桩头预应力锚索设计拉力及锁定值的规划求解_图文_百度文库
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桩头预应力锚索设计拉力及锁定值的规划求解
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预应力锚杆(索)自由段长度在验收试验中的影响
核心提示：　　摘要：预应力锚杆（索）目前已经被广泛应用处理于开挖深度大、上部存在软土的基坑中，因其占用空间少，工作面大，节省了工程&　　摘要：预应力锚杆（索）目前已经被广泛应用处理于开挖深度大、上部存在软土的基坑中，因其占用空间少，工作面大，节省了工程工期、解决了施工的技术难题、保证了基坑支护系统的可靠性、安全性。文章结合工程实例，通过预应力锚杆（索）验收中发现的问题来分析其自由段长度在验收试验中产生的影响。
　　预应力锚杆柔性支护技术，自上世纪90年代以来在国内工程建设中得到了应用推广，特别是在2000年以来广州地区基坑设计中预应力锚杆柔性支护型式已占相当大的比例。预应力锚杆柔性支护得到迅速发展，因其工程造价低，施工方便，工期短，基坑变形小，占地空间小，支护基坑的深度大，是广州市超深基坑支护结构的首选型式。
　　预应力锚杆柔性支护体系由支护面层、锚下承载结构、排水系统及预应力锚杆组成，其中预应力锚杆由众多的小吨位预应力系统组成，属于柔性支护体系。其原理是通过预应力锚杆被加固区锚固于潜在滑移面以外的稳定岩土体中，锚杆的预应力通过锚下承载结构和支护面层传递给加固岩土体。
　　一、预应力锚杆（索）验收要求
　　中国工程建设标准化协会标准编写的岩土锚杆（索）技术规程（CECS22：2005），提到锚杆基本试验出现下列情况之一时，可判断锚杆破坏：（1）后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载产生的位移增量的2倍；（2）锚头位移持续增长；（3）锚杆杆体破坏。这三点都可以单独作为验收试验中终止加载的原因。而验收合格的锚杆应同时满足：（1）拉力型锚杆在最大试验荷载下所测得的总位移量，应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的80%，且小于杆体自由段与1/2锚固段长度之和的理论弹性伸长值；（2）在最后一级荷载作用下1～10min锚杆蠕变量不大于1.0mm，如超过，则6～60min内锚杆蠕变量不大于2.0mm。
　　二、工程实例
　　广州市天河区某基坑三层地下室基坑支护工程工程地质勘察报告资料，施工期间测得各钻孔静止水位埋深为1.7米，抽水试验测得地层渗透系数为1.50&10-4L/S，基坑支护为人工挖孔灌注桩+预应力锚索，基坑深度-14m，在基坑深度及影响范围内，场区地层情况及各土岩层力学性质参数。
　　锚杆验收数量为锚杆总数的5%，且不得少于3根，临时性锚杆的最大试验荷载取锚杆轴向拉力设计值的1.2倍。因篇幅限制不取全部试验锚索结果进行对比，仅取其中的三根锚索试验结果进行对比。锚索轴向拉力设计值Nu为400kN，最大试验荷载取480kN，分六级加载，加载等级分别为Nu的0.10、0.30、0.50、0.65、0.80、1.00、1.20倍。试验锚索均为该基坑的第二排锚杆，距离填土层约8米。
　　三、预应力锚索试验结果
　　预应力锚索张拉使用液压型600kN千斤顶及油压表（编号：04-8-15226）（检验后的插值公式Y=0.078X+0.48），电动油压泵加压系统。
　　预应力锚索采用1860级四索高强低松弛钢绞线（规格为7&&Pj15），公称直径&P15.24mm，锚索角度30&，锚索钻孔&P150，一桩一锚，锚固段进入强（中）风化岩不小于7m，试验前锚索均未锁定，设计锚索长度32m，自由段10m，锁定荷载为300kN。
　　钢绞线截面积取140mm2，钢绞线弹性模量取195GPa，预应力锚索理论计算总位移量的下限为35.16mm，上限为92.31mm。如果完全从规范的要求判断该三根锚索中预锚1和预锚2为不合格，预锚3为合格。三根预锚的最大极限荷载分别为260kN、0kN、480kN。在试验的过程中本人观察到有部分锚杆在小荷载下（荷载小于设计轴向拉力0.65的荷载）的位移量偏大，而在大荷载的情况下相对位移量较小，如果不从位移量判断，尽管预锚1在小荷载下的位移量比较大，该三根锚索的最大试验荷载均可以达到，而且稳定。
　　四、预应力锚索试验结果分析及基坑监测
　　预锚1的位移量变化偏大，后期趋向发散，在最大试验荷载下稳定；预锚2的位移量在小于0.65Nu的荷载下比较大，在0.10Nu到0.30Nu的荷载下位移量就有79.94mm，后期趋于稳定；预锚3的位移量比较正常，位移量在理论计算范围内。
　　对同一地质条件，相同长度的锚杆（索）在相同荷载条件下，自由段的长短对总位移的影响是自由段越短，总位移的越小，自由段越长，总位移的越大。正常的锚杆（索）的总位移位于理论计算的下限和上限之间。
　　根据地质条件，可以把锚杆（索）看成三段，自由段、土层锚固段（包括全风化层锚固段，而淤泥及淤泥质层的锚固段可当自由段）和岩层锚固段。锚杆（索）的位移是自由段伸长量和锚固段相对于土体的位移总和。从三根预锚的位移分析，预锚1总位移偏大，而且大荷载下的位移也较大，该锚索可以达到最大荷载，锚索杆体未破坏，只是岩层锚固段锚固力比较小或无岩层锚固力，而土层锚固段提供的摩擦力比较小，导致该锚索总位移偏大。预锚2和预锚3尽管小荷载下的位移偏大，但在大荷载下，岩层锚固段提供的摩擦力比较大，后期位移偏小。
　　对于可能造成位移量偏大的原因在试验上可能是试验锚具夹片滑动，通过试验后夹具的痕迹排除这种可能性，而且这种因素对锚杆的判断不会造成很大的影响；在施工上可能为注浆上的因素，而注浆差的锚索等效于增加了自由段的长度；在设计上可能为锚索长度控制有关，特别是自由段长度的控制。规范规定：&锚杆自由段长度不宜小于5m，对于倾斜锚杆，其自由段长度应超过破裂面1m&，该工程锚索自由段按近似1/3锚杆长度的施工经验设计。
　　预应力锚索理论计算总位移量的下限为35.16mm，上限为92.31mm。如果完全按规范判断，三根锚索中预锚1和预锚2为不合格，预锚3为合格。三根预锚的最大极限荷载分别为260kN、120kN、480kN。而从锁定力300kN看，预锚1后期位移较大，预锚2和预锚3后期位移较小。考虑到锁定后对基坑的影响，对预锚1进行了处理，即加钻了两根锚索。
　　基坑在分段开挖土方进行锚索施工，待锚索锁定后进行基坑中部大面积的开挖，监测结果知该基坑侧向位移较小，锚索锁定后基坑侧向位移最大值仅19.00mm，未超过设计水平位移控制值35.00mm（0.0025H），基坑稳定。
　　五、结语
　　柔性支护体系受力主要依靠锚下承载结构承担锚固力，自由段在设计较长的情况下会导致小荷载下的伸长量明显，在大荷载时会出现本案例的伸长量相对较小的情况，在验收时锚杆（索）均未锁定状态，这样会增加基坑的安全隐患，特别是对侧向位移要求较高的基坑。
　　锚杆（索）验收中规定在最大试验荷载下所测得的总位移量，应超过该荷载下杆体自由段长度理论弹性伸长值的80%，是考虑到自由段过短不能充分发挥锚下承载结构下端受力而要求的，但对于自由段长度上限未做定性规定。
　　对大荷载下锚杆位移相对小的锚杆进行验收时，如果对按设计要求锁定的锚杆（索）（初始张力为残余锁定力）进行张拉可能会发现锚杆（索）能够满足设计要求的极限荷载，而不能发现该锚杆的实际位移量（如本案例中的锚索在小荷载下因为未锁定时张拉产生较大的位移量），而自由段过长的锚杆（索）仅依靠锚下承载结构特别是岩层锚固段提供的锚固力，尽管可以满足锚杆（索）极限设计荷载需要，但未利用土层段所能提供的的摩擦力，在施工上显然不够经济；对无岩层锚固段的锚杆（索），土层锚固段的摩擦力有限，在荷载作用下的位移较大，对基坑的施工安全存在很大的隐患。您所在位置： &
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锚杆极限抗拉试验方案.doc2页
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锚杆极限抗拉试验方案
一、《建筑基坑支护技术规范》JGJ120-99
二、设备参数
1、试验数量
3根，分别为 试验锚1#、2#、3#，分布于基坑东侧CD段，具体位置由参建各单位共同指定，设计特征值均为650KN，详见附图。
根据《支护结构C-D段剖面图》（基坑-06）中第一排锚杆设计要求，抗拉承载力特征值为650KN，预应力锁定值为600KN。根据相关规范，试验锚杆极限抗拉力取1.2倍特征值，为780KN。
2、试验设备及锚杆参数
YCW150液压千斤顶（已标定）
油泵及液压油表（已标定）
锚杆参数：一次注浆M30纯水泥浆、水灰比0.5，注浆压力约0.8Mpa；二次注浆M30纯水泥浆、水灰比0.5，注浆压力约约2~3Mpa。采用OVM锚具（含夹片），200mm*200mm*20mm Q235钢板。20天砂浆检测强度均值达到26.9Mpa，符合规范要求强度，达到试验要求。
三、试验方法工程试验锚杆由指定，单锚试验时的反力是由土体提供。加载装置采用kN的立式带孔千斤顶，套于锚头。由液压表读出所加荷载值。读出锚杆体顶端在各级荷载作用下的上升量以及卸荷时的回弹量。?、加载方式
最大的试验荷载宜取锚杆轴向受拉承载力设计值Nu；加荷等级与锚杆位移测读间隔时间按下表确定。
结合本工程试验锚参数情况，具体试验数据如下：
加荷等级 0.1N 0.25N 0.5N 0.75N 1.0N 1.2N
加荷荷载 65KN 163KN 325KN 510KN 650KN 780KN
液压读数 2.7
油表编号：10.10.28.5639
插值计算方法：Y 0.03283*X+0.55,其中X---力值（FORCE KN）；Y----压力表示值（Mpa）。
公式来源：《校准证书》（证书编号：LCC）、
正在加载中，请稍后...（福建省建筑科学研究院，福建，福州，350025）
&&&&&&& 【摘& 要】行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012（以下称规程）为支护锚杆检测提供了规范依据和技术要求，笔者从锚杆基本概念出发，认真梳理、分析和比较不同锚杆拉力值和检测方法，对准确掌握和使用技术规程具有指导意义。
&&&&&&& 【关键词】支护锚杆；抗拔承载力；检测值
&&&&&&& 引言
&&&&&&& 在建筑基坑支护工程中，由于设置灵活、方便施工、造价低廉、可靠性高，大量采用了锚杆或和其他构件联合组成的支护结构。本文对锚杆检测技术进行系统、全面的总结分析，对指导锚杆检测工作，保障和提高工程锚杆的质量具有重大的工程实践意义。
1 基本概念
&&&&&&& 1.1锚杆
&&&&&&& 锚杆由杆体（钢绞线、预应力螺纹钢筋、普通钢筋或钢管）、注浆固结体、锚具、套管所组成的一端与支护结构构件连接，另一端锚固在稳定岩土体内的受拉杆件。杆体采用钢绞线时，亦可称为锚索。如图1所示。
&&&&&&& 1.2锚杆拉力
&&&&&&& 依据国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB的规定并结合基坑工程自身特殊性，涉及岩土稳定性的承载能力极限状态，规程采用单一安全系数法，提出锚杆轴向力标准值、设计值和极限值。
&&&&&&& 1.2.1锚杆轴向拉力标准值
&&&&&&& Nk=Fhs/(bacos&)&&&&&&&&&&&&&&& （1）
&&&&&&& 式中：Nk&锚杆轴向拉力标准值；
&&&&&&& Fh&&挡土构件计算宽度内的弹性支点水平反力（kN）；
&&&&&&& s&锚杆水平间距（m）；
&&&&&&& ba&挡土结构计算宽度（m）；
&&&&&&& &&锚杆倾角（&）。
&&&&&&& 1.2.2锚杆轴向力设计值
&&&&&&& N=&0&FNk&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （2）
&&&&&&& 式中：N&锚杆轴向拉力设计值（kN）；
&&&&&&& Nk&锚杆轴向拉力标准值（kN）；
&&&&&&& &0&支护结构重要性系数，对于安全等级为一级、二级、三级的支护结构，其结构重要性系数分别不应小于1.1、1.0、0.9。
&&&&&&& &F&作用基本组合的综合分项系数，临时性支护结构构件按承载能力极限状态设计时，作用基本组合的综合分项系数不应小于1.25。
&&&&&&& 计算可得，N /Nk =1.375、1.25、1.125 （分别对应一级、二级、三级的支护结构）。
&&&&&&& 1.2.2锚杆极限承载抗拔力
&&&&&&& Rk/Nk&Kt&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& （3）
&&&&&&& 式中：Rk&锚杆极限承载抗拔力标准值。
&&&&&&& Kt&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，分别不应小于1.8、1.6、1.4；
&&&&&&& Nk&锚杆轴向拉力标准值（kN）；
2 锚杆检测
&&&&&&& 锚杆检测是对锚杆承载能力、锚杆锚固质量、锚杆受力变形状态的试验与测试，包括施工前为设计和施工提供依据的基本试验、蠕变试验和粘结强度测试，锁定力测试等施工过程质量控制的测试与检测，施工后为工程竣工验收提供依据的验收试验。
&&&&&&& 2.1基本试验
&&&&&&& 工程锚杆正式施工前，为选择和确定锚杆设计参数和施工工艺，在现场进行的锚杆极限抗拔承载力试验。基础锚杆又称为承载力试验。
&&&&&&& 2.2张拉和锁定
&&&&&&& 锚杆张拉和锁定是锚杆施工的最后一道工序，也是检验锚杆性能最直观的方式。对张拉预紧、锚具的选型等方面进行控制，可满足锚杆张拉的要求。
&&&&&&& 2.3验收试验&&&
&&&&&&& 为检验工程锚杆是否符合设计荷载的安全性而进行的锚杆抗拔试验。也称为抗拔承载力检测试验。
本文主要针对锚杆基本试验、张拉锁定和验收试验，进行分析比较如下表1。
&&&&&&& 注：Nk锚杆轴向拉力标准值（kN）。
3 检测技术分析
&&&&&&& 3.1单一安全系数法
&&&&&&& 涉及岩土稳定性的承载能力极限状态，规程采用单一安全系数法，一是由于新制定的国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB中明确提出了可以采用单一安全系数法，不会造成与基本规范不协调统一的问题；二是由于国内岩土工程界目前仍普遍认可单一安全系数法，此法适于岩土工程问题。
&&&&&&& 需要注意的是，规程中安全系数取值仅适用于锚杆为临时性结构构件。
&&&&&&& 3.2基本试验检测技术
&&&&&&& （1）规程4.7.4条强调了锚杆极限抗拔力应通过现场抗拔试验确定的取值原则。
&&&&&&& （2）试验时，应使锚杆在极限承载力下，其破坏形式是锚杆摩阻力达到极限粘结强度时拔出破坏，而不是锚杆杆体被拉断。为了防止锚杆杆体应力达到极限抗拉强度先于锚杆摩阻力达到极限粘结强度，必要时，试验锚杆可适当增加预应力筋的截面面积。
&&&&&&& （3）基本试验采用的地层条件、杆体材料、锚杆参数和施工工艺应与工程锚杆相同。
&&&&&&& （4）最大试验荷载下的锚杆杆体应力，不应超过其极限强度标准值的0.85倍，对保证工程的安全具有重要意义。
&&&&&&& 3.3锚杆张拉和锁定检测技术
&&&&&&& （1）锚杆张拉和锁定是锚杆施工的最后一道工序，也是检验锚杆性能最直观的方式。
&&&&&&& （2）正式张拉前，取0.1~0.2倍设计拉力值对各钢绞线预紧十分重要，有利于减缓张拉过程中各钢绞线的受力不均匀性以及减小锚杆的预应力损失。
&&&&&&& （3）锁定时的锚杆拉力应考虑锁定过程的预应力损失量；预应力损失量宜通过对锁定前、后锚杆拉力的测试确定。
&&&&&&& （4）锚杆张拉锁定时，张拉值大于锚杆轴向拉力标准值，然后将拉力在锁定值的（1.1~1.15）倍进行锁定。第一，是为了在锚杆锁定时对每根锚杆进行过程检验，当锚杆抗拔力不足时可事先发现，减少锚杆的质量隐患。第二，通过张拉可检验在设计荷载下锚杆各连接节点的可靠性。第三，可减小锁定后锚杆的预应力损失。工程实践表明，锚杆张拉锁定后一般预应力损失较大，造成预应力损失的主要因素有土体蠕变、锚头及连接的变形、相邻锚杆影响等。锚杆锁定时的预应力损失约为10%~15%。
&&&&&&& 3.2验收试验检测技术
&&&&&&& （1）按规程要求验收试验最大试验荷载不应小于锚杆抗拔承载力检测值。对支护结构安全等级为一级、二级、三级的锚杆，分别不应小于1.4 Nk（Nk锚杆轴向拉力标准值）、1.3 Nk、1.2 Nk；此值略大于锚杆轴向拉力设计值；
&&&&&&& （2）位移判稳标准：当观测时间内锚头位移增量不大于1.0mm时，可视为位移收敛；否则，观测时间应延长至60min，并应每隔10min测读锚头位移1次；当该60min内锚头位移增量小于2.0mm时，可视为锚头位移收敛，否则视为不收敛。
&&&&&&& （3）如果在抗拔承载力检测值下测得的弹性位移量大于杆体自由段长度理论弹性伸长量的80%且位移稳定或收敛，则可判定锚杆合格。
&&&&&&& 锚杆检测在工程实践中越来越多，规程提出了锚杆的试验方法和检测技术要求，为今后的工程实践提供了依据。通过此文对基本概念和检测技术进行分析探讨，以供大家借鉴。
&&&&&&& 参考文献：
&&&&&&& [1]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S]．
&&&&&&& [2]GB，工程结构可靠性设计统一标准[S]．
&&&&&&& [3]刘国彬，王卫东，基坑工程手册（第二版）[M]，北京：中国建筑工业出版社，2009．
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cuizhu|zxh1219）
cdddd：锚杆的轴向拉力设计值和轴向拉力标准值的差别
作者信息\文章标题
锚杆的轴向拉力设计值和轴向拉力标准值的差别 ( 23:21:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
在《建筑边坡工程技术规范》GBp34页公式7.2.1-2，要求锚杆轴向拉力标准值Nak和锚杆轴向拉力设计值Na，差值相差1.3倍，关系式是.
现在问题是为什么设计值大于标准值，是不是跟常理不符！不是偏于不安全吗？按照一般理解应该是设计值小于标准值，如下面混凝土的强度设计值和标准值的关系！
混凝土强度设计值与混凝土强度等级（以前称为混凝土标号）的关系：混凝土强度等级由立方体（即我们所说的标养试块）抗压强度标准值确定，其保证率为95%。混凝土的强度标准值由立方体抗压强度标准值经计算确定，具体计算方法见《混凝土结构设计规范》GB 的条文说明4.1.3条（规范286页）。混凝土的强度设计值由强度标准值除以混凝土材料分项系数1.4确定。
请高手解答一下？
请高手解答一下？
作者信息\文章标题
上半瓶的回复( 10:57:00)
网站ID: 上半瓶
发回贴数:11/241
无语。注意这两个字：拉力
作者信息\文章标题
cdddd的回复( 19:24:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
上半瓶，看来真的只有半灌水，无语什么意思？拉力什么意思？
关键是标准值小于设计值1.3倍，这个在边坡规范出现，有没有什么浅显的理由！假设我们采用该设计值进行锚杆各种验算固然安全性得到保障！但是边坡规范规定，用标准值进行岩土锚固体验算，不是存在不安全因素？
作者信息\文章标题
cdddd的回复( 19:29:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
因基坑或边坡计算理论和计算公式中，锚杆或锚索是用刚度参与计算，然后根据支护结构计算结果反算锚索或锚杆长度，因此这个锚杆或锚索的计算出来的拉力标准值是要考虑一定啊安全系数后才能用其反算锚杆或锚索长度的，因此在拉力计算的标准制基础上，需要乘以安全系数1.3，作为反算锚杆锚索长度的拉力设计值。这样计算结果是偏安全的。
这句话对不对？
作者信息\文章标题
watermeme的回复( 12:18:00)
网站ID: watermeme
发回贴数:11/17
楼主的概念不清楚，请首先搞清楚荷载与抗力的区别。
对荷载而言，设计值一定大于标准值；
对抗力而言，设计值一定小于标准值。
就你给的例子，锚杆拉力属于荷载，当然设计值大于标准值（当然取1.3是否合理不做讨论）；而混凝土强度则属于抗力，当然设计值小于标准值。
作者信息\文章标题
hnykc的回复( 17:19:00)
网站ID: hnykc
发回贴数:44/462
行业工程师
4楼讲得对，支持！
作者信息\文章标题
joey的回复( 22:18:00)
网站ID: joey
发回贴数:2/1
幼儿园小朋友
看高老师的答疑笔记那本书，从头到尾看下来你就知道了
作者信息\文章标题
cdddd的回复( 8:50:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
各位看客，大家能不能认真审题，
对荷载而言，设计值一定大于标准值；
对抗力而言，设计值一定小于标准值。搞设计的人都知道！
但是在边坡规范7.2.1条认真看一下，你们才发表意见，不要没有认真读该条文有关内容，就妄加评论，不严谨！
关键是在锚杆的锚固力计算时，用得是标准值，而不是设计值！
你们说这是安全还是不安全因素多点！
最好看完有关规范及条文再来讨论更有意义！
作者信息\文章标题
cuizhu的回复( 8:43:00)
网站ID: cuizhu
发回贴数:54/2870
此处的“设计值”是用于配筋、锚固长度计算用的，加上1.3系数为的是安全、保守。一般情况下，设计值大于标准值（此处标准值并不是极限值的标准值，极限值的标准值一般为此处标准值的两倍）。不要拿着其他专业的“设计值”、“标准值”去理解所有的“设计值、标准值”。标准值有多种，它只是统计意义的一个指标。你后面说的混凝土强度标准值，是极限意义的标准值。(此回复已被作者于 8:44:17修改过)
作者信息\文章标题
cdddd的回复( 11:18:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
这个问题经过几轮专家探讨，问题依然未解决！？遗憾！
首先要结合规范认真看一下啊！
关键是7.2.3公式中为什么不用设计值Na，而是用标准值Nak来计算锚固段长度la，这样的话计算出来的长度la比用设计值计算出来的长度la小1.3倍，存在不安全隐患，这是规范存在的疑问！
作者信息\文章标题
watermeme的回复( 13:45:00)
网站ID: watermeme
发回贴数:11/17
楼主完全应该为自己感到遗憾！恕我直言，你自己概念不清楚。
你看看7.2.3式，因为分母上frb用的是标准值，所以分子上Nak也用标准值，恰恰是匹配的（暂且不讨论取值是否合理，仅从理论上看），而不是你所臆测的“存在安全隐患。
你再看看7.2.4式,分母上fb用的是设计值，所以分子上Na也用设计值，理论上讲是匹配的。
当然，一个规范，一会用标准值，而一会又用设计值，确实让人糊涂，但至少规范在理论上是匹配的。
作者信息\文章标题
cdddd的回复( 13:59:00)
网站ID: cdddd
发回贴数:392/852
高级工程师
也许没有表达清楚，
问题在锚杆设计时，锚杆的钢筋长度是根据设计值计算所得！而锚固体的长度是根据标准值计算所得！关键是锚杆长度主要受锚固体长度限制和控制！而锚固体体计算时为何不用设计值，而用标准值，这样不是比用设计拉力值计算所得长度小了1.3倍，存在安全隐患！
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