自鎖錨桿設計
一、技術與產(chǎn)品簡介
自鎖錨固技術是武大巨成周劍波教授原創(chuàng)，于1999年首次申請專利并與武漢大學聯(lián)合研究推出的成套技術與產(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(xù)研發(fā)，目前，巨成公司圍繞自鎖錨固技術與產(chǎn)品申報的專利已達百余項，主編了湖北省地方標準《巖石與混凝土自鎖錨固技術規(guī)程》（DB42/T
1488-2018）和中國工程建設標準化協(xié)會標準《擴孔自鎖錨固技術規(guī)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錨頭的錨桿插至孔底，軸向加壓使錨頭張開與孔底錐面貼緊，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，減小錨固段長度，且錨固可靠。另外相較于化學植筋，自鎖錨桿具有耐久性強、耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)勢。自鎖錨固技術開發(fā)二十多年來，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、風電工程等諸多領域累計應用數(shù)百萬支，增加建筑物安全，縮短工期，救災搶險，節(jié)省投資獲得了良好的社會經(jīng)濟效益，有望在中國和世界范圍內取代化學植筋，促成建筑物改造產(chǎn)業(yè)的革命性進步！
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段注漿后的沿程摩阻力來提供錨固力。
三、設計方法
（一）替代化學植筋自鎖錨桿設計
1、擴孔自鎖錨桿在不同強度等級混凝土基材錨固深度表
|
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：本表計算深度滿足HRB400鋼筋接長的受力要求。
上表中基材錨固深度按照不發(fā)生基材破壞計算，同時滿足公式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(shù)，取2；
fcu，k —— 混凝土立方體抗壓強度標準值（kPa），當fcu，k >45N/mm2時，應乘降低系數(shù)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(shù)，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 —— 錨固長度對粘結強度的影響系數(shù)，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(shù)，當混凝土強度等級不超過C30時，取1.0；
當混凝土強度等級為C60時，取0.6；期間采用線性內插法確定。
βl —— 局部受壓時的強度提高系數(shù)，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(shù)，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 ；對于斷后伸長率不大于8%的錨桿，抗震設計時應乘以0.8的降低系數(shù)。
（3）本設計方法依據(jù)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(guī)范》（GB
50367）、《混凝土結構后錨固技術規(guī)程》（JGJ 145）和《巖石與混凝土自鎖錨固技術規(guī)程》（DB42/T 1488），應用在其他行業(yè)，可參考相關行業(yè)標準及規(guī)程規(guī)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(wěn)定系數(shù)，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(shù)，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(shù)，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 —— 錨固長度對粘結強度的影響系數(shù)，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(shù)，當混巖石飽和單軸抗壓強度等級不小于
30MPa時，取1.0,當巖石飽和單軸抗壓強度等級不小于60Mpa時，
取0.8，期間采用線性內插法確定；當混凝土強度等級為C60時，
取0.6；期間采用線性內插法確定。
βl —— 局部受壓時的強度提高系數(shù)，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(shù)，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 高義鋼鐵廠連鑄車間柱包鋼加固工程
3、高頻振動及高溫環(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行抗浮處理，錨桿長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、高鐵無砟軌道板預應力瞬時自鎖：地下水造成無砟軌道板上浮，采用瞬時預應力自鎖錨固技術36小時完成約200m施工段。
圖5 高鐵無砟軌道板預應力瞬時自鎖錨固工程
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，每個閘墩5根錨桿，共計20個閘墩。
圖6 丹江口大壩加高加固多層預應力自鎖錨固工程
3、風機基礎錨固：采用預應力自鎖錨桿，風機基礎結構得到優(yōu)化，降低施工成本。
圖7 風機基礎錨固工程
五、下載中心
1、替代化學植筋計算案例 /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
