盘式锚杆加固技术计算方法

摘要

盘式锚杆加固技术计算方法属于岩土工程研究领域，本发明是同一锚杆上有多个局部盘的变截面式锚杆。整个体系由多个盘与杆体共同组成盘式锚杆系统，即沿锚杆长度方向每间隔一定距离增加一个锚盘，从而改变传统锚杆荷载的传递方式以及锚杆的受力机制，锚盘直径为钻孔直径的5～7.5倍，从而提高单根锚杆的承载力。根据各个盘及杆体对岩体的作用特点、承载特性，给出了盘式锚杆加固下岩体破坏模式、以及锚盘间距大小的计算方法；给出盘式锚杆抗拔力的计算方法；本发明技术可以有效提高锚杆的抗拔力。

说明书

一、技术领域

本发明是沿锚杆长度方向每隔一定间隔增加一个盘的方法来改变传统锚杆荷载的传递方式以及锚杆的受力机制，锚盘直径为钻孔直径的5～7.5倍，从而提高单根锚杆的承载力。主要应用在隧道或矿山巷道、地铁、边坡、基坑支护、水利水电加固及地下抗浮工程等领域的工程加固。

二、技术背景

从国内外应用情况来看，目前锚杆的锚固作用所需的锚固力主要是依靠锚固段提供的侧摩阻力来承担；锚杆的形式有多种，但从作用原理上看，主要是采取各种措施来增大侧摩阻力，从而提高抗拔力。除此之外还有在端部设计扩大头的方法来提高锚固力，最终目的是增大抗拔力。为此研究和探索增大抗拔力的技术方法或改变传统锚固段锚杆与周围土体的作用机制，提高锚固段的抗拔力，从而满足工程所需的锚固力，盘式锚杆正是在这一背景下研制的新型锚杆。

三、发明的内容

为了提高锚杆的抗拔力与锚杆的锚固效果，盘式锚杆是在锚杆长度方向每隔一定间距增加一个锚盘的方法改变传统锚杆荷载的传递方式以及锚杆的受力机制，从而提高单根锚杆的承载力。其主要作用特点是沿锚杆轴线方向设计数个扩径体，即多个扩径体的锚固力与传统锚固力的作用机制不同，表现为未扩径段与扩径段接合处产生一个“盘”，该盘提供承载力与传统的承载方式有本质性区别，从而提高锚杆的锚固力。

其作用原理与高压灌浆技术提高锚固力的原理不同；该技术方法是用液压挤扩或挤扩与切削相结合的原理，沿钻孔轴径方向设计数个扩大盘，即沿钻孔长度方向非等直径，然后再通过灌注混凝土，在局部形成扩大体即形成所谓的锚盘，从而达到提高锚固力的目的。

四、附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1单盘锚杆的破坏简化模型

图2多盘锚杆破坏模式

五、具体实施方式

1)锚盘间距的计算

当设计两个以上的锚盘时，合理的盘间距是盘式锚杆设计的一个重要指标，因为盘间距太近，盘与盘之间的土体或岩体就会被剪坏，盘没有起到应有的效果；如果盘间距太大，土体没有充分发挥作用；因此，盘间距需要保持最佳距离，多盘锚杆的抗拔力大于普通型锚杆的抗拔力，其最小盘间距按公式(1)计算：

$L_{\min }=\frac{(D^2-d^2)f_k}{8{\mathrm{Dq}}_{\mathrm{sk}}}---\left(1\right)$

式中：d——锚杆直径(m)；

D——锚盘直径(m)；

f_k——盘与盘之间土体承载力标准值(kPa)；

q_sk——盘与盘之间土体侧摩阻力标准值(kPa)。

2)盘式锚杆抗拔力计算

盘式锚杆极限抗拔力为倒圆台侧摩阻力按公式(2)计算：

式中：d——锚杆直径(m)；

D——锚盘直径(m)；

f_k——盘与盘之间土体承载力标准值(kPa)；

q_sk——盘与盘之间土体侧摩阻力标准值(kPa)；

n——锚盘的数量；

L_i——为第i层土体厚度(m)。

ξ——修正系数，变化范围在0～1之间。