分析岩土锚杆标准中关于锚杆设计的安全性问题

分析岩土锚杆标准中关于锚杆设计的安全性问题

摘要：大量工程安全事故调查资料显示，我国工程建设普遍存在施工环境恶劣、施工安全与施工质量得不到保证等问题，其中工程建设的不良现状主要由锚固施工环节控制不到位所致。锚杆是锚固工程的关键性构件，而锚杆设计的安全性对锚固工程的施工效果具有直接性的影响。由此可见，加强对锚杆设计安全性问题的研究具有现实意义。本文以岩土锚杆设计的安全性为研究对象，基于岩土锚杆设计、锚固结构安全、锚固工程三者之间的相互关联性，从锚杆设计的安全系数、锚杆设计的试验与验收标准、问题锚杆的处理三个方面展开讨论，以期完善锚杆设计的标准性及锚杆设计的安全性。

关键字：岩石锚杆设计 ； 安全系数 ；试验与验收技术； 问题锚杆

Abstract:a large number of engineeringsafety accident investigationdata shows,our country engineering constructioncommonconstructionconditions,construction safety andquality can not be guaranteedand other issues,thebad situation ofengineering constructionmainly byanchoring constructionprocess controlis not in placedue to.Boltis a keycomponentof anchoring engineering,andconstructionsafety of theanchor designofanchorage engineeringhas direct.Therefore,strengthening the research onproblem of designingsafetyboltis of practical significance.In this paper,the safetyof geotechnicalanchor designas the research object,based on geotechnicalanchor design,anchorage,anchorage engineeringsafetythreerelationship,from three aspects ofprocessinganchor testdesign safety factor,theanchorbolt designand acceptance standard,discussion,in order to improvesafetystandardsand thedesign ofanchorboltdesign.

Keywords:the design of rockanchor;safety coefficient;testand acceptanceof anchor rod;

目前锚固技术已被广泛应用到各大岩土工程领域，大量实践也证实了其无可取代的优越性，例如简化结构体系、提高结构稳定度、确保施工安全、加快施工进度、节约工程材料、降低工程造价等。所谓岩石锚固，它是一种通过把结构埋入地层并锚固到岩土上来获取所需应力，进而实现拉力与剪力传递的施工技术。岩石锚固技术目前已被用来抵抗竖向位移、抵抗沿基础线位移及倾倒、抵抗沿地层临界面剪切破坏及维持岩体稳定、加固地基等领域。与国外岩土锚杆设计的研究相比较，我国业内学者的研究主要考虑如下方面：钢筋等材料自身对截面积的拉力；锚固段砂浆对钢拉杆握固力的极限拉力；锚固段底层对砂浆摩擦力的极限拉力。总体而言，我国学者对岩土锚杆设计的理论研究尚不能完全实现确保施工安全、缩短施工工期、节约工程材料、降低工程造价等。基于此研究背景，本文

根据我国岩土锚固技术标准的基本要求，主要对岩土锚杆标准中锚杆设计的安全性进行讨论，以期提高我国锚固工程的施工安全与施工质量。

一、锚杆设计的安全系数

锚杆设计的安全系数通常包括锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数、锚杆固体设计的抗拔安全系数，其中锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数=锚杆杆体极限拉力：锚杆拉力设计值；锚杆固体设计的抗拔安全系数=锚杆极限抗拔力：锚杆拉力设计值。岩土锚杆设计的安全系数通常需对锚杆结构设计的风险程度与不确定性因素进行综合考虑，其中包括锚固岩土体或地层的性态、杆体材料与灌浆的不稳定性、筋体中所有钢筋或钢绞线受力的不均匀性、锚杆群中部分锚杆承载力失效或下降对周边锚杆工作荷载的影响程度、周边环境或地下水的变化、锚杆抵御轻微腐蚀的能力等。

备注：临时锚杆的工作年限＜2a、永久锚杆的工作年限＞2a；最小安全系数要求当锚杆破坏引发公共安全事故时取最大值、若未引发公共安全事故时取中值、其余情况取最小值，其中前两种情况的危害程度均较后者严重。

表1-1锚杆锚固体抗拔安全系数与锚杆杆体抗拉安全系数

（一）众所周知，锚杆设计的安全系数直接关乎到岩土锚固工程的可靠性，基于此理论基础，世界各国纷纷出台锚杆规范来对锚杆设计的安全系数进行规定。表1-1为世界主要国家对锚杆锚固体抗拔安全系数与锚杆杆体抗拉安全系数的规定。由表1-1可知，世界主要国家的锚杆规范皆要求重点参考锚杆破坏后的危害程度与锚杆安全系数来对锚杆设计的安全系数取值，其中各主要国家对锚杆设计安全系数的取值基本一致。此外，表1-1中提及的最小安全系数通常是用来满足锚杆对安全工作状态的基本要求。但目前多数锚杆设计皆为严格遵循上述基本要求，具体包括如下两种情况：

1.锚杆杆体或锚杆杆筋设计的安全系数偏小

针对锚杆杆体或锚杆杆筋安全系数偏小的问题，本文以国内某永久性大型边坡锚固工程为例展开讨论。该锚固工程锚杆设计的具体情况包括：工程所用的钢绞线为12根Φ15.2mm 1860MPa级钢绞线；锚杆拉力值为2000kN。通过计算可知，该工程锚杆设计的安全系数仅为1.55，该数值较国标规定的1.80小0.25。为了更加深入探讨锚杆杆体或锚杆杆筋安全系数偏小的问题，本文再简要介绍另一工程案例。某24m深基坑工程设计的支护结构为3道锚杆背拉排桩支护，其中锚杆杆体的钢绞线为Φ152mm 1860MPa级钢绞线，通过计算可知该工程杆体

的抗拉安全系数为1.00左右。

2.未明确岩土锚杆设计的安全系数及未搞清楚锚杆锚固体抗拔安全系数的真实含义，亦或采用了明确的锚杆设计安全系数，但未对其采用极限抗拔力试验（标准的锚杆基本试验）与验收试验来进行验证。

（二）研究证实，前文所提及的两种情况势必会影响到锚杆工作的安全性。基于此论断，本文以锚杆杆体抗拉安全系数偏小为研究对象展开讨论。

1.锚杆杆体抗拉安全系数偏小可使钢绞线的受力分布不均匀（此时各钢绞线拉应力之间的差距约15%）及钢绞线的截面积因外力腐蚀作用而呈减小趋势，此时极易引起锚杆局部钢绞线出现断裂现象。

分析岩土锚杆标准中关于锚杆设计的安全性问题

摘要：大量工程安全事故调查资料显示，我国工程建设普遍存在施工环境恶劣、施工安全与施工质量得不到保证等问题，其中工程建设的不良现状主要由锚固施工环节控制不到位所致。锚杆是锚固工程的关键性构件，而锚杆设计的安全性对锚固工程的施工效果具有直接性的影响。由此可见，加强对锚杆设计安全性问题的研究具有现实意义。本文以岩土锚杆设计的安全性为研究对象，基于岩土锚杆设计、锚固结构安全、锚固工程三者之间的相互关联性，从锚杆设计的安全系数、锚杆设计的试验与验收标准、问题锚杆的处理三个方面展开讨论，以期完善锚杆设计的标准性及锚杆设计的安全性。

关键字：岩石锚杆设计 ； 安全系数 ；试验与验收技术； 问题锚杆

Abstract:a large number of engineeringsafety accident investigationdata shows,our country engineering constructioncommonconstructionconditions,construction safety andquality can not be guaranteedand other issues,thebad situation ofengineering constructionmainly byanchoring constructionprocess controlis not in placedue to.Boltis a keycomponentof anchoring engineering,andconstructionsafety of theanchor designofanchorage engineeringhas direct.Therefore,strengthening the research onproblem of designingsafetyboltis of practical significance.In this paper,the safetyof geotechnicalanchor designas the research object,based on geotechnicalanchor design,anchorage,anchorage engineeringsafetythreerelationship,from three aspects ofprocessinganchor testdesign safety factor,theanchorbolt designand acceptance standard,discussion,in order to improvesafetystandardsand thedesign ofanchorboltdesign.

Keywords:the design of rockanchor;safety coefficient;testand acceptanceof anchor rod;

目前锚固技术已被广泛应用到各大岩土工程领域，大量实践也证实了其无可取代的优越性，例如简化结构体系、提高结构稳定度、确保施工安全、加快施工进度、节约工程材料、降低工程造价等。所谓岩石锚固，它是一种通过把结构埋入地层并锚固到岩土上来获取所需应力，进而实现拉力与剪力传递的施工技术。岩石锚固技术目前已被用来抵抗竖向位移、抵抗沿基础线位移及倾倒、抵抗沿地层临界面剪切破坏及维持岩体稳定、加固地基等领域。与国外岩土锚杆设计的研究相比较，我国业内学者的研究主要考虑如下方面：钢筋等材料自身对截面积的拉力；锚固段砂浆对钢拉杆握固力的极限拉力；锚固段底层对砂浆摩擦力的极限拉力。总体而言，我国学者对岩土锚杆设计的理论研究尚不能完全实现确保施工安全、缩短施工工期、节约工程材料、降低工程造价等。基于此研究背景，本文

根据我国岩土锚固技术标准的基本要求，主要对岩土锚杆标准中锚杆设计的安全性进行讨论，以期提高我国锚固工程的施工安全与施工质量。

一、锚杆设计的安全系数

锚杆设计的安全系数通常包括锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数、锚杆固体设计的抗拔安全系数，其中锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数=锚杆杆体极限拉力：锚杆拉力设计值；锚杆固体设计的抗拔安全系数=锚杆极限抗拔力：锚杆拉力设计值。岩土锚杆设计的安全系数通常需对锚杆结构设计的风险程度与不确定性因素进行综合考虑，其中包括锚固岩土体或地层的性态、杆体材料与灌浆的不稳定性、筋体中所有钢筋或钢绞线受力的不均匀性、锚杆群中部分锚杆承载力失效或下降对周边锚杆工作荷载的影响程度、周边环境或地下水的变化、锚杆抵御轻微腐蚀的能力等。

备注：临时锚杆的工作年限＜2a、永久锚杆的工作年限＞2a；最小安全系数要求当锚杆破坏引发公共安全事故时取最大值、若未引发公共安全事故时取中值、其余情况取最小值，其中前两种情况的危害程度均较后者严重。

表1-1锚杆锚固体抗拔安全系数与锚杆杆体抗拉安全系数

（一）众所周知，锚杆设计的安全系数直接关乎到岩土锚固工程的可靠性，基于此理论基础，世界各国纷纷出台锚杆规范来对锚杆设计的安全系数进行规定。表1-1为世界主要国家对锚杆锚固体抗拔安全系数与锚杆杆体抗拉安全系数的规定。由表1-1可知，世界主要国家的锚杆规范皆要求重点参考锚杆破坏后的危害程度与锚杆安全系数来对锚杆设计的安全系数取值，其中各主要国家对锚杆设计安全系数的取值基本一致。此外，表1-1中提及的最小安全系数通常是用来满足锚杆对安全工作状态的基本要求。但目前多数锚杆设计皆为严格遵循上述基本要求，具体包括如下两种情况：

1.锚杆杆体或锚杆杆筋设计的安全系数偏小

针对锚杆杆体或锚杆杆筋安全系数偏小的问题，本文以国内某永久性大型边坡锚固工程为例展开讨论。该锚固工程锚杆设计的具体情况包括：工程所用的钢绞线为12根Φ15.2mm 1860MPa级钢绞线；锚杆拉力值为2000kN。通过计算可知，该工程锚杆设计的安全系数仅为1.55，该数值较国标规定的1.80小0.25。为了更加深入探讨锚杆杆体或锚杆杆筋安全系数偏小的问题，本文再简要介绍另一工程案例。某24m深基坑工程设计的支护结构为3道锚杆背拉排桩支护，其中锚杆杆体的钢绞线为Φ152mm 1860MPa级钢绞线，通过计算可知该工程杆体

的抗拉安全系数为1.00左右。

2.未明确岩土锚杆设计的安全系数及未搞清楚锚杆锚固体抗拔安全系数的真实含义，亦或采用了明确的锚杆设计安全系数，但未对其采用极限抗拔力试验（标准的锚杆基本试验）与验收试验来进行验证。

（二）研究证实，前文所提及的两种情况势必会影响到锚杆工作的安全性。基于此论断，本文以锚杆杆体抗拉安全系数偏小为研究对象展开讨论。

1.锚杆杆体抗拉安全系数偏小可使钢绞线的受力分布不均匀（此时各钢绞线拉应力之间的差距约15%）及钢绞线的截面积因外力腐蚀作用而呈减小趋势，此时极易引起锚杆局部钢绞线出现断裂现象。