1、锚杆(索)设计的基本原则

包括：可行性研究、边坡工程的地质调查、锚固段设置、预应力选用、杆材质量及其控制、锚杆长度及设计荷载

(1)可行性研究:在计划使用锚杆的边坡工程中，应充分研究锚固工程的安全性、经济性和施工的可行性。
(2)边坡工程的地质调查:设计前认真调查边坡工程的地质条件，并进行工程地质勘察及有关的岩土物理力学性能实验，以提供锚固工程范围类的岩土性状、抗剪强度、地下水、地震等资料。对于土质边坡还应提供土体的物理性质和物理状态指标。
(3)设计锚杆锚固段设置问题
  设计锚杆的使用寿命:应不小于公路或被服务建筑物的正常使用年限，一般使用期限在两年以内的工程锚杆应按临时锚杆设计，使用期限在两年以上的锚杆应按永久性锚杆进行设计。
  锚杆设置位置:对于永久性锚杆的锚固段不应设在有机质土、液限大于50％或相对密度小于0.3的土层中；因有机质土会引起锚杆的腐蚀破坏；液限大于50％的土层由于其高塑性会引起明显的徐变而导致锚固力不能长期保持恒定；相对密度小于0.3的土层松散不能提供足够的锚固力。
(4)预应力选用:当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层边坡施工期稳定性较差、或土层锚固性能较差、或采用了钢绞线和精轧钢时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影响应控制在安全范围之内。

(5)杆材质量:设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家标准，特别是预应力钢绞线，除了满足Gl3／T 5224-95标准外，还必须获得IS09002国际质量认证；同时必须保障钢筋或钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。
(6)锚杆长度及设计荷载:非预应力锚杆长度一般不要超过l6m，单锚设计吨位一般为l00～400kN，最大设计荷载一般不超过450 kN。预应力锚杆(索)长度一般不要超过50m，单束锚索设计吨位一般为500～2500kN，最大设计荷载一般不超过3000kN，预应力锚索的间距一般为4～10m。
  (7)材性试验:进行锚杆设计时，选择的材料必须进行材性试验，锚杆施工完毕后必须对锚杆进行抗拔试验，验证锚杆是否达到设计承载力的要求；同时对于公路上遇到的大型滑坡在采用预应力锚索加固后必须进行至少一年的位移监测。

锚杆的布设基本要求：

1）锚杆上覆地层厚不应小于4m，以避免车辆行驶等反复荷载的影响，也是为了不致由于较高注浆压力而使上覆岩体隆起。
2)锚杆的水平和垂直间距一般不宜大于4m，以避免压力集中，也不得小于1.5m，以免“群锚效应”而降低锚固力；
3)锚杆的安设角度，对基坑或近于直立的边坡而言，需考虑临近状况、锚固地层位置及施工方法。一般锚杆的俯角不小于13°，不大于45°，以15--35°为好。俯角愈大，则有利于抵抗侧压力的水平分力愈小，而由于垂直分力加大，会引起护壁桩向下压力增大等不良影响。此外，在可能条件下，锚杆锚固体应锚定于较好的地层中。

对于预应力锚索可根据两种方法综合确定最优锚固角：
    理论分析表明，锚索满足下式是最经济的：

3、锚杆(索) 锚固设计荷载(锚杆拉力设计值)的确定

(1)应根据边坡的推力大小和支护结构的类型综合考虑进行确定
应当计算边坡的推力或侧压力；
根据支挡结构的形式计算该边坡要达到稳定需要锚固提供的支撑力。
    根据这个支撑力和锚杆数量、布置便可确定出锚杆(索)锚固荷载的大小，该荷载的大小作为锚筋截面计算和锚固体设计的重要依据。

平面形单滑面设计锚固力计算
   采用平面滑动法时，根据力的平衡，在不考虑水的作用时，边坡稳定性系数:

折线形滑面加固力计算
  折线形滑面的加固力计算参考不平衡推力传递系数法，按传递系数法计算出单位宽度的滑坡推力F后，按式(6-4)确定加固力。
 圆弧形滑面加固力计算
   参照圆弧形滑动面稳定系数计算方法及平面形单滑面加固力计算思路确定。若已知下滑力F，也可按式(6-5)确定。

4、锚杆(索)锚筋的设计
       

    在确定出锚杆轴向设计荷载后，即可对锚杆进行结构设计：
根据锚杆轴向设计荷载计算锚杆的锚筋截面，并选择合理的钢筋或钢绞线配置锚筋；
在配置锚筋后可由锚筋的实际面积和锚筋的抗拉强度标准值计算出锚杆承载力设计值；
锚杆体和锚固体的设计计算。
(1)锚杆锚筋的截面积计算：
    假设锚杆轴向设计荷载为    ，则可由下式初步计算出锚杆要达到设计荷载N所需的锚筋截面：

式中：Ag—由N计算出的锚筋截面；
      k—安全系数，对于临时锚杆取1.6～1.8对于永久性锚杆取2.2～2.4；
      fpkt—锚筋(钢丝、钢绞线、钢筋)抗拉强度设计值。

配筋的选材应根据锚固工程的作用、锚杆承载力、锚杆的长度、数量以及现场提供的施加应力和锁定设备等因数综合考虑。
    对于采用棒式锚杆，都采用钢筋做锚筋。如果是普通非预应力锚杆，由于设计轴向力一般小于450kN,长度最长不超过50m．因此锚筋一般选用普通Ⅱ、Ⅲ级热轧钢筋，如果是预应力锚杆可选用Ⅱ、Ⅲ级冷拉热轧钢筋或其他等级的高强精轧螺纹钢筋。钢筋的直径一般选用20～32。
    对于长度较长、锚固力较大的预应力锚杆应优先选用钢绞线、高强钢丝，这样不但可以降低锚杆的用钢量，最大限度地减少钻孔和施加预应力的工作量，而且可以减少预应力的损失。

锚杆(索)的锚固力：也可称为锚杆(索)承载力。
锚杆极限锚固力(极限承载力)：锚杆锚筋沿握裹砂浆或砂浆沿孔壁产生滑移破坏时所能承受的最大临界拉拔力，它可以通过破坏性拉拔试验确定。
锚杆容许锚固力(容许承载力)：极限锚固力(极限承载力)除以适当的安全系数(通常为2.0～2.5)，这种锚固力在《公路钢筋混凝土规范》中称为容许承载力，而在《工民建钢筋混凝土结构规范》中又称为锚杆锚固力(承载力)标准值；这种标准值为设计锚固力提供参考，通常锚杆容许锚固力是锚杆设计锚固力(或称为锚固力设计值)的1.2～1.5倍。在设计时，锚杆的设计荷载必须小于锚固力设计值。
锚杆锚固力的计算方法：随锚固体形式不同而异，圆柱型锚杆的锚固力由锚固体表面与周围地层的摩擦力提供；而端头扩大型锚杆的锚固力则由扩座端的面承力及与周围地层的摩擦力提供。

注：(1)表中qs系一次常压灌浆工艺确定，适用于注浆标号M25～M30；当采用高压灌浆时，可适当提高。
   (2)极软岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≤5MPa；软质岩：岩石单轴饱和抗压强度5MPa≤fp≤30MPa硬质岩：岩石单轴饱和抗压强度fp≥30MPa。
   (3)表中数据用作初步设计时计算，施工时宜通过试验检验。
   (4)岩体结构面发育时，取表中下限值。

(3)锚筋与锚固砂浆间的最小握裹长度计算
        对于坚硬的岩层，如果锚固体与岩层问的极限摩阻力大于锚筋与锚固砂浆之间的极限握裹力，锚杆将首先从锚筋与锚固砂浆之间开始剪切破坏，此时应根据锚筋与锚固砂浆之间的粘结强度来计算锚杆的锚固长度。极限锚固力计算公式为：

注：(1)当采用两根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.85折减系数。
    (2)当采用三根钢筋点焊成束作法时，粘结力应乘以0.7折减系数。
    (3)成束钢筋不应超过三根，钢筋总截面积不应超过孔径面积的20％，以保证钢筋在砂浆中的锚固效果，除非采用特殊的锚固段钢筋和注浆体设计，并通过实验可适当增加钢筋数量。

6、锚杆弹性变形计算

锚杆的变形：是由锚杆本身在外荷作用下变形和由于地层徐变引起的变形两部分组成；
由地层徐变引起的锚杆变形计算可以通过徐变系数计算锚杆在不同时期的徐变位移。
锚杆本身在外荷载作用下变形以弹性变形为主。

(3)预应力锚杆(索)弹性变形的计算
   预应力锚杆在受到的轴向拉力小于预应力实际保留值时，可按刚性拉杆考虑；如果承受的轴向拉力大于预应力实际保留值，预应力锚杆将再次产生拉伸变形，此时锚杆的变形量可根据拉力超出预应力保留值的增量代入公式(6.13)和(6.15)中的Ng计算变形量。
    如果计算的变形量增量值较小时，预应力锚杆也可近似按刚性拉杆考虑。

7、锚杆(索)的锁定荷载和锚头设计
  

   对于锚杆，原则上可按锚杆设计轴向力(工作荷载)作为预应力值加以锁定，但锁定荷载应视锚杆的使用目的和地层性状而加以调整。
  1)边坡坡体结构完整性较好：设计锚固力的100％作为锁定荷载；
  2)边坡坡体有明显蠕变且预应力锚杆与抗滑桩相结合，或因坡体地层松散引起的变形过大：应由张拉试验确定锁定荷载，通常取设计锚固力的50％～80％；
  3)边坡具有崩滑性：取设计锚固力的30％～70％；
  4)如果设计的支挡结构容许变位：应根据设计条件确定，有时按容许变形的大小可取设计锚固力的50％～70％。
  5) 锚固地层有明显的徐变：可将锚杆张拉到设计拉力值的l.2～1.3倍，然后再退到设计锚固力进行锁定，这样可以减少地层的徐变量引起的预应力损失。

8、锚杆(索)的防腐设计
   

 包括：锚固体防腐 、自由段防腐 、锚头防腐 、临时性锚杆的防腐
    永久性锚杆应采用双层防腐，临时性锚杆可采用简单防腐，但当腐蚀环境严重时，也必须采用双层防腐。
1)锚固体防腐
    锚固于无腐蚀条件地层内的锚固段，经出锈后可不再作特殊处理，直接由水泥砂浆密封防腐，但钢杆(索)必须居中，一般使用定位器，使水泥砂浆保护层厚度不小于20mm。对于锚固于具有腐蚀条件地层内的锚固段应作特殊防腐处理，一般可用环氧树脂涂刷钢筋的方法。

2)自由段防腐
    防腐构造必须不影响张拉钢材的自由伸长，对于预应力锚杆自由段防腐：
采用Ⅱ、Ⅲ级钢筋制作锚杆的非锚固段(位于土层区段)防腐处理可采用除锈、刷沥青船底漆二度，沥青玻纤布缠裹二层。
采用钢绞线、精轧螺纹钢筋制作的予应力锚杆(索)非锚固段防腐宜采用杆体表面除锈、刷沥青船底漆二度后绕扎塑料布，在塑科布上再涂润滑油，最后装入塑料套管中，形成双层防腐，自由段套管两端l00～200mm范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定。

锚索 自由段，钢绞线经防腐处理后包于PVC套管内 。套管(PVC)与孔壁注浆，但钢绞线在套管内可以自由伸缩。为防止钢绞线扭结，每隔2m左右以定位环对套管加以固定。

3)锚头防腐
    永久性锚杆的承压板一般应刷沥青。一次灌浆硬化后承压板下部残留空隙，应再次充填水泥浆和润滑油，经防腐处理后的非锚段外端应伸入钢筋混凝土构件内50mm以上。如锚杆不须再次张拉，则锚头的锚具涂以润滑油、沥青后用内配钢筋网的混凝土罩封闭，混凝土标号不低于C30，厚度不小于l00mm，混凝土保护层不小于30mm。如锚杆需要重新张拉，则可采用盒具密封，但盒具的空腔内必须有润滑油充填。

4)临时性锚杆的防腐
   对于临时性锚杆重点对外锚头和自由段作防腐处理，锚固段一般可依靠注浆材料达到防腐效果。
非预应力锚杆非锚固段可用除锈后刷沥青防锈漆处理。
预应力锚杆自由段可采用除锈后刷沥青防锈漆或加套管方案。
外锚头防腐可采用外涂防腐材料或外包混凝土方案解决。