关键词：锚杆，锚固体，粘结强度标准值，粘结强度特征值，极限粘结强度标准值，摩阻力特征值，安全系数
1.前言
1.1岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），在不同的规范﹑规程中有不同的描述：一是极限状态的不同。二是名称和使用公式的不同，三是涉及到岩和土两种类别。许多岩土工程师在编写和审查勘察报告时，对这些概念模糊不清，造成参数值取值错误，误导设计人员。因此对这些规范﹑规程中的岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），有必要进行梳理。
1.2.支护结构设计理念
1.2.1设计理念一般有两种：
①①是承载能力极限状态（基本组合），指支护结构达到极限承载能力或由于失稳导致支护结构承载能力丧失之前的临界状态。
②②是正常使用极限状态（标准组合），指支护结构土体变形过大或截水措施失败，妨碍地下结构的正常施工或影响基坑周边环境的正常使用之前的临界状态。
1.2.2岩土体和锚固体之间的摩擦阻力（粘结强度），严格来说，①承载能力极限状态时，应称之为极限粘结强度标准值；②正常使用极限状态时，为粘结强度标准值[（DBJ15-31-2016）称之为摩阻力特征值，或粘结强度特征值]。这两种名称，在不同的规范﹑规程中并不相同，有时同种规范﹑规程，使用的名称也不一致，这点要特别注意。
1.3名词解释：锚杆（anchor），由置于钻孔内，设置有自由段﹑锚固段，伸入稳定岩土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体。
1.4 本文论述的规范﹑规程有：
1.国家标准 《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）
2.行业标准 《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）
3.广东省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）
4.国家标准 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
5.广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
2两种设计理念在各规范规程中的运用
2.1《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）P160中，明确说明：锚杆杆体截面积﹑锚固体与地层的锚固长度，锚杆杆体与锚固体的锚固长度由原规范中的概率极限状态设计方法，转换成传统意义的安全系数法计算。以便与国家现行岩土工程类多数标准修改稿的思路保持一致。对应的地层（岩石与土体）与锚固体之间粘结强度特征值由地层与锚固体间粘结强强度极限标准值替代；原规范中的荷载分项系数，杆体抗拉工作条件系数，锚固体与地层间粘结工作条件系数，杆体与锚固体粘结强度工作条件系数，在锚杆杆体抗拉安全系数和岩土锚杆锚固体抗拔安全系数中综合考虑 。
2.2《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）P166第4.7.2中指出：本次修订，锚杆长度设计采用了传统的安全系数法，锚杆杆体截面设计仍采用原规程的分项系数法。原规程中，锚杆承载力极限状态的设计表达式是采用分项系数法，其荷载分项系数，抗力分项系数和重要性系数 三者的乘积在数值上相当于安全系数。对于安全系数为一级，二级和三级的支护结构分别为1.7875,1.625,1.4625。实践证明，该安全储备是合适的。本次修订规定，临时支护结构中的锚杆抗拔安全系数对于安全等级为一级﹑二级﹑三级的支护结构分别取1.8﹑1.6﹑1.4,与原规程取值相当。需要注意的是，当锚杆为永久结构构件时，其安全系数不能按照本规程的规定，需符合其它有关技术标准的规定。
2.3《建筑基坑工程技术规程》（DBJ15-20-2016）
第3.2.4条基坑支护结构应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计计算和验算要求。
1承载能力极限状态，1）支护结构构件或连接因超过材料强度或过度变形时的承载能力极限状态设计，应按3.2.4-1式计算；2)整体滑动，坑底隆起失稳，挡土构件嵌固段推移，锚杆与土钉拔动，支护结构倾覆与滑移，墙体渗透破坏等稳定性计算与验算，均应符合3.2.4-3式的要求；
2正常使用极限状态，由支护结构水平位移，基坑周边建（构）筑物，地下管线，道路，地面沉降，地下水渗流等控制的正常使用极限状态设计，应符合3.2.4-4式的要求；
从第3.2.4.1条可以看出，（DBJ15-20-2016）采用承载能力极限状态
2.4《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
第3.0.5.4条,在确定基础或桩基承台高度，支挡结构截面，计算基础或支挡结构内力，确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来的作用效应和相应的基底反力，挡土墙土压力以及滑坡推力，应按承载能力极限状态下作用的基本组合，采用相应的分项系数。
（GB50007-2011）采用将锚杆极限承载力除以安全系数2为锚杆抗拔承载力特征值；可见，本规范采用正常使用极限状态确定锚杆抗拔承载力特征值
2.5《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
第5.2.5.2条，土层锚杆由摩阻力确定的抗拔承载力安全系数不应小于2.2
第12.5.6条，锚杆的极限抗拔承载力应符合下式要求：（Ru/Nk）≧Kt
可以看出，第5.2.5.2条是正常使用极限状态，而第12.5.6条是承载能力极限状态；
2.6 《工程地质手册》（第五版）采用承载能力极限状态，提供粘结强强度极限标准值，基坑工程中取值与《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）一致，边坡工程取值与《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）一致；安全系数取值也如此。
3.极限粘结强度标准值和粘结强度标准值之间有一个比例关系，可称之为
安全系数(K, Kt)
3.1《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）
3.1.1 K锚杆锚固体抗拔安全系数，可查表8.2.3-1：
临时性锚杆，一级边坡取2.0 二级取1.8，三级取1.6
永久性锚杆，一级边坡取2.6 二级取2.4，三级取2.2
3.1.2 Kb锚杆杆体抗拉安全系数（锚杆钢筋抗拉安全系数），可查表8.2.2：
临时性锚杆，一级边坡取1.8 二级取1.6，三级取1.4
永久性锚杆，一级边坡取2.2 二级取2.0，三级取1.8
3.2《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）
锚杆抗拔安全系数Kt 基坑安全等级一级取1.8，二级取1.6，三级取1.4
3.3《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）
锚杆抗拔安全系数Kt基坑安全等级为一级时取1.8，二级取1.6，三级取1.4
锚杆杆体安全系数(Km,适用于锚杆杆体截面面积计算），在1.15（三级），1.25（二级），1.40（一级）之间取值；
3.4《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
安全系数K，土层锚杆锚固段长度，初步设计取1.6， 公式（9.6.6）
附录M和附录Y,锚杆极限承载力除以安全系数2为锚杆抗拔承载力特征值，则安全系数为2；
3.5《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
3.5.1土钉和锚杆12.5节：公式12.5.6-1中Kt锚杆抗拔安全系数，基坑安全等级一级取1.8，二级取1.6，三级取1.4；
3.5.2地下室抗浮设计5.2节：公式5.2.7中的安全系数K取大于2,适应于计算钢筋截面积；
3.5.3岩石锚杆基础11.2节：公式11.2.2中的安全系数K取大于2,适应于计算钢筋截面积；和公式5.2.7一致；
4.各规范规程中的名称和运用公式；
4.1国家规范《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）
4.1.1极限粘结强度标准值 frbk la≧(KNak）/(π﹒D﹒frbk) （8.2.3)
4.1.2粘结强度设计值 fb la≧(KNak）/(nπdfb) （8.2.4)
极限粘结强度标准值和粘结强度设计值两种称谓，应统一为极限粘结强度标准
4.2行业规程《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）
极限粘结强度标准值 (Rk/Nk)≧Kt Rk=πd∑qsk,ili （4.7.4)
4.3广东省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）
4.3.1名称：统一为极限粘结强度标准值；
4.3.2 li=（Nu）/（πd⅀qsik） （12.2.4-2)
Nu=πd⅀qsikli Nu=Kt Nt， （12.2.4-2)
Nu锚杆轴向极限拉力标准值；Nt锚杆员向拉力计算值；Kt锚杆抗拔安全系数 ；
4.4国家规范《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
4.4.1第6.8.6节，岩石边坡与岩石锚杆挡墙
岩石锚杆锚固段的抗拔承载力，应按照本规范附录 M的试验方法经现场原位试验确定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于永久性锚杆的初步设计或对于临时性锚杆的施工阶段设计，锚杆锚固段的抗拔承载力特征值可按下式计算，Rt=ξfurhr （6.8.6)
f砂浆与岩石间的粘结强度特征值，软岩取200kPa,较软岩取200～400kPa，硬质岩 400～600kPa
ξ经验系数；永久性锚杆取0.8，临时性锚杆取1.0；
4.4.2第8.6.3节,岩石锚杆基础，单根锚杆抗拔承载力特征值，按正式计算
Rt≦0.8πd1lf（本式即ξ取0.8） （8.6.3)
4.4.3第9.6.6节 土层锚杆锚固段长度
La≧(K•Nt) / (π•D•qs) K安全系数，可取1.6； （9.6.6)
岩石锚杆，第M.0.7条，将锚杆极限承载力除以安全系数2为锚杆抗拔承载力特征值；
土层锚杆，第Y.0.9条，将锚杆极限承载力除以安全系数2为锚杆抗拔承载力特征值；
从上述可见，（GB50007-2011）采用正常使用极限状态确定锚杆抗拔承载力特征值
4.5广东省标准《建筑地基基础设计规范》 （DBJ15-31-2016）
4.5.1名称（地下室抗浮设计）：P43页，摩阻力特征值
li≧ （Rk）/（π d∑qsk,i） （Rk=πd∑qsk,ili） （5.2.6-2)
4.5.2名称（岩石锚杆一节）：P146页，粘结强度特征值
Rt≦0.8πdi∑qrk,ili （11.2.1-3)
4.5.3名称（土钉和锚杆一节）：P161页，为极限粘结强度标准值
Ru=πd∑qsu,ili; （12.5.6-1)
本规范（DBJ15-31-2016）使用三种名称，容易造成混乱。前者的摩阻力特征值和粘结强度特征值适用于正常使用极限状态，后者的极限粘结强度标准值则适用于承载能力极限状态；
5. 岩土体和锚固体之间的摩擦阻力在风化岩中的确定
5.1《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），极限粘结强度标准值，
可查表8.2.3-2，分极软岩（取0.27～0.36MPa)，软岩（取0.36～0.76MPa)，较软岩（取0.76～1.20MPa)，较硬岩（取1.20～1.80MPa)，坚硬岩（取1.80～2.60MPa)五类；
5.2《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
土层锚杆，粘结强度特征值，由当地锚杆抗拔试验确定，计算公式中有安全系数，也应该是极限粘结强度标准值；
岩石锚杆，粘结强度特征值（砂浆和岩石间），查表6.8.6，分软岩（取小于0.2MPa)，较软岩（取0.2～0.4MPa)，硬质岩（取0.4～0.6MPa)三类
5.3《建筑地基基础设计规范》 （DBJ15-31-2016），摩阻力特征值，查表5.2.6，可查到全风化岩（40～70KPa，花岗岩取100KPa)和强风化岩（60～110KPa，花岗岩取150KPa)；极限粘结强度标准值则是表5.2.6的两倍；
《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
表11.2.1水泥浆，水泥砂浆或细石混凝土与岩石间的粘结强度特征值
软岩 泥岩，页岩 中风化取0.12～0.18MPa，微风化取0.18～0.25MPa
较软岩 白云岩，砂砾岩 中风化取0.20～0.25MPa，微风化取0.25～0.40MPa
硬质岩 硅质胶结砂岩，花岗岩 中～微风化 取0.40～0.80MPa；
5.4《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012），极限粘结强度标准值,
查表4.7.4，可查到全风化（80～100KPa)和强风化（150～200KPa)。
5.5《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）,极限粘结强度标准值,
查表14.2.4，可查到全风化（80～100KPa)和强风化（150～200KPa);
5.6（GB50330-2013）﹑（GB50007-2011）和（DBJ15-31-2016）提供了中风化和微风化岩的取值，其它两种基坑规范仅有全风化和强风化岩的取值。
6．有关名词及其代号
6.1 li和La，锚固段长度
6.2 Rk 锚杆的抗拔承载力标准值（DBJ15-31-2016）
Ru 锚杆的极限抗拔承载力标准值（DBJ15-31-2016）
Rt 单根锚杆的抗拔承载力特征值；
6.3 N 截面轴力设计值
Nu 锚杆轴向极限拉力标准值
Nt 锚杆轴向拉力计算值
Nk 锚杆轴向拉力标准值
Ntk锚杆轴向拉力标准值
Nti按荷载效应标准组合下，第i根锚杆所承受的拔力值，其最大值为Ntmax
Nak相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力（GB50330-2013）；
6.4 qs土体与锚固体间粘结强度特征值（GB50007-2011）；
qsk,i 锚固体与第i层土层的极限粘结强度标准值（JGJ 120-2012），查表4.7.4
qsk,i第i层土体与锚固体间摩阻力特征值（DBJ15-31-2016）， 查表5.2.6
qsu,i锚固体与第i层土层的极限粘结强度标准值（DBJ15-31-2016）可取表5.2.6中qsk数值的2倍
qsik ,qsk 锚杆或土钉与岩土体界面的极限粘结强度标准值
qrk,i 粘结强度特征值（DBJ15-31-2016）
6.5 frbk 岩土层与锚固体极限粘结强度标准值（GB50330-2013）；
fb钢筋与砂浆之间的粘结强度设计值[（GB50330-2013）应为极限值]；
6.6 K锚杆锚固体抗拔安全系数
Km锚杆杆体安全系数（DBJ15-20-2016）
Kt锚杆抗拔安全系数（DBJ15-20-2016）
Kb锚杆钢筋抗拉安全系数（GB50330-2013）
7.结论
7.1.大部分规程或规范的名称为极限粘结强度标准值，个别规程或规范的名称为粘结强度标准值或摩阻力特征值,这是大趋势；前者对应承载能力极限状态（基本组合），后者对应正常使用极限状态（标准组合）；
7.2.极限粘结强度标准值和粘结强度标准值或摩阻力特征值之间有一个比例关系，称之为安全系数，其取值并不一致,一般在1.1.5～2.60之间浮动，通常情况可取2；
具体取值可参看各规程或规范；
7.3.岩石锚杆：中风化和微风化岩中的粘结强度确定，在《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）﹑《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）及《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）有叙述。
两本基坑规程只能提供全风化岩和强风化岩的粘结强度。
7.4.规程或规范之间的取值比较：
7.4.1分析锚固体与第i层土层的极限粘结强度标准值[（JGJ 120-2012），查表4.7.4]和第i层土体与锚固体间摩阻力特征值[（DBJ15-31-2016），查表5.2.6]，可以看出广东省标准所做的一些工作（以下以广东省标准为主角，按一次常压注浆对比）：
1）取消流塑状粘性土﹑稍密中砂和稍密粗砂的取值；
2）新增红粘土的取值；
3）根据广东省的地方特色，风化岩细分为软质岩﹑硬质岩和花岗岩；
4）填土和淤泥质土取值略有增大；硬塑粘性土和坚硬粘性土增加较多；软塑和可塑粘性土基本一致；
5）粉土，粉细砂，中砂，粗砂，砾砂取值全线降低，降低幅度越来越大（从9%降幅增加到45.5%)；
6）软质岩石取值略有减少或不变，硬质岩和花岗岩全线增加（从6.7%升幅增加到50.0%，其中以强风化花岗岩增幅最大)；
7.4.2分析中风化和微风化岩的取值变化
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），
岩石与锚固体极限粘结强度标准值（表8.2.3-2），
极软岩（0.27～0.36MPa)，
软岩（0.36～0.76MPa)，
较软岩（0.76～1.20MPa)，
较硬岩（1.20～1.80MPa)，
坚硬岩（1.80～2.60MPa)；
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），
岩石锚杆，砂浆与岩石间的粘结强度特征值（表6.8.6）：
软岩（小于0.2MPa)，
较软岩（0.2～0.4MPa)，
硬质岩（0.4～0.6MPa)；
（GB50007-2011）对岩石坚硬程度的划分：极软岩（小于5MPa)，软岩（5～15MPa)，较软岩（15～30MPa)，较硬岩（30～60MPa)，坚硬岩（大于MPa60)；
《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
表11.2.1水泥浆，水泥砂浆或细石混凝土与岩石间的粘结强度特征值
软岩 泥岩，页岩 中风化取0.12～0.18MPa，微风化取0.18～0.25MPa
较软岩 白云岩，砂砾岩 中风化取0.20～0.25MPa，微风化取0.25～0.40MPa
硬质岩 硅质胶结砂岩，花岗岩 中～微风化 取0.40～0.80MPa
（DBJ15-31-2016）和（GB50007-2011）两个规范的取值可看出：
1）广东省标准对岩石类型进行了细划；
2）较软岩取值一致，软岩和硬质岩，广东省标准对微风化岩的取值进行了提高。
（GB50330-2013）和（GB50007-2011）两个规范的取值可看出：
1）（GB50330-2013）是采用承载能力极限状态，而（GB50007-2011）采用正常使用极限状态，
2）（GB50330-2013）的取值比（GB50007-2011）大，从软岩，较软岩，硬质岩增幅越来越大，其中以较硬岩和坚硬岩增幅最大)；
参考资料：《工程地质手册》（第五版）
5.6.1基坑工程，查表8.3.28浆体和岩体间粘结强度标准值，
软岩（小于30MPa, 取0.3～1.0MPa）
中硬岩（30～60MPa, 取1.0～1.5MPa）
硬岩（60MPa, 取1.5～2.5MPa）
5.6.2边坡工程，查表8.4.25岩石与锚固体极限粘结强度标准值，与（GB50330-2013）取值一致
极软岩（小于5MPa, 取0.27～0.36MPa)
软岩（5～15MPa， 取0.36～0.76MPa)
较软岩（15～30MPa， 取0.76～1.20MPa)
较硬岩（30～60MPa， 取1.20～1.80MPa)
坚硬岩（大于MPa60， 取1.80～2.60MPa)
7.5勘察报告编写和图纸设计时，应严格粘结强度的名称，并列出其出处和适应的公式，以免设计人员引用失当;
7.6甲级建筑物和安全等级为一级的边坡和基坑，都是通过现场试验确定其设计参数，其它类型边坡和基坑可以通过查表取值进行初步设计。
参考书：本篇文章所论述的规范规程主要有：
1.广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）
2.广东省标准《建筑基坑工程技术规范》（DBJ15-20-2016）
3.国家标准 《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）
4.国家标准 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
5.行业标准 《建筑基坑工程技术规程》（JGJ 120-2012）
6.工具书 《工程地质手册》（第五版）中国建筑工业出版社
论文作者:何庆峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/20
标签：锚杆论文; 强度论文; 特征值论文; 锚固论文; 极限论文; 安全系数论文; 标准论文; 《基层建设》2019年第31期论文;