3.1.2 锚杆支护结构
砂浆锚杆是依靠注入岩孔中的水泥砂浆将锚杆和岩壁固结起来，靠砂浆的黏结与危岩起锚固作用。它使岩层的整体联结作用较好，但只有等砂浆具有一定强度之后，才能起锚固作用。为了提高锚固效果，可采用楔缝式金属锚杆和树脂黏结型等锚杆。
锚杆的类型按照作用原理可划分为全长黏结型、端头锚固型、摩擦型和预应力型四类。全长黏结型锚杆应用最广，其价廉、施作简单，适用于岩层变形量不大的各类地下工程的永久性系统支护；端头锚固型锚杆，其安装后能立即提供支护抗力，并能对岩层施加不大的预应力，适用于作坚硬裂隙岩体中的局部支护和系统支护。这类锚杆由于杆体和锚头易发生镑蚀，所以，当作永久性支护时，必须采取灌注水泥砂浆或其他防腐措施；摩擦型锚杆，安装后也可立即提供抗力，其最大特点是能对危岩施加三向预应力，韧性好，适于软弱破碎、预应力型锚杆或锚索，由于能对危岩施加较大的预应力，适于大跨度高边墙隧道的系统支护及加固大的不稳定块体的局部支护，但是这类锚杆成本较高。锚杆加固危岩可以根据不同岩层的岩层产状和稳定状况灵活进行。其作用原理主要有联结作用、组合作用、整体加固作用等。
1.锚杆的联结作用
崩塌区有不稳定的岩块和岩层时，可用锚杆将它们联结起来，并尽可能地深入到稳定的岩层中。应考虑锚杆承担全部不稳定岩石的重力。
（1）锚杆承载力计算。
当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切作用，根据静力平衡有：
式中 N——锚杆所受拉力；
Q——锚杆所受剪力；
G——危石重力或一根锚杆承担的岩石重力；
ξ——锚杆与地质结构面的夹角；
φ1——锚杆与垂直线夹角。
如果根据地质构造节理或形成的裂隙确定了危石的形状和重量G，即可根据上述公式计算锚杆强度。以抗拉为例，锚杆直径可用下式计算：
式中 k——安全系数，可取2；
Rg——锚杆抗拉强度；
N——锚杆所受拉力；
d——锚杆直径。
（2）砂浆锚杆所需锚固长度。
砂浆锚杆在国内是常用的，它的锚固深度越大，锚固力也越大。螺纹钢筋比光圆钢筋锚固力大，而且钢筋直径增加，它与砂浆的接触面加大，其锚固力也随之增大。要保证砂浆锚杆具有足够的锚固力，首先要保证它有一定的锚固深度。一般中等石质岩层条件下，螺纹钢筋的锚固深度应取其直径的20～30倍以上，而光面钢筋锚固深度则取大于直径的30倍以上，有条件时可在现场进行锚固力试验确定。通常锚固深度可用下式计算：
式中 d——钢筋直径；
D——锚杆钻孔直径；
τ——水泥砂浆与岩孔的抗剪强度k为安全系数，可取3～5。锚杆长度应为
Lm=L1+L2+L3
式中 L1——锚杆锚固深度；
L2——危石或不稳定岩层厚度；
L3——外露长度，应略小于喷射混凝土的厚度。
2.锚杆的组合作用
锚杆组合作用是依靠锚杆将一定厚度的岩层，尤其是成层的岩层组合在一起，组成组合拱或组合梁，阻止岩层的滑移和坊塌。锚杆提供的抗剪力、抗拉力，以及由于锚杆的锚固力使岩层层面摩擦力增加，使将要滑动的岩块加固稳定，阻止层面的互相错动，提高岩层与锚杆组合的岩石梁或岩石拱的抗弯和抗剪能力。
布置锚杆时应注意按垂直层面的方向设置。如对锚杆施加预应力，可提高其支护效果，按组合作用来进行锚喷支护的受力分析和结构计算时，应注意锚杆的组合作用是主要的，喷混凝土仅是封闭和支护锚杆之间的表层岩体，以避免局部塌落，并提高组合结构内表层的强度。
3.锚杆支护整体加固作用
通过有规律布置锚杆群，将崩塌体一定深度的岩层进行挤压和黏结加固，组成一个承载环。在锚杆预应力的作用下（或岩层松弛时，在锚杆中产生的拉力），每根锚杆周围的岩体形成一个两头带圆锥的筒状压缩区，每根锚杆的压缩区彼此联结。形成厚度为t的均匀压缩带。由于锚杆支护力的作用，压缩带获得径向支护力σr使压缩带中的岩体处在三向受压状态，使岩体强度大为提高，从而形成能承受一定荷载的稳定岩体，即承载环。
承载环的岩体径向应力由σr=0提高到σr，岩体切向应力破坏强度由R（单轴抗压强度）提高到岩体沿剪切破坏面滑动时的抗剪切强度也从τ1提高到τ2。这就增大了岩体塑性区的卸载作用，使得最后传到喷层支护上的荷载大为减少，此外，锚杆本身在承载环中，也提高了剪切滑动面上的抗剪强度。
砂浆锚杆依靠它周围的水泥砂浆与岩层之间的黏结作用和本身在岩体中的抗剪能力，达到加固和提高岩层强度，增强岩层体承载能力的目的，砂浆锚杆的承载力可用下式表示：
Ps=πDL1(Cs+σ1tanφs)
式中 Ps——砂浆锚杆的承载力；
D——锚杆孔的直径；
L1——锚杆的锚固长度；
Cs——砂浆与岩石的黏结力；
σ1——岩体内切向应力；
φs——砂浆与岩石的摩擦角。
当岩层产生位移时，锚杆单位长度上的承载力Ps/L1与σ1的合力阻止岩层位移的发展，产生支护抗力，并使在锚杆间的岩层产生压缩和成拱作用，从而提高了岩层体强度和缩小了岩层承载跨度（等于锚杆间距），达到稳定和加固岩层的目的。岩层内缘、锚杆之间筒状压缩区以外的岩体，或砂浆锚杆之间的内缘松弛带，应及时喷射混凝土层来保证其稳定性，使其不致进一步松弛、塌落。