自鎖錨桿設計
一、技術(shù)與產(chǎn)品簡(jiǎn)介
自鎖錨固技術(shù)是武大巨成周劍波教授原創(chuàng )，于1999年首次申請專(zhuān)利并與武漢大學(xué)聯(lián)合研究推出的成套技術(shù)與產(chǎn)品。周劍波教授、高作平教授以及陳明祥教授團隊潛心二十年持續研發(fā)，目前，巨成公司圍繞自鎖錨固技術(shù)與產(chǎn)品申報的專(zhuān)利已達百余項，主編了湖北省地方標準《巖石與混凝土自鎖錨固技術(shù)規程》（DB42/T
1488-2018）和中國工程建設標準化協(xié)會(huì )標準《擴孔自鎖錨固技術(shù)規程》（T/CECS 813-2021）。
巨成周氏自鎖錨固產(chǎn)品的核心部分是擴孔自鎖錨桿。擴孔自鎖錨桿的施工工藝和錨固原理是：將基材（巖石或混凝土）上所鉆的直孔底部，用特制的擴孔鉆頭擴成倒錐面或正錐面，然后將一端安裝有未張開(kāi)錨頭的錨桿插至孔底，軸向加壓使錨頭張開(kāi)與孔底錐面貼緊，利用錨頭與孔壁的機械咬合力（即“自鎖”）和錨桿錨固段注膠（漿）后的沿程摩阻力來(lái)提供錨固力。
采用擴孔自鎖錨桿，使被錨固體與基材連為整體，能充分發(fā)揮錨固力大的優(yōu)勢，減小錨固段長(cháng)度，且錨固可靠。另外相較于化學(xué)植筋，自鎖錨桿具有耐久性強、耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)勢。自鎖錨固技術(shù)開(kāi)發(fā)二十多年來(lái)，擴孔自鎖錨桿在建筑物改造加固地下工程抗浮、橋臺錨固、鐵軌錨固、水工結構、風(fēng)電工程等諸多領(lǐng)域累計應用數百萬(wàn)支，增加建筑物安全，縮短工期，救災搶險，節省投資獲得了良好的社會(huì )經(jīng)濟效益，有望在中國和世界范圍內取代化學(xué)植筋，促成建筑物改造產(chǎn)業(yè)的革命性進(jìn)步！
二、錨固原理
錨固原理：利用內錨頭擴大后與孔壁的機械咬合力和錨桿直線(xiàn)段注漿后的沿程摩阻力來(lái)提供錨固力。
三、設計方法
（一）替代化學(xué)植筋自鎖錨桿設計
1、擴孔自鎖錨桿在不同強度等級混凝土基材錨固深度表
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錨桿型號 |
不同強度等級混凝土基材對應自鎖錨桿的錨固深度（mm） |
產(chǎn)品錨固深度（mm） |
|||||||||
|
C15 |
C20 |
C25 |
C30 |
C35 |
C40 |
C45 |
C50 |
C55 |
C60 |
||
|
JCZ-ZS-ZT-12 |
|
|
|
|
127 |
121 |
119 |
115 |
111 |
108 |
216 |
|
JCZ-ZS-ZT-14 |
|
|
|
|
156 |
149 |
146 |
141 |
137 |
133 |
252 |
|
JCZ-ZS-ZT-16 |
|
|
|
|
192 |
184 |
180 |
174 |
168 |
163 |
288 |
|
JCZ-ZS-ZT-18 |
|
|
|
|
220 |
210 |
206 |
199 |
192 |
187 |
324 |
|
JCZ-ZS-ZT-20 |
|
|
|
|
259 |
247 |
242 |
234 |
226 |
220 |
360 |
|
JCZ-ZS-ZT-22 |
395 |
359 |
333 |
314 |
298 |
285 |
279 |
269 |
261 |
253 |
396 |
|
JCZ-ZS-ZT-25 |
438 |
398 |
369 |
347 |
330 |
316 |
309 |
298 |
289 |
280 |
450 |
|
JCZ-ZS-ZT-28 |
521 |
474 |
440 |
414 |
393 |
376 |
368 |
355 |
344 |
334 |
616 |
|
JCZ-ZS-ZT-32 |
596 |
542 |
503 |
473 |
449 |
430 |
420 |
406 |
393 |
382 |
704 |
|
JCZ-ZS-ZT-36 |
766 |
696 |
646 |
608 |
577 |
552 |
540 |
522 |
505 |
491 |
792 |
注：本表計算深度滿(mǎn)足HRB400鋼筋接長(cháng)的受力要求。
上表中基材錨固深度按照不發(fā)生基材破壞計算，同時(shí)滿(mǎn)足公式1-2的要求
（1）混凝土錨桿桿體基本錨固深度按下列公式計算：
式中：H —— 混凝土錨桿的基本錨固深度；
Nd —— 錨桿抗拉承載力設計值（kN）；
Ψc —— 混凝土錐體破壞受拉承載力安全系數，取2；
fcu，k —— 混凝土立方體抗壓強度標準值（kPa），當fcu，k >45N/mm2時(shí)，應乘降低系數0.95。
（2）擴孔自鎖錨桿的錨固段受拉承載力應按下式計算：
Nd ≤Nt1 + Nt2
式中：Kc —— 錨桿承載力計算安全系數，對于結構構件取2，對于非結構構件取1.7；
Nt1 —— 錨固段中的直孔段注漿料的粘結錨固力設計值（kN）；
Nt2 —— 內錨頭的自鎖錨固力設計值（kN）。
錨固段中的直孔段注漿料的粘結錨固力設計值為下列兩個(gè)公式中的較小值：
Nt1 = π D f mck Ψ La /2
Nt1 = π d f msk Ψ La /2
內錨頭的自鎖錨固力設計值為：
Nt2 = 1.8 βc βl f ck Aln
式中：d —— 錨桿桿體直徑（m）；
D —— 直孔孔徑（m）；
La —— 錨固長(cháng)度（m）；
fmck —— 錨固段注漿體與混凝土的粘結強度標準值（kPa）；
Ψ —— 錨固長(cháng)度對粘結強度的影響系數，混凝土錨桿Ψ值可取1。
Aln —— 混凝土局部受壓垂直投影面積（m2）；
βc —— 混凝土強度影響系數，當混凝土強度等級不超過(guò)C30時(shí)，取1.0；
當混凝土強度等級為C60時(shí)，取0.6；期間采用線(xiàn)性?xún)炔宸ù_定。
βl —— 局部受壓時(shí)的強度提高系數，取3。
2、擴孔自鎖錨桿承載力表
|
自鎖錨桿型號 |
錨桿桿體直徑（mm） |
錨桿有效截面面積(mm2) |
直孔孔徑(mm) |
擴孔孔徑(mm) |
受拉承載力標準值（kN） |
抗拉承載力設計值（kN） |
抗剪承載力標準值（kN） |
抗剪承載力設計值（kN） |
|
|
JCZ-ZS-MG-12 |
12 |
84.3 |
18 |
22 |
53.95 |
41.50 |
21.58 |
16.60 |
|
|
JCZ-ZS-MG-14 |
14 |
115 |
20 |
26 |
73.60 |
56.62 |
29.44 |
22.65 |
|
|
JCZ-ZS-MG-16 |
16 |
157 |
22 |
30 |
100.48 |
77.29 |
40.19 |
30.92 |
|
|
JCZ-ZS-MG-18 |
18 |
192 |
25 |
34 |
122.88 |
94.52 |
49.15 |
37.81 |
|
|
JCZ-ZS-MG-20 |
20 |
245 |
25 |
38 |
156.80 |
120.62 |
62.72 |
48.25 |
|
|
JCZ-ZS-MG-22 |
22 |
303 |
25 |
42 |
193.92 |
149.17 |
77.57 |
59.67 |
|
|
JCZ-ZS-MG-25 |
25 |
353 |
30 |
48 |
225.92 |
173.78 |
90.37 |
69.51 |
|
|
JCZ-ZS-MG-28 |
28 |
459 |
35 |
54 |
293.76 |
225.97 |
117.50 |
90.39 |
|
|
JCZ-ZS-MG-32 |
32 |
561 |
38 |
62 |
359.04 |
276.18 |
143.62 |
110.47 |
|
|
JCZ-ZS-MG-36 |
36 |
817 |
40 |
70 |
522.88 |
402.22 |
209.15 |
160.89 |
注：本表錨桿按8.8級鋼計算。
上表中承載力設計值均按結構構件計算，且剪力計算考慮無(wú)杠桿臂情況。
（1）混凝土錨桿桿體受拉承載力應按下式計算：
Ns,d≤Nd
Nd ≤Asfy
式中：Ns,d —— 錨桿拉力設計值（kN）；
Nd —— 錨桿抗拉承載力設計值（kN）；
fsk —— 錨桿桿體材料抗拉屈服強度標準值（kPa），對普通錨桿，fsk= fyk/Ks ；對預應力錨桿，fsk= fpyk；
As —— 錨桿桿體有效截面面積（m2）；
Ks —— 錨桿桿體受拉破壞安全系數，對于結構構件取1.3，對于非結構構件取1.2。
（2）擴孔自鎖錨桿抗剪承載力計算：
考慮群錨效應，擴孔自鎖錨桿抗剪承載力標準值Nvk=0.8×0.5×Nuak ，抗剪承載力設計值Nvd=0.8×0.5×Nd ；對于斷后伸長(cháng)率不大于8%的錨桿，抗震設計時(shí)應乘以0.8的降低系數。
（3）本設計方法依據概率極限狀態(tài)設計法計算，主要參考《混凝土結構加固設計規范》（GB
50367）、《混凝土結構后錨固技術(shù)規程》（JGJ 145）和《巖石與混凝土自鎖錨固技術(shù)規程》（DB42/T 1488），應用在其他行業(yè)，可參考相關(guān)行業(yè)標準及規程規范。
（二）抗浮自鎖錨桿設計
1、整體抗浮計算
（W+G）/Ff≥K
Ff—地下水浮力標準值，Ff=
A—基地面積
△H—抗浮水位與建筑物基底標高差
W—基礎底面以下抗浮錨桿范圍內土體總重量，計算時(shí)取浮容重。
G—上部結構自重及其他永久荷載標準值（地下室面層、頂板覆土等）
K—結構抗浮穩定系數，此處取K=1.05
2、擴孔自鎖錨桿的錨固段承載力應按下式計算：
KrNtk≤Nt1k+ Nt2k
式中：Kr —— 錨桿錨固體承載力計算安全系數，取2；
Ntk —— 錨桿承載力特征值（kN）；
Nt1k —— 錨固段中的直孔段注漿料的粘結錨固力標準值（kN）；
Nt2k —— 內錨頭的自鎖錨固力設計值（kN）。
錨固段中的直孔段注漿料與巖體之間粘結錨固力標準值為：
Ntk1 = π D f mck Ψ La
內錨頭的自鎖錨固力標準值為：
Ntk2 = αl βr βl frk Aln
式中：αl —— 巖石圍壓放大系數，取2.6；
D —— 錨桿錨固體直徑（m）；
D+ —— 錨桿孔底部擴孔直徑（m）；
fmck —— 錨固段注漿體與巖體的粘結強度標準值（kPa）；
Ψ —— 錨固長(cháng)度對粘結強度的影響系數，巖石錨桿Ψ值可按下表取值。
La —— 錨桿錨固段中直孔段注漿體長(cháng)度（m）；
Aln —— 巖石局部受壓垂直投影面積（m2）；
βr —— 巖石抗壓強度影響系數，當混巖石飽和單軸抗壓強度等級不小于
30MPa時(shí)，取1.0,當巖石飽和單軸抗壓強度等級不小于60Mpa時(shí)，
取0.8，期間采用線(xiàn)性?xún)炔宸ù_定；當混凝土強度等級為C60時(shí)，
取0.6；期間采用線(xiàn)性?xún)炔宸ù_定。
βl —— 局部受壓時(shí)的強度提高系數，取3。
frk —— 巖石飽和單軸抗壓強度標準值（kPa）；
3、巖石抗浮錨桿桿體受拉承載力應按下式計算：
Ns,d≤Nd
Nd ≤Asfyξ
式中：Ns,d —— 荷載效應基本組合下錨桿拉力設計值（kN），Ns,d =1.35Ntk；
Nd —— 錨桿抗拉承載力設計值（kN）；
fpy —— 錨桿桿體材料抗拉強度設計值（kPa）；
ξ —— 錨桿抗拉工作條件系數，取0.8；
As —— 錨桿桿體有效截面面積（m2）；
四、 典型工程應用
（一）替代化學(xué)植筋自鎖錨桿工程應用
1、潮濕環(huán)境應用
圖1 三棵松隧洞混凝土襯砌板加固工程
2、高溫環(huán)境應用
圖2 高義鋼鐵廠(chǎng)連鑄車(chē)間柱包鋼加固工程
3、高頻振動(dòng)及高溫環(huán)境應用
圖3 沙隆達發(fā)電公司汽機基礎加固改造工程
（二）抗浮自鎖錨桿工程應用
貴陽(yáng)保利大廈地下室抗浮錨桿工程：采用直徑32mm精軋螺紋鋼筋自鎖錨桿進(jìn)行抗浮處理，錨桿長(cháng)7米，錨頭入巖3米，單根抗浮錨桿抗拔承載力特征值320kN。
圖4 貴陽(yáng)保利大廈地下室抗浮錨桿工程
（三）預應力自鎖錨桿工程應用
1、高鐵無(wú)砟軌道板預應力瞬時(shí)自鎖：地下水造成無(wú)砟軌道板上浮，采用瞬時(shí)預應力自鎖錨固技術(shù)36小時(shí)完成約200m施工段。
圖5 高鐵無(wú)砟軌道板預應力瞬時(shí)自鎖錨固工程
2、丹江口大壩加高加固多層預應力自鎖：大壩閘墩三重自鎖錨固，施加200t預應力，每個(gè)閘墩5根錨桿，共計20個(gè)閘墩。
圖6 丹江口大壩加高加固多層預應力自鎖錨固工程
3、風(fēng)機基礎錨固：采用預應力自鎖錨桿，風(fēng)機基礎結構得到優(yōu)化，降低施工成本。
圖7 風(fēng)機基礎錨固工程
五、下載中心
1、替代化學(xué)植筋計算案例 /wcs/Upload/202006/5ee04654b25b4.pdf
2、抗浮錨桿計算案例/wcs/Upload/202006/5ee04667da266.pdf
3、抗浮錨桿施工圖/wcs/Upload/202006/5ee0467eb2974.pdf
