)行計(jì)算：

（2）當(dāng)錨索軸向間距a＜時(shí)，其錨固深度按式（2-26）進(jìn)行計(jì)算：

式中:h為錨固深度，m；a為錨索間距，m；T_w為錨索工作錨固力，kN；σ_v為土體作用在錨固段上的徑向壓力，kPa；S_f為錨索抗破壞安全系數(shù)，見表2-2；φ為內(nèi)摩擦角，（°）；B′為系數(shù)，按式（2-27）計(jì)算確定。

對于飽和的非黏性土，其錨固深度應(yīng)按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

（1）對于垂直錨索，其錨固深度應(yīng)按式（2-28）進(jìn)行計(jì)算:

（2）對于水平錨索，其錨固深度應(yīng)按式（2-30）進(jìn)行計(jì)算:

（3）對于傾斜錨索，其錨固深度應(yīng)按式（2-31）進(jìn)行計(jì)算:

式中:h_v、h_z、h_s分別為垂直、水平、傾斜錨索的錨固深度，m；S_f為抗破壞安全系數(shù)，見表2-2；T_w為錨索錨固力，kN；d為錨固段鉆孔直徑，m；γ為土體容重，kN/m³；k₀為系數(shù)；ν為土壤的泊松比；φ為錨索與水平向的夾角，（°）；φ為土體內(nèi)摩擦角，（°）。

3.錨固段在黏性土中的錨固深度

（1）對于單根錨索或a≤Ltanφ的群錨，其錨固深度按式（2-32）進(jìn)行計(jì)算:

（2）對于a≤Ltanφ的錨索群，其錨固深度按式（2-33）進(jìn)行計(jì)算:

式中:L為錨索錨固段長度，m；h為錨固深度，m；S_f為抗破壞安全系數(shù)，見表2-2； T_w為錨索錨固力，kN；σ_v為錨固段上土體側(cè)面的應(yīng)力，kPa；a為錨索間距，m；φ為內(nèi)摩擦角，（°）；c為地層的黏結(jié)強(qiáng)度，kPa。

（三）外錨固段長度

外錨固段長度主要包括外錨墩的厚度。一般為0.5m。

（四）自由張拉段長度

根據(jù)穩(wěn)定分析或有限元數(shù)值模擬結(jié)果，確定自由張拉段長度。

七、錨索體截面設(shè)計(jì)

錨索體截面積按式（2-34）計(jì)算:

式中：A為錨索體截面積，m²；S_f為安全系數(shù)；T_d為錨索設(shè)計(jì)錨固力，kN；f_ptk為錨索體材料破斷強(qiáng)度，kPa。

【例題2-2】 使用按美國標(biāo)準(zhǔn)（ASTMa 416-96）生產(chǎn)的7φ5鋼絞線制作預(yù)應(yīng)力錨索，已知鋼絞線強(qiáng)度級別為270kPa，錨索的設(shè)計(jì)錨固力為T_d=2500kN，試計(jì)算每根錨索所需鋼絞線的數(shù)量。

解：

（1）查表2-3得鋼絞線的公稱抗拉強(qiáng)度f_ptk=1860MPa、截面積A=140mm。

（2）查表2-2，取安全系數(shù)S_f=1.6。

（3）按式（2-26）計(jì)算錨索體材料的總截面積為

（4）計(jì)算鋼絞線根數(shù)n：

由計(jì)算可知，該錨索可使用15～16根鋼絞線。

八、錨索外錨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.外錨頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

預(yù)應(yīng)力錨索的外錨頭，應(yīng)由專門廠家采用金屬材料制造。制造錨頭的材料應(yīng)符合規(guī)定。特殊情況下通過現(xiàn)場試驗(yàn)論證后可采用其他型式的外錨頭，外錨頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定。

（1）外錨頭及其各部件的承載能力必須同單根錨索的最大張拉力相匹配，其材料性能應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（2）外錨頭的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)有利于孔口設(shè)備的布置與安裝，有利于錨索的張拉，有利于錨索的鎖定和多余鋼絞線的切除。

（3）當(dāng)錨索張拉時(shí)，采用的錨夾具應(yīng)保證錨索受力均勻，夾片的硬度適中，不損傷鋼絲或鋼絞線。鎖定時(shí)，鋼絲或鋼絞線的回縮量不宜大于5mm。

（4）孔口混凝土墊墩應(yīng)保證傳力均勻，墊墩尺寸應(yīng)根據(jù)單根錨索的最大張拉力、墊墩材料性質(zhì)、錨索孔口周圍的地質(zhì)情況及其力學(xué)性質(zhì)，通過計(jì)算確定。墊墩混凝土的強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30。

（5）墊墩頂面應(yīng)設(shè)置鋼墊板，其平面尺寸可略小于墊墩上平面尺寸，厚度不宜小于2mm。鋼墊板和墊墩的承力面應(yīng)垂直于錨索孔的軸線，其角度偏差不宜大于±2°。

2.常用的錨具形式

錨具可采用OVM 錨固體系（包括配套的錨墊板、錨板、夾片和螺旋筋），主要技術(shù)參數(shù)為:錨固效率系數(shù)（即受預(yù)應(yīng)力鋼材根數(shù)影響等，考慮預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力不均勻的系數(shù)）η_A ≥0.195；破斷總應(yīng)變ε_u≥012%；內(nèi)縮量λ≤5mm；錨口摩阻損失系數(shù)為0.025。張拉千斤頂可選用YDC240Q 型千斤頂進(jìn)行預(yù)緊和補(bǔ)償張拉。另外，常用的鋼絞線錨固的錨具還有JM系列、XM系列、XYM系列和QM系列等。

九、錨索體防護(hù)設(shè)計(jì)

《水電工程預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5176—2003）規(guī)定，預(yù)應(yīng)力錨固工程中的錨索體，可按表2-17中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防腐防銹處理。對于防腐保護(hù)要求見表2-17。

錨索體防腐防銹處理時(shí)所使用的材料及其附加劑中不得含有硝酸鹽、亞硫酸鹽、硫氰酸，鹽氯離子含量不得超過水泥重量的0.02%。具體可參照《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》（CECS 22:2005）（表2-18）。

預(yù)應(yīng)力錨索采用水泥砂漿或水泥漿作為封孔灌漿或膠結(jié)材料時(shí)，膠結(jié)材料摻入的減水劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑中對鋼材有腐蝕作用的物質(zhì)含量應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索內(nèi)錨固段所使用的膠結(jié)材料，應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)規(guī)定。對于張拉段也必須采用水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行全孔封閉、灌漿防護(hù)的永久性預(yù)應(yīng)力錨索封孔灌漿后，對于外錨頭應(yīng)采用水泥砂漿包裹封閉，對于觀測的預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)設(shè)置密封的保護(hù)罩。錨索防護(hù)構(gòu)造如圖2-34和圖2-35所示。

十、錨索張拉設(shè)計(jì)

對于巖體錨固工程，錨索中的各股鋼絲或鋼絞線的平均應(yīng)力，施加設(shè)計(jì)張拉力時(shí)，不宜大于鋼材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的60%；施加超張拉力時(shí)不宜大于鋼材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的70%。

對于水工建筑物的錨固工程，錨索中各股鋼絲或鋼絞線的平均應(yīng)力，施加設(shè)計(jì)張拉力時(shí)不宜大于鋼材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的65%；施加超張拉力時(shí)，不宜大于鋼材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。

超張拉力的數(shù)值應(yīng)根據(jù)錨夾具的性能和造孔質(zhì)量確定，一般情況下，超張拉力不宜超過設(shè)計(jì)張拉力的15%。

當(dāng)被錨固后的巖體可能繼續(xù)變形時(shí)，除應(yīng)按巖體穩(wěn)定需要確定設(shè)計(jì)張拉力外，還應(yīng)按巖體可能繼續(xù)變形值的大小確定錨索的實(shí)際安裝荷載。

預(yù)應(yīng)力錨索張拉程序設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定。

（1）對由多股鋼絲或鋼絞線組成的預(yù)應(yīng)力錨索，在正式張拉前，應(yīng)按20%的設(shè)計(jì)張拉力，對各股鋼絲或鋼絞線進(jìn)行預(yù)張拉。

（2）錨索的張拉力，應(yīng)分級施加、逐級增加至超張拉荷載。

（3）每級張拉荷載，應(yīng)持荷5min，錨索鎖定后，當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉應(yīng)在鎖定值基礎(chǔ)上一次張拉至超張拉荷載，最多進(jìn)行兩次。

（4）對于布置多根預(yù)應(yīng)力錨索工程，應(yīng)優(yōu)化張拉程序設(shè)計(jì)，當(dāng)鄰近錨索產(chǎn)生應(yīng)力松弛的幅度超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

張拉設(shè)備的選擇應(yīng)滿足下列要求。

（1）張拉設(shè)備的出力應(yīng)滿足超張拉的要求，其最大出力宜為設(shè)計(jì)張拉力的150%。

（2）張拉設(shè)備的行程，宜大于錨索的彈性伸長與接觸變形之和。

（3）張拉設(shè)備應(yīng)按計(jì)量法規(guī)定進(jìn)行標(biāo)定。

壓力分散型錨索的不同承載體上鋼絞線長度不等，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，錨索預(yù)應(yīng)力施力應(yīng)對每一根錨索的承載體按由內(nèi)向外的順序，對同一承載體上的鋼絞線采用多級單根張拉、YDC240Q小千斤頂對稱張拉的方式進(jìn)行（圖2-36）。同一承載體上的鋼絞線其張拉程序?yàn)?將各承載體上的鋼絞線按由內(nèi)向外的順序依次對稱進(jìn)行張拉到位。錨索的張拉力分級施加，逐級增加至設(shè)計(jì)荷載。當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失超過設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉在鎖定值的基礎(chǔ)上一次張拉至超張拉荷載，超張拉力不超過設(shè)計(jì)張拉力的115%。

張拉步驟如下。

（1）拉拔準(zhǔn)備:剝除工作段PE 管，洗凈鋼絞線，按圖組裝好機(jī)具。

（2）先將大千斤頂空打出一定長度的活塞行程，以使每一循環(huán)結(jié)束后好退錨，同時(shí)鎖死與大千斤頂配套的高壓油泵。

（3）將相應(yīng)的墊環(huán)、工作錨具安放好在大千斤頂上（圖2-37）。

（4）用YDC240Q 小千斤頂按承載體由孔底至孔口方向的順序?qū)⒚扛g線預(yù)緊至設(shè)計(jì)的力鎖定（圖2-38）。

（5）用大千斤頂整體拉至設(shè)計(jì)的力，測量初值記錄。

（6）用YDC240Q 小千斤頂將長于基準(zhǔn)絞線（以離孔口最近的承載體上的絞線為基準(zhǔn)） 的鋼絞線進(jìn)行該循環(huán)的下一級加荷補(bǔ)償，補(bǔ)償完一個(gè)承載體上的絞線后再補(bǔ)償下一個(gè)承載體的絞線，順序仍按由內(nèi)至外進(jìn)行，直至補(bǔ)償完畢，每一根絞線補(bǔ)償完后鎖定。

（7）用大千斤頂整體張拉至該級次的荷載，按規(guī)定進(jìn)行加壓觀測、記錄，重復(fù)工作直至加荷至該循環(huán)的最大檢驗(yàn)荷載。

（8）逐級加荷、卸荷、觀測、記錄。

（9）每一循環(huán)拉拔完后須卸掉補(bǔ)償?shù)牧Γ侔匆陨喜襟E（2）～（7）的工作進(jìn)行下一循環(huán)的加荷檢驗(yàn)，如此進(jìn)行直至拉拔結(jié)束。

十一、錨固段的相互作用

眾所周知，錨索群的平均力學(xué)特征與單根錨索的特征是完全不同的，當(dāng)錨索的間距很小時(shí)，它們之間要發(fā)生相互影響，相互影響的程度受以下因素的控制。

（1）距離：隨著相互距離的增加，其相互影響逐漸變小。

（2）地層硬度：地層的硬度越大，其相互影響越大。

（3）地層構(gòu)造：地層中裂隙和缺陷的存在將減小其相互影響。

由于錨索群中各錨索所承受的荷載并不是按設(shè)計(jì)的那樣均衡分布，所以，錨索群的總體承載效率總是低于單根錨索的承載效率。根據(jù)這一認(rèn)識，國外許多規(guī)范中均對錨索的相互作用采取了相應(yīng)的處理方法。例如在德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN4125中，計(jì)算錨索的錨固力時(shí)，采取一個(gè)折減系數(shù)來考慮錨索群的相互影響，把單根錨索的承載力乘以一個(gè)折減系數(shù)后作為在錨索群中的承載力。但是尚存在許多值得研究的問題，例如錨索群在地層中應(yīng)力如何分布，出現(xiàn)群體破壞時(shí)錨索布置的密度應(yīng)多大，注漿壓力對形成錨索相互作用有何影響，已有研究結(jié)果表明，在相鄰4倍鉆孔直徑的范圍內(nèi)仍有應(yīng)力的變化，錨固段的間距應(yīng)大于4倍錨索孔的直徑。所以，錨索的相互影響仍然是今后需要進(jìn)一步分析研究的課題。