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A. 锚杆与锚索

1.锚杆（索）的种类与结构

锚杆是将拉力传至稳定岩土层的构件，当采用钢绞线或高强钢丝束作杆件材料时，也可称为锚索。锚固于土层中的锚杆称为土层锚杆；锚固于岩层中的锚杆称为岩层锚杆。施加了预应力的锚杆称为预应力锚杆；未施加预应力的锚杆称为非预应力锚杆。此外，锚杆的分类还有以下几种主要方法。

1）按拉杆材料分为：木锚杆和金属锚杆；

2）按锚头类型分为：机械型（锲缝式、内胀式）、胶结型（灌浆式、树脂式）；

3）按照控制变形的施工方法分为：普通锚杆和预应力锚杆；

4）按使用年限分为：临时性锚杆和永久性锚杆。

在边坡崩塌或危岩体的锚固施工中，使用最多的是摩擦型灌浆锚杆。灌浆锚杆是指用水泥砂浆将一组钢拉杆锚固在伸向地层内部的钻孔中，并承受拉力的柱状锚体。灌浆锚杆的钻孔方向一般沿水平向下倾斜10°～45°，施工时钻孔的深度必须超过滑动面的埋深，并在稳定的岩土层中达到足够的有效锚固长度。习惯称锚杆末端锚入岩土层内的有效锚固段所能承受的最大拉力为锚固段的极限抗拔力。影响灌浆锚杆抗拔能力的主要因素是砂浆的握裹能力。因此为了保证灌浆锚杆的可靠性，必须调查清楚边坡岩土体的基本特征，依据岩土性质设计锚杆的参数。灌浆锚杆的组成如图2－14所示。

2.锚固作用的原理

锚杆是由锚固体、拉杆和锚头3部分组成。构筑物或其他作用力传给锚杆头部后，由拉杆将来自锚杆头部的拉力传递给锚固体，锚固体再通过摩擦阻力传给岩土层。

锚杆的受力分析如图2－15所示。锚杆所受的力主要有：①拉力（T）；②砂浆的握裹力（μ）；③地层摩擦阻力（τ）。其中，T_i＝P_iA（P_i为钢筋单位截面上的应力；A为钢筋的截面积）。

图2－14 灌浆锚杆组成示意图

图2－15 灌浆锚杆受力状态示意图

锚杆的抗拔作用需要满足的条件为：①锚固段的砂浆对于钢拉杆的握裹力需能承受极限拉力；②锚固段岩土层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力；③锚固岩土体在最坏的条件下仍能保持整体的稳定性。

（1）砂浆对于钢拉杆的握裹力

锚杆的抗拔能力除与有效锚固长度有关外，还与锚杆直径、砂浆对于钢筋的平均握裹应力等因素有关。需满足以下关系式：

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式中：T_u为锚杆的极限抗拔力或砂浆对钢拉杆的握裹力（kN）；d为钢拉杆的直径（m）；L_e为锚杆的有效锚固长度（m）；μ为砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kN/m²）。

钢筋的单位面积握裹力，由下式计算：

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式中：T_i、T_i＋1分别为第i、i＋1截面处的拉应力（kN）；μi为第i锚固段砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kN/m²）；L_i为第i锚固段的长度；其他符号意义同前。

由于锚固受力复杂，实际工作中，一般在计算值的基础上提高10％～20％。设锚杆钢筋的极限拉应力为N_s，则可按下式计算出锚杆所需的最小锚固长度：

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式中：L_emin为最小锚固长度；其他符号意义同前。

（2）锚固段岩土层对于砂浆的摩擦力

锚杆的极限抗拔能力取决于锚固段岩土层对于砂浆所产生的最大摩擦力。计算公式为

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式中：T_u为柱状锚体的极限抗拔力（kN）；D为锚杆钻孔的直径（m）；L_e为锚杆的有效锚固长度（m）；τ为锚固段周边的抗剪强度（kPa）。

锚固段孔壁的抗剪强度就是孔壁的破坏强度。造成破坏的原因有3种：①砂浆接触面外围的岩层剪切破坏；②沿着砂浆与孔壁的接触面剪切破坏；③接触面内砂浆的剪切破坏。

对于土层锚杆来说，土层的强度一般低于混凝土砂浆的强度，因此土层抗剪强度的计算公式为

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或

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式中：γ为锚固区土层的重度（kN/m³）；c为锚固区土层的粘聚力（kPa）；为土的内摩擦角（°）；σ为孔壁周边法向应力（kPa）；h为锚固段以上的地层覆盖厚度（m）；K₀为锚固段孔壁的土压力系数，一般取为1；其他符号意义同前。

3.锚杆（索）设计

（1）锚杆（索）材料类型

锚杆（索）常用的材料类型为普通钢筋（HRB335、HRB400（Ⅱ级、Ⅲ级））、精轧螺纹钢筋、高强钢丝或钢绞线。我国常用的锚拉材料为精轧螺纹粗钢筋，直径为Φ22～32mm。近年来，也采用45SiMnV高强度钢材，直径为Φ25mm，另外不少也使用钢绞线、钢丝束。各种材料类型锚杆的选取见表2－12。

表2－12 锚杆（索）选型

钢绞线或精轧螺纹钢筋的力学性能见《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2002）附录E。边坡变形控制严格或边坡施工期稳定性很差时宜采用预应力锚杆。

（2）锚杆（索）计算

锚杆（索）轴向拉力设计值按下式计算：

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式中：N_a为锚杆（索）轴向拉力设计值（kN）；N_aK为锚杆（索）轴向拉力标准值（kN）；γ_α为荷载分项系数，取1.3，当可变荷载较大时，按荷载规范确定。

锚杆（索）轴向拉力标准值按下式计算：

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式中：N_aK为锚杆（索）轴向拉力标准值（kN）；H_tk为锚杆（索）所受水平拉力标准值（kN）；α为锚杆（索）倾角（°）。

锚杆钢筋截面积应满足下式要求：

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式中：A_s为锚杆钢筋或预应力钢绞线截面积（m²）；ξ2为锚杆钢筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69，临时性锚杆取0.92；γ₀为边坡工程重要性系数；f_y为锚杆钢筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）；其他符号意义同前。

锚杆锚固段长度除应同时满足地层对砂浆的粘结力和砂浆对钢筋的握裹力要求外，还应满足构造设计规定的最小锚杆锚固长度的要求。

锚杆锚固体与地层的锚固长度应满足下式要求：

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式中：L_a为锚固段长度（m）；D为锚固体直径（m）；f_rb为地层与锚固体粘结强度特征值（kPa），宜通过试验或当地经验确定，当无试验资料时，可按表2－13和表2－14选取；ξ₁为地层与锚固体粘结工作条件系数，永久性锚杆取1.00，临时性锚杆取1.33；其他符号意义同前。

表2－13 岩石与锚固体粘结强度特征值

注：表中数据适用于注浆强度等级为M30；表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验；岩体结构面发育时，取表中下限值；表中岩石类别根据天然单轴抗压强度（f_r）划分：f_r<5MPa为极软岩，5MPa≤f_r<15MPa为软岩，15MPa≤f_r<30MPa为较软岩，30MPa≤f_r<60MPa为较硬岩，f_r≥60MPa为硬岩。

表2－14 土体与锚固体粘结强度特征值

注：表中数据适用于注浆强度等级为M30；表中数据仅适用于初步设计，施工时应通过试验检验。

锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度应满足下式要求：

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式中：L_a为锚固段长度（m）；D为锚筋直径（m）；n为锚筋根数（根）；f_b为锚筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（kPa），宜通过试验或当地经验确定，当无试验资料时，可按表2－15选取；ξ3为锚筋与锚固砂浆粘结强度工作条件系数，永久性锚杆取0.60，临时性锚杆取0.72；其他符号意义同前。

表2－15 锚筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值（单位：MPa）

注：当采用两根钢筋点焊成束方法时，粘结强度应乘以0.85折减系数；当采用3根钢筋点焊成束方法时，粘结强度应乘以0.7折减系数；成束钢筋的根数不应超过3根，钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20％。当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计，并经试验验证锚固效果良好时，可适当增加锚筋用量。

自由段无粘结的非预应力岩石锚杆的受拉变形基本上是自由段钢筋的弹性变形，其水平变形值由下式计算：

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式中：δ_b为锚杆水平变形值（m）；H_tk为锚杆所受水平拉力标准值（kN）；K_b为锚杆水平刚度系数（kN/m）。

锚杆水平刚度系数宜由锚杆试验确定。当无试验资料时，自由段无粘结的非预应力岩石锚杆的水平刚度系数可由下式计算：

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式中：A为锚杆截面面积（m²）；L_f为锚杆自由段长度（m）；E_s为杆体弹性模量（kPa）；其他符号意义同前。

预应力岩石锚杆和全粘结岩石锚杆的受拉变形可忽略不计。

4.锚杆构造要求

1）锚杆总长度为锚固段、自由段和外锚段的长度之和。锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑动面的长度计算，预应力锚杆自由段长度应不小于5m，且应超过潜在滑动面。

2）土层锚杆锚固段长度不应小于4m，且不宜大于10m；岩石锚杆锚固段长度不应小于3m，且不宜大于45D和6.5m（对拉力型锚杆），或55D和8m（对预应力锚索）。当计算锚杆锚固段长度超过上述数值时，应采取扩大锚固段直径等技术措施，以提高锚固力。

3）锚杆隔离架（或称对中支架）应沿锚杆轴线方向每隔1～3m设置一个，对土层应取小值，对岩层可取大值。

4）当锚固段岩体破碎、渗水量大时，宜在锚杆施工前对岩体作固结灌浆处理。

5）锚杆外锚头、台座、腰梁和辅助件等的设计，应符合现行有关标准的规定。

6）永久性锚杆的防腐处理可采取以下做法：①非预应力锚杆的自由段位于土层中时，可采取除锈、刷沥青船底漆、沥青玻纤布缠裹（层数不少于2层）；②对采用钢绞线、精轧螺纹钢制作的预应力锚杆（索），其自由段可按上述处理后装入套管中；自由段套管两端100～200mm长度范围内用黄油充填，外绕扎工程胶布固定；③对位于无腐蚀性岩土层内的锚固段应除锈，砂浆保护层厚度不应小于25mm；④位于具腐蚀性岩土层内锚杆的锚固段及非锚固段，均应采取特殊防腐处理；⑤经过防腐处理后，非预应力锚杆的自由段外端应埋入钢筋混凝土构件内50mm以上；对预应力锚杆，其锚头的锚具经除锈、涂防腐漆三度后应用钢筋网罩，现浇混凝土封闭，混凝土强度等级不应低于C30，厚度不应小于100mm，混凝土保护层厚度不应小于50mm。

7）临时性锚杆的防腐蚀可采取以下做法：①非预应力锚杆的自由段，可采取除锈后刷沥青防锈漆处理；②预应力锚杆的自由段，可采取除锈后刷沥青防锈漆或加套管处理；③外锚头可采用外涂防腐材料或外包混凝土处理。

B. 锚杆及土钉墙支护工程质量控制要点有哪些

1、钻孔
（1）钻孔直径、深度、倾斜度应满足设计及规范要求。
（2）钻孔位置应根据设计精确定位，间距不应大于2cm.
2、锚杆
（1）锚杆钢筋的直径、长度、顺直度应符合设计要求。
（2）锚杆应按设计安装对中器，保证锚杆位于钻孔中心。
（3）锚杆头嵌入肋柱的长度或锚杆头与面板的连接长度应符合设计要求。
3、注浆
（1）注浆应严格按配合比进行，大面积注浆前应进行试注。
（2）注浆压力符合设计要求，注浆应饱满。有条件时，应采用锚杆注浆密实度检测仪检测注浆密实度。
4、锚锭板及墙体
（1）当现浇肋柱时，锚杆头嵌入肋柱的长度应符合要求并与骨架钢筋按设计连接；当采用拼装面板或肋柱时，锚头与肋柱、面板的连接方式及长度应满足设计要求。
（2）肋柱平面位置应符合设计及规范要求，以保证预制挡土板的安装精度。
（3）墙体的平面位置、倾斜度、混凝土强度均应符合设计及规范要求。
5、质量控制要点
（1）钻孔。钻孔的直径、深度、倾斜度必须满足设计及规范要求，尤其是坡面破碎时，应防止坍孔。
（2）注浆。严格按配合比施工，从孔底向孔口注浆，应保证注浆的密实度。
（3）锚杆与肋柱（或装配式墙面板）的连接长度、连接方式必须符合设计要求。
锚杆式挡土墙作为一种柔性支挡结构，以占地面积小、施工方便、变形小及安全度较高的特点得到了广泛的应用。虽然有以上优势，但还存有不足之处。

1质量问题

锚杆式挡土墙是一种结构简单、受力特殊的新型防护实施，在施工中易出现锚杆强度不足、与肋柱连接不牢，预制构件质量不合格，施工工艺不当，锚孔灌浆不密实等质量问题，甚至造成挡土墙功能失效。

2原因分析

2.1锚固式挡土墙所选用的材料不合格，特别是对锚杆、水泥品种的选择不符合设计要求，结果造成锚杆强度不足、水泥性能不当，无法保证施工质量。

2.2在进行锚杆式挡土墙预制构件施工时，由于制作工艺不当，使预制构件的质量不符合要求。

2.3在进行锚固式挡土墙安装施工时，对各施工工艺把关不严，施工方法不对、其他工序不合格等，也会造成挡土墙工程施工失败。

3预防措施

3.1选择优质的材料，确保组成材料符合设计要求。锚杆式挡土墙所用的材料，一般包括：砂浆、混凝土和钢筋等，在确定选用的材料时，首先应注意满足设计标准的要求，另外还要注意以下几方面。

3.1.1锚杆宜采用二级以上的螺纹钢筋，可由一根或双根组成，直径为18~32mm。为便于与肋柱进行连接，端杆部分应按规定套丝，并配以相应的螺帽、垫片。必要时也可用钢丝束进行预应力锚固。锚杆必须有防锈措施，如镀锌、刷防锈漆、沥青麻丝、沥青玻璃布等，有条件时也可在锚杆上套管，内径大于锚杆外径4~5mm，浇筑环氧树脂封闭保护。

锚杆钢筋在2根以上时，插入前应将钢筋点焊成束，点焊间距为2~3m，并焊上支架。锚杆焊接应采用对焊。

3.1.2灌注锚孔所用的砂浆标号宜大于M3.0，配制水泥砂浆的水泥宜用硅酸盐膨胀水泥或自应力水泥，以防止产生收缩。尽量采用搅拌机搅拌，以保证砂浆具有较高的可泵性和低泌浆性。

砂浆用砂要过筛，砂浆需经过滤网倒入压浆泵。

3.1.3拉杆通常采用单根螺纹钢筋，直径不小于22mm，也不大于32mm。无肋柱式挡土墙拉杆直径不小于16mm。肋柱上应预留孔道，并相对应，孔道直径应大于螺栓端杆直径，以便肋柱、拉杆的连接，连接处的缝隙可用沥青砂浆和沥青麻筋堵塞，所有拉杆必须做好防锈处理。

3.2采用正确的施工方法，严格控制预制构件质量，锚杆式挡土墙的构件预制时施工过程中的主要工作。场地设置的规模和配备应结合实际情况根据工程数量大小以及构件类型而定，对于面板等小型构件，为保证预制质量和加快周转速度，可参考以下方法施工。

3.2.1固定胎盘，用混凝土做成底模，表面原浆须压光，并刷以隔离剂，也可用塑料薄膜做隔离层，用定型模板做侧面模板。

3.2.2采用翻转模板时，将定型构件模板安装在翻转架上临时固定，采用低流动性混凝土进行浇筑，捣实后立即将模板翻身倒在坚实平整的铺砂地面上快速脱模和养护。这种方法宜用于混凝土体积在0.3m3以内、宽在60cm以内、长度在4.0m以内的构件，但面板外观质量要求较高时，不宜采用翻转模板预制。

3.2.3配套的钢模板可采用大批量定型生产的各种预制构件的模板，也可以采用钢木混合制作的模板。

3.2.4模板应具有足够的强度和刚度，构件表面应平整，外形轮廓清晰，线条顺直，不得有露筋弯曲，掉角啃边，各部尺寸应符合要求。当构件尺寸较大时，应设置钢筋吊环，以便搬运和起吊安装。

3.3采用科学的施工工艺，确保施工过程中的质量，主要施工工艺如下：

3.3.1锚孔成孔

3.3.1.1锚杆式挡土墙的锚孔直径一般大于100mm，成孔宜用钻机，并应针对地层软硬和破碎等情况，分别采用不同类型的、能进行斜孔钻进的钻机。

3.3.1.2锚杆一般沿水平方向倾斜10°~45°，倾角的大小应根据施工机具、岩层走向、岩石倾角等情况和肋柱的受力条件而定，但尽可能按锚杆最短长度考虑。锚杆在岩层中的有效锚固长度一般不小于4.0m；锚入稳定土层的锚固长度一般不小于9.0m。

3.3.1.3在水文地质不良地段，在锚孔钻进过程中，为了不损伤边坡岩体结构，避免岩层裂隙扩大，从而造成塌孔和灌浆的困难，可利用已达到强度的锚杆架设临时支撑，以防止边坡碎落塌方。在石灰岩路段或破碎裂隙严重的岩层施工中，当遇到岩溶、孔洞、缝隙、掉钻等现象时，除应特别注意安全外，还应根据实际情况对孔洞缝隙进行堵塞或将锚杆的间距做适当调整。

3.3.2灌浆工艺

3.3.2.1锚孔的灌浆是影响锚固能力的主要因素之一。在灌浆前应用清水冲洗孔壁，将孔中的碎渣盐粉清除干净，保持孔内干燥及孔壁干净粗糙。为增加锚杆的抗拔能力，在成孔的过程中，可将钻孔中部或孔端部，用小药量爆破扩孔，形成葫芦形状。当插入锚杆时，为了锚杆正确就位和居中，可在锚杆间每隔1~2m焊一支架。

3.3.2.2在孔口0.4m范围内先用1：3水泥砂浆进行堵塞，并预留排气孔、灌浆孔，如果能采用孔盖封闭更好。钻孔中如果有地下水及孔壁渗水不易排干时，应将灌浆管插至孔的最底部，随着灌浆浆液挤出孔中的水，并逐步抽拔灌浆管。

3.3.2.3在整个灌注过程中，要注意排气孔不要被堵塞，待灌满后拔出灌浆管，封闭排气孔及灌浆孔。灌浆孔以外至挡土板之间的锚杆，需刷防锈漆两遍再包扎两层沥青麻布，在肋柱外露部分的螺帽用砂浆或小石子混凝土包头。

3.3.2.4灌浆采用M3.0水泥砂浆，以1：3质量比配制，其水灰比按现场试验确定，一般为0.50~0.60，砂子粒径不宜大于2mm，过大时易沉积堵塞管路。如果提高砂浆早期强度，加快进度，可酌情加适量外加剂。当采用水泥净浆时，其水灰比一般为0.40~0.50。

3.3.2.5灌浆宜采用压浆泵，通常为一次常压灌浆，压力不宜过大。但有压力的灌浆可扩大加固土壤和裂隙性岩石的作用，一般应在0.5~0.6Mpa左右，一直持续到饱满为止。最上一层锚孔离地面应有一定的高度，可根据地层结构情况而定，一般不小于2.0m，以防砂浆使地面产生隆起甚至喷出地面。

3.3.3锚杆材质和压浆的密实性检验，为判定锚杆材质和压浆的密实性，应进行确认试验。确认试验是在锚杆锚固后，待水泥砂浆强度达到85%以上，进行的极限抗拔力试验，一般做2~3根。

3.3.4肋柱施工

肋柱施工分为现场浇注和预制拼装两种。当采用预制时，应结合肋柱高度及吊装设备的能力，考虑为整根或两根拼接，其两端拼接处可用直径20mm，长度300mm以上的预埋销钉连接或用预留榫接。必要时，可在两节段端部分别焊上钢板，，装配时将两钢板焊接在一起，再用螺栓拧紧固结。肋柱部位的锚杆预留孔，其位置必须十分准确，以便于锚杆钢筋弯入肋柱内。肋柱一般为矩形，顺墙长方向的宽度不小于30cm，肋柱间距为2.0~3.0m。

C. 什么是锚杆、锚索与锚杆挡墙

锚杆挡土墙是指利用锚杆技术建筑的挡土墙，由钢筋混凝土墙面和锚杆组成，依靠锚固在岩层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力。按墙面构造的不同，分为柱板式和壁板式两种。所谓柱板式是指挡土墙的墙面由肋柱和挡土板组成，挡土板直接承受墙面后填料产生的土压力，挡土板支承于肋柱，肋柱与锚杆相连；而壁板式则不设立柱，墙面仅由墙面板构成，墙面板直接与锚杆连接。锚杆挡土墙结构形式主要有柱板式和板壁式两种。柱板式一般由肋柱、挡土板及灌浆锚杆组成，具有较大的抗拔力，可用于路堑或路堤挡土墙；板壁式一般由钢筋混凝土板和楔缝式锚杆组成，多用于边坡防护。锚杆是锚杆挡土墙的主要受力构件，可为普通钢筋、预应力锚杆或预应力锚索等，锚孔直径100~150mm，一般向下倾斜10°~15°，间距不小于2m。锚孔内放置钢筋或钢束后，灌注水泥砂浆使其锚固于稳定地层，具有足够的抗拔力。

肋柱截面多为矩形，也有设计为T形，底端一般做成自由端或铰接，如基础埋置深，且为坚硬岩石，也可作为固定端。挡土板可采用柄形板、矩形板和空心板。锚杆挡土墙适用于边坡高度较大，石料缺乏，挖基困难，且具备锚固条件的地区，多用于路堑墙。

锚杆按孔径大小可分为锚索（大锚杆）和小锚杆。锚索所需锚孔孔径较大，采用钻机或锚杆钻机钻孔，钻孔深度可达50m或更长。锚索由数根钢筋或钢丝束或钢绞线组成。小锚杆锚孔直径为38～50mm，可用普通风钻钻孔，钻孔深度3～5m，小锚杆一般为一根钢筋。按地层中的锚固方法可分为楔缝式锚杆和灌浆锚杆。楔缝式锚杆一般用在锚固岩层较为坚硬的地区，小锚杆楔缝较为简单，锚杆插入钻孔后，施加压力，使楔子挤入锚杆端部楔缝，迫使杆端张开嵌固在岩层上。大锚杆的固定较为复杂，一般要加工特殊锚固装置，使锚杆头上的外夹片嵌固在岩层上。灌浆锚杆分为普通灌浆锚杆、扩孔锚杆、预压锚杆、预应力锚杆。预压锚杆是在灌浆时对水泥砂浆施加一定的压力，预应力锚杆是对锚杆施加张拉应力。此外，法国曾采用一种I•R•P型锚杆，杆心设有孔道，杆壁有阀门，可以通过锚杆于肋柱的接头处，重复灌入砂浆，以控制灌注的深度，从而使锚杆本身在锚固的同时对土层进行加固。在灌浆材料上，除常用的水泥砂浆外，美国、法国曾用过树脂材料，日本还用了化学液体灌浆，利用化学液体的膨胀性来提高锚杆的抗拔能力。锚杆可按照弯矩相等（锚杆层数是两层时）或支点反力相等（锚杆层数大于两层）的原则布置，向下倾斜，锚杆的倾斜度是为保证灌浆的密实，有时也为了避开邻近的地下管道或浅层不良土质等。每层锚杆与水平面的夹角不应大于45°，宜为15°～25°，布设时要求考虑墙面构件的预制、运输、吊装和构件受力的合理性，同时要考虑锚杆施工条件、受力条件等。每级肋柱上视肋柱高度可设为两层或多层锚杆，一般布置2～3层。若锚杆布置太疏，则肋柱截面尺寸大，锚杆粗而长，但若布置过密，锚杆之间受力的相互影响使锚杆抗拔力受到影响，此时锚杆抗拔力就变的比单根锚杆设计拉力低。为防止出现群锚现象，锚杆间距不应小于2.0m。多层锚杆挡土墙为了减少墙的位移量，应使中层和低层锚杆缓于上层锚杆的倾斜度。