第二章 预应力锚索设计

第一节 概述

锚索是一种主要承受拉力的杆状构件，它是通过钻孔将钢绞线或高强度钢丝固定于深部稳定的地层中，并在被加固体表面通过张拉产生预应力，从而达到使被加固体稳定和限制其变形的目的。锚索技术源于国外，它是锚杆技术发展的产物。据资料记载，1933年阿尔及利亚的A.Coyne工程师首次将锚索加固技术用于水电工程的坝体加固并获得成功。从20世纪40年代末至70年代初，锚索加固技术得到了迅速发展，加固理论、设计方法和有关规范也逐步出现和完善。目前，锚索加固技术已广泛应用于岩土加固工程的各个领域，并积累了丰富的工程实践经验。本章主要介绍在已知锚固荷载下的锚索结构设计的有关内容。

我国的锚索加固技术始于20世纪60年代，1964年梅山水库在右岸坝基的加固中首次采用了30～47m的预应力锚索加固坝基，提高坝基抗滑稳定性。从70年代开始，该项技术在我国的国防、水电、矿山等领域内逐步开始使用。80年代以来，随着人们对锚索技术研究的深入和对锚固技术认识的逐步提高，以及相应技术的发展，促进了锚索大量地用于工程加固。由于设计和施工实践经验的积累，相关的技术规范开始出现，在加固技术的机理研究、试验设备和施工工艺的研究等方面都取得了较大进展。锚索技术的出现，是岩土工程技术发展史上的一个里程碑，为地质体的加固和支护开辟了一条全新的途径。在我国水电水利工程中应用预应力锚固技术对岩体边坡、地下洞室建筑物、基础闸墩、水工隧洞等各类结构进行加固或改善应力，取得了良好的效果和一定的经济效益并积累了丰富经验。

据统计，在我国仅边坡加固工程与深基坑工程每年锚杆的使用量就达3000～3500km。例如，小浪底水利枢纽工程主厂房宽26.2m，最大高度61.44m，其拱顶采用设计拉力值为1500kN、长25m、间距4.5m×6.0m的预应力锚索与长68m、间距3.0m×3.0m的系统张拉锚杆加固顶板岩层。举世瞩目的三峡水利枢纽工程，在长1607m的船闸边坡上采用了4000余根长21～61m设计承载能力为3000kN（部分为1000kN）的预应力锚索和近10万根长8～14m的高强锚杆作系统加固和局部加固。从单束锚索锚固吨位来看，我国预应力岩土锚固技术从安徽梅山水库大坝基础成功地运用设计承载力2400～3200kN的预应力锚索加固开始，相继在松花江丰满、清江隔河岩、黄河小浪底、长江三峡、清江水布垭等水电站应用了大吨位的锚索。1989年我国首台6000kN级预应力锚索及张拉设备研制成功，并应用于丰满大坝加固工程，8000kN级预应力锚索在石泉大坝加固工程应用成功。到20世纪90年代，10000kN级预应力锚索在龙羊峡水电工程中试验成功，并在我国多个工程中获得应用（表2-1）。

表2-1 国内部分水利水电工程预应力锚固技术参数表

随着技术进步和人们对岩锚机理认识的深化，采用新型锚索体系的问题已为越来越多水工人员重视，继小浪底工程以后，铜头、十三陵抽水蓄能电站等工程采用了无黏结双层保护锚索。可以预测，早期的全长有黏结锚索最终将被更为先进的无黏结锚索体系代替。