第四节 锚杆设计基本内容

如前所述，岩石锚杆主要应用于边坡开挖面块体、抗风化防护、开挖松动区的系统加固、地下洞室围岩塑性松动圈、由结构面切割形成的块体的加固。另外也应用于滑动块体的加固。因此，在进行锚杆设计前，需要了解被加固岩体的结构特性与加固目的，以便准确计算锚杆提供的抗力大小、锚杆的深度及锚杆数量等技术参数。对于中小型工程，一般采用工程类比或经验的方法设计，但对于水利水电工程中的重要工程，在进行锚杆设计时需要运用刚体极限平衡理论、数值模拟乃至物理模型进行分析，提出锚杆设计方案。锚杆设计的基本内容如下。

（1）确定锚固范围和锚固深度：锚固范围是指被加固地质体的表面范围，对于一个开挖边坡是指边坡的整个开挖面，对于地下洞室是指开挖的顶拱与边墙、端墙等。锚杆的长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具体确定。对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条件确定。

（2）选择锚固方式：根据加固目的确定锚固方式，如为了加固地下工程顶拱位置的不稳定块体，一般采用树脂药卷锚杆；而对于加固地下工程边墙或端墙位置的可能滑动块体时，则通常采用预应力砂浆锚杆；对于加固因开挖使开挖面内的岩体发生卸荷回弹而形成的松动区时，通常采用全长黏结式砂浆锚杆。

（3）计算锚固力大小：锚固力是指为满足地质体的稳定性，在一定的安全储备条件下，需要锚杆提供的抗力。锚固力的大小应按照地质分析或力学计算结果确定。有了整体锚固力后，就可以根据被加固地质体的范围，确定锚杆的数量及每一根锚杆需要提供的锚固力。单根预应力锚杆的设计张拉力，应根据总锚固力的大小、锚固介质和胶结材料的力学指标、预应力锚杆材料力学特性及锚具的类型、张拉设备出力和施工场地条件等确定。

（4）确定预应力锚杆数量选择布置方式：锚杆的数量等于锚固总量除以每一根锚杆的设计锚固力。在实际工程设计中，也可以根据锚固范围与锚杆的标准间距（如系统锚杆常采用的3m×3m、1.5m×1.5m、2m×2m等）确定锚杆的数量，在确定锚杆间距时，还应考虑被加固地质体的强度特性，以保证锚固力的损失在工程允许范围内。

岩石预应力锚杆应根据锚杆的数量、工艺等，可采用正方形、矩形、梅花形或菱形布置，为了使锚杆锚固力均匀作用于岩体表面，应采用相邻两行的锚杆错开布置。

（5）确定锚杆结构型式及各项参数：一旦确定了锚杆的数量、单根锚杆的设计锚固力或设计张拉力后，就可以进行锚杆孔孔径、锚杆杆体直径、锚固段长度等参数的确定。

（6）编制施工技术要求和特殊情况的技术处理措施：设计的锚杆由于受施工场地条件的限制，可能在实际施工中会有一些变化，如锚杆的数量，此时，应通过编制施工技术要求及特殊情况的工程处理建议，保证被加固地质体的安全运行。

（7）锚固效果监测及锚固后的工程安全评价：对于重要工程或重点工程，应采用锚固试验结果修改与完善锚固设计，在施工期间，还应进行变形监测设计，在施工结束后，对锚杆需要进行安全监测，以检查锚杆的工作性态与运行效果。并进行锚固后工程安全性评价，提出安全监测方案，有关锚杆监测的技术与方法将在相关章节中介绍。